А что же такое «обмен веществ»?

Обмен веществ - это химическая переработка веществ пищи и вдыхаемого кислорода (катаболизм) с образованием энергетических запасов и активных промежуточных соединений, из которых клетка далее создает необходимые ей белки, нуклеиновые кислоты, липиды и другие клеточные компоненты, активно используя при этом энергию, аккумулированную в АТФ. Этот последний процесс (биосинтез) называется анаболизмом.

Катаболизм и анаболизм происходят в клетках одновременно и неразрывно связаны друг с другом. По сути дела катаболизм и анаболизм это две стороны одного общего процесса (метаболизма), в котором превращения веществ тесно переплетены с превращениями энергии.

Катаболизм состоит из трёх основных стадий.

На первой стадии биополимеры пищи под влиянием белков - ферментов (гидролиз) распадаются на отдельные структурные блоки: белки - до аминокислот; полисахариды - догексоз или дентоз; липиды - до жирных кислот и глицерина.

На второй стадии катаболизма из всех разнообразных веществ пищи получается всего несколько довольно простых веществ, на которых сходятся пути катаболизма аминокислот, углеводов и жирных кислот. Вещества второй стадии катаболизма - пируват, ацетилкоэн-зим А, альфа-кетоглутаровая кислота, оксалоацетат, фумарат и сукцинат.

Я понимаю, что для многих читателей названия этих веществ могут выглядеть мало привлекательно, но представьте себе, что это имена Ваших лучших друзей, которые делают для Вас всё, чтобы Вы были здоровыми, предприимчивыми и успешными. По сути это так и есть! Многие из этих веществ образуются из аминокислот.

На третьей заключительной стадии катаболизма все образовавшиеся на второй стадии вещества окисляются до углекислого газа и воды, а выделяющаяся при этом энергия аккумулируется в АТФ.

Анаболизм, т.е. построение и обновление структур собственного тела, опирается на продукты последней стадии катаболизма. Кето-кислоты превращаются в аминокислоты, из которых далее образуются собственные белки тела. Ряд последовательных реакций приводит к синтезу нуклеиновых кислот, липидов, полисахаридов.

Катаболический и анаболический пути отличаются по сути химических превращений и по месту их локализации в клетке. Именно благодаря разной локализации этих процессов они могут протекать одновременно. Интересно, что, начиная от одноклеточных существ -бактерий и до человека, принципиальная картина обмена веществ выглядит однотипно.

Внутреннее устройство и принципы функционирования живой клетки - предмет изучения самостоятельной науки цитологии, и в этой науке ещё немало «белых пятен» несмотря на удивительную малость объекта исследования.

Изящество, компактность и эффективность работы клетки и отдельных её частей не могут не восхищать!

Устройство клетки намного мудрее и целесообразнее лучших современных «рукотворных» устройств типа суперкомпьютеров или плоских настенных японских телевизоров. Однако представить себе, что даже эти «рукотворные чудеса» человеческой мысли могут возникнуть самопроизвольно из груды деталей и микросхем, согласитесь, невозможно! Тем более невозможно себе представить, что когда-то самопроизвольно возникла живая клетка в результате экстремальных воздействий (вроде молнии) на простые неорганические или органические вещества.

Кичащееся своими знаниями и технологиями современное человечество и сегодня не в состоянии сделать живущую клетку из простых веществ в своих сверхоснащённых новейшими приборами лабораториях!

Почему же безумное количество клеток многоклеточного организма действует дружно, согласованно, помогает друг другу, совместно преодолевает все трудности и защищает своё единство?

Среди миллиардов клеток нашего тела насчитывается свыше 200 различных форм. Эти клетки несут в своих ядрах одну и ту же генетическую информацию, однако, функционируют они по-разному (т.е. вырабатывают разные белки) по той причине, что в каждой из них блокирована работа определённой группы генов, разных для различных по функциям клеток. В клетках сердца репрессирована одна группа генов, в клетках печени - другая, в клетках мышц - третья и т.д.

Если одноклеточное существо отвечает только за свою собственную жизнь, то в многоклеточном организме каждая клетка обеспечивает не только свой собственный метаболизм, но и стремится жить в гармонии со своими генетически идентичными соседями. Для совместной деятельности клеток требуется глубокая их специализация, только в этом случае они могут быть полезны друг для друга, и будут обмениваться результатами своего труда.

Клеточная, специализация и интеграция обеспечиваются благодаря жидким средам организма. Межклеточная, внутритканевая жидкость, соединенная с лимфатической и кровеносной системами организма обеспечивают дружное и согласованное существование всего клеточного Космоса.

Значительная часть клеток такого организма (например, клетки мозга) живёт в очень «привилегированных» условиях. Такие клетки не тратят много сил и времени на своё жизнеобеспечение, на работу своих «кухонных генов», а вырабатывают тонкие механизмы для выполнения сложных общеорганизменных функций, активируя свойственные только данному виду клеток гены, «гены роскоши».

В реализации высокодифференцированными клетками важнейших задач по объединению всех клеток в единый организм огромную роль играет кровеносная система, поскольку характерным способом взаимодействия между клетками является обмен сигнальными молекулами, которые клетка выбрасывает в межклеточную жидкую среду. Такими сигнальными молекулами могут быть гормон, медиатор, регуляторный пептид и другие молекулы.

У клеток, обменивающихся «химическими посланиями», имеются специальные белковые структуры – рецепторы, избирательно чувствительные только к определенной сигнальной молекуле. Получив послание, клетка перестраивает свой метаболизм в соответствии с заданием.

Межклеточное взаимодействие, обеспечивающее интеграцию многоклеточных организмов, определяется не только кровеносными сосудами (гуморальная регуляция), но и клетками нервной системы (нейронами). В последнем случае резко увеличивается скорость передачи сигналов и обеспечивается более прицельное воздействие вне зависимости от расстояния, ибо нервы (после анализа информации, полученной из внутренней среды организма и внешней среды) доводят приказы из головного и спинного мозга (центральной нервной системы) до каждого органа, каждой ткани нашего тела.

Кровь - это жидкая транспортная ткань многоклеточного организма, которая по своему солевому составу напоминает морскую воду. Жидкая часть крови носит название плазмы. В ней живут разнообразные клетки называемые форменными элементами крови: белые тельца - лейкоциты, кровяные пластинки - тромбоциты и красные кровяные тельца - эритроциты.

Без эритроцитов многоклеточный организм не мог бы дышать, поэтому они составляют основную массу одноклеточных существ, живущих в плазме крови: в 1мм содержится около 5 миллионов этих живых существ!

Каждый эритроцит представляет собой белковое тельце губчатого строения, мелкие поры которого до отказа заполнены гемоглобином, а гемоглобин - это порфиринсодержащий белок. Гемоглобин обеспечивает обратимое связывание и транспорт кислорода от лёгких во все органы тела. Другой аналогичный белок - миоглобин сохраняет кислород в мышцах.

Попадая в лёгкие с током крови, эритроциты соприкасаются с вдыхаемым воздухом, из которого гемоглобин и захватывает кислород. Богатая кислородом алая кровь доставляет его (через сердце и артерии) во все органы и ткани. Сюда же в лёгкие с обратным током обескислороженной крови (уже по венам) эритроциты приносят углекислый газ. Такова схема кислородного дыхания. Интересно, что молодые эритроциты, образуемые костным мозгом, как и большинство одноклеточных существ, содержат внутри себя ядра, которые, однако, в процессе созревания эритроцитов исчезают, высвобождая дополнительное место для гемоглобина. Эритроциты живут обычно не более 3-4 месяцев. Изношенные эритроциты попадают на своеобразное кладбище - в селезёнку, где они «разбираются на детали», а последние с током крови попадают на «Родину», в костный мозг, где используются для изготовления новых эритроцитов. Удивительно мудро организованная система, работающая в нас без всякого участия нашего с Вами интеллекта (сознания)!

Другие обитатели кровяной плазмы - белые кровяные тельца (лейкоциты) защищают многоклеточный организм от болезнетворных микробов. Где бы эти микробы не появились, лейкоциты устремляются к ним, захватывают и уничтожают.

Если под микроскопом рассмотреть капельку крови, то можно увидеть как лейкоцит, подойдя к микробу, образует отросток, напоминающий хобот слона. Этим отростком он захватывает микроб, втягивает внутрь своего тела и переваривает. Зрелище впечатляющее!

Илья Ильич Мечников, обнаруживший это явление, назвал лейкоциты фагоцитами (от греческого слова «фагос» - пожирающий).

В органах нашего тела (например, в печени, селезёнке) находятся и другие фагоциты - особые соединительнотканные клетки. В отличие от лейкоцитов они неподвижны, и поэтому захватывают только те микробы, которые оказались поблизости. Лейкоциты же подобно охотничьим собакам, «на нюх» чувствуют врага и сами активно устремляются к нему (они чувствительны к веществам, выделяемыми микробами)!

Для того чтобы воспрепятствовать дальнейшему проникновению микробной инфекции лейкоциты порой выходят из русла кровеносных сосудов в окружающие ткани и в огромных количествах погибают в борьбе с микробами. Нагноения - это «поля сражений», усеянные трупами защитников нашего организма - лейкоцитов. Таким образом, лейкоциты - это настоящие патриоты своего многоклеточного организма, «рыцари без страха и упрёка»!

Ещё один тип клеток, населяющих плазму крови, кровяные пластинки - тромбоциты. Они являются теми центрами, около которых кровь начинает свертываться при нарушении целостности сосуда, дабы залатать брешь, открывающую путь вражеским микробам и избавить наш организм от кровопотерь. Все клеточные элементы крови составляют - 45% её объема, остальные 55% приходятся на плазму, в которой растворены минеральные соли и белки. После свертывания крови из плазмы выпадает сгусток белка фибрина, и остаётся жидкая часть, которую называют сывороткой. Объём крови может увеличиваться (после выпитой жидкости) или уменьшаться (после мочеиспускания), но в организме здорового человека эти изменения незначительны, так как между жидкостью внутри сосуда и в тканях поддерживается равновесие.

Клетки тканей нашего тела должны постоянно получать питание, дышать и освобождаться от ненужных, а порой и ядовитых веществ. Основную часть этой работы выполняет кровь, постоянно циркулирующая в организме. Кровеносная система состоит из центрального органа - сердца и соединённых с ним кровеносных сосудов. Сосуды, несущие кровь от сердца, называются артериями. Самая большая артерия - аорта отходит от левого желудочка сердца и сразу же от неё начинают ответвляться многочисленные артерии. По мере ветвления просвет артерий становится всё уже, а в толще органов они превращаются в тончайшие сосуды - артериолы и далее в густую сеть ещё более тонких капилляров, видимых лишь под микроскопом.

Через мельчайшие поры в стенках капилляров, состоящих из одного слоя клеток, доставляемые по артериям питательные вещества и кислород проникают в окружающие ткани, а из клеток тканей обратным ходом в капилляры поступают отработанные продукты и углекислота. Такова схема питания отдельных клеток многоклеточного организма.

Соединяясь между собой, капилляры постепенно переходят в небольшие сосуды (венулы), из которых путём слияния образуются всё более крупные сосуды - вены. По венам тёмная, обескислороженная кровь, насыщенная отработанными продуктами обмена веществ, оттекает от клеток тканей и устремляется к сердцу. Поступив в правое предсердие, а затем в правый желудочек, венозная кровь перегоняется из него в лёгкие.

Проходя через капиллярную сеть, оплетающую легочные пузырьки - альвеолы, кровь отдает углекислый газ и получает новый запас кислорода, а насыщенная кислородом кровь оттекает далее из капилляров лёгких обратно в сердце, в её левое предсердие, затем - в левый желудочек, откуда, наконец, выталкивается в аорту, и начинает новое движение по организму.

Таким образом, весь путь крови делится на два круга: большой и малый.

Большой круг кровообращения - это путь от сердца к органам тела и обратно, а малый круг - путь, который проходит кровь через легкие, отдавая углекислый газ и насыщаясь кислородом.

Итак, управление многоклеточным Космосом осуществляется с помощью нервной системы и гуморальным путём (через жидкости организма). В последнем случае регуляция жизнедеятельности организма осуществляется с помощью эндокринных желёз, выбрасывающих регуляторные приказы - молекулы (гормоны) непосредственно в кровяное русло.

В эндокринной регуляции деятельности тканей и состоящих из них клеток наблюдается жёсткая «административная вертикаль». Главной железой эндокринной системы является гипофиз, расположенный в подкорковой части мозга на уровне глаз. Гипофиз - это «премьер-министр» эндокринной системы. Ему подчинены периферические железы - «министерства»: щитовидная и паращитовидная железы, надпочечники, яички и яичники, плацента, а также эндокринная часть поджелудочной железы. Эти железы осуществляют необходимое воздействие на подчиненные им органы и ткани. С током крови они посылают гормональный «отчёт» о выполненной работе своему руководителю - гипофизу, после чего он временно оставляет в покое старательную эндокринную железу до тех пор, пока в ней вновь не появится необходимость.

Насколько данная статья была Вам полезна: