Распространение высокомолекулярных неорганических полифосфатов в живых организмах
Высокомолекулярные неорганические полифосфаты (ПолиФ) представляют собой линейные полимеры ортофосфорной кислоты (рис. 1), в которых фосфорные остатки связаны между собой фосфоангидридными связями, подобными тем, которые связывают терминальные фосфатные остатки в молекуле аденозинтрифосфата (АТФ). Подобно АТФ (рис. 2), высокомолекулярные полифосфаты являются богатыми энергией (макроэргическими) соединениями. Рис. 2. Строение АТФ.Эти соединения, благодаря присутствию в их молекуле атомов фосфора, связанных между собой ангидридными связями, способны к делокализации энергии и выделению большого её количества при гидролизе этих связей [2]. Количество фосфатных остатков в молекулах полифосфатов, присутствующих в живых клетках, может изменяться от 3 до 1000. Эти соединения являются для живых клеток не только резервом фосфора, но и энергии. Кроме того, так как в живых существах полифосфаты присутствуют в виде солей тех или иных ионов металлов (Са2+, Mg2+, K+ и т. д.), их можно рассматривать и как резервы этих ионов и в этой связи можно предположить, что они могут в природе быть прекрасными ионообменниками, регулируя уровень тех или иных катионов в клетках.
Строение высокомолекулярных неорганических полифосфатов
Рис. 1. Строение высокомолекулярных полифосфатов.Результаты этих и последующих исследований показали, что высокомолекулярные полифосфаты являются не только резервом фосфата, но обладают и другими функциями, причём они играют различную роль у организмов, находящихся на разных стадиях биологической эволюции.
Одним из способов метаболической регуляции, характерным в первую очередь для клеток микроорганизмов, является резервирование в них большого количества запасных веществ разного состава. Действительно, клетки микроорганизмов, из-за своего небольшого размера необычайно зависящие от постоянно меняющихся условий существования, должны обладать резервами жизненно необходимых метаболитов. В любой момент, благоприятный для роста и развития микроорганизмов, эти резервы должны быстро использоваться, давая жизнь новым генерациям. Учёные давно обратили внимание на то, что в клетках микроорганизмов часто, особенно в стационарную фазу развития, то есть после прекращения или ослабления роста и развития, накапливаются гранулы, состоящие из таких биополимеров, как гликоген (полимер глюкозы); поли-β-оксимасляная кислота (полимер недоокисленных продуктов окисления глюкозы); полифосфаты (полимер фосфорной кислоты, играющий важнейшую роль в биоэнергетике клетки). Гранулы, содержащие полифосфаты и называемые волютином, или метахроматином, были выявлены в клетках бактерий и дрожжей ещё в прошлом веке. Примерно тогда же (1890 год) немецкий биохимик Л. Либерман обнаружил их у дрожжей. Однако изучение структуры, функций и биохимических превращений этих соединений началось только в конце 40-х и в начале 50-х годов нашего столетия [1].
Особенно древним и основополагающим является метаболический уровень регуляции, то есть регуляции химических процессов, происходящих в организмах (обмена веществ, или, что то же самое, метаболизма), самими химическими веществами, участвующими в этих процессах (метаболитами). Метаболическая регуляция особенно характерна для клеток микроорганизмов, очень сильно зависящих от их условий существования. Она же существенна для микроорганизмов по причине их примитивной организации.
Одним из важнейших и основополагающих разделов современной биологии является биохимия. Эта наука рассматривает, с одной стороны, химические основы жизни, то есть химические соединения, из которых состоят живые клетки, и с другой — их превращения в обмене веществ. Большая часть соединений и их обмен достаточно хорошо изучены. Одна из актуальных задач современной биологии — изучение регуляции биохимических процессов у организмов, находящихся на разных этапах биологической эволюции. Существует несколько уровней такой регуляции. Сегодня можно говорить по крайней мере о пяти уровнях: метаболическом, структурном, генетическом, гормональном и нервном. Если гормональный уровень присущ только животным и растениям, а нервный исключительно животным, то первые три — метаболический, структурный и генетический — характерны для любого живого организма.
И. С. КулаевНеорганические полифосфаты
Комментариев нет:
Отправить комментарий