Я познаю мир. Биология

Современные рыбы освоили практически все природные водоемы Земли. Однако каждый вид рыб способен жить только в привычных для себя условиях. Переходить из пресной воды в соленую и обратно без существенного вреда для здоровья могут очень немногие. Виртуозами в этой области можно считать угрей. Детство они проводят в соленой воде, затем переходят в пресную, а в конце жизни, когда наступает пора размножения, снова выходят в море.

Однако если обычная пресноводная или морская рыба попытается сменить среду обитания, она очень быстро погибнет. Что же мешает рыбам свободно переходить из пресной воды в соленую и обратно? Кожные покровы, покровы полости рта, жабр и других частей тела, а так же оболочки отдельных клеток всех органов и тканей рыб проницаемы для воды. Она свободно сквозь них просачивается, а для солей и большинства других веществ эти оболочки непроницаемы.

image l:href="#"

Речной угорь и его личинка

Куда же будет просачиваться вода: из водоема в тело рыбы или из рыбы в водоем? Процессом диффузии управляет осмотическое давление растворов, которое создается растворенными в ней веществами. Чем их больше растворено в воде, тем выше осмотическое давление такого раствора и тем сильнее раствор всасывает в себя воду.

В пресной воде осмотическое давление практически равно нулю, а в крови и в тканевых жидкостях рыб много солей и белковых веществ. Они создают осмотическое давление, равное 6–10 атмосферам. С такой силой организм пресноводных рыб всасывает воду из водоема. Если бы у них не существовало приспособлений для быстрого выведения из организма излишков воды, они бы разбухли и просто лопнули. Таким образом, у пресноводных рыб никогда не возникает потребность пить воду. Им главное – избавиться от ее излишков.

Другое дело – морские рыбы. В морской воде солей гораздо больше, чем в тканях рыб. Осмотическое давление морской воды равно 32 атмосферам, тогда как в организме морских рыб оно достигает всего 10–15 атмосфер. Поэтому ненасытный океан с жадностью высасывает воду из их тел. Возникает на первый взгляд парадоксальное явление: морская вода «подсушивает» плавающих в ней рыб. Неудивительно, что они постоянно испытывают жажду.

Не всем морским рыбам приходится пить воду. Самые древние из них, акулы и скаты, иначе приспособились к жизни в соленой воде. Они научились сохранять в крови довольно вредное вещество – мочевину, от которой все другие животные спешат как можно быстрее избавиться. Для этого им пришлось одеть жабры в специальную оболочку, непроницаемую для мочевины. В результате осмотическое давление крови акул и скатов значительно выше, чем морской воды. Их тела, как и у пресноводных рыб, сосут воду из океана, поэтому акулы и скаты озабочены только тем, как от нее избавиться.

Этот же принцип позаимствовали у акул и лягушки–крабоеды. Из всех амфибий они одни приспособились к жизни в соленой воде. Правда, икру эти лягушки по–прежнему мечут в пресную воду, но когда лягушата подрастут, они переселяются к морскому побережью, где питаются крабами и мелкими рачками. Как и акулы, лягушки сохраняют в крови мочевину, но делают этот произвольно: прежде чем перейти в морскую воду, запасаются мочевиной, а когда уходят в пресную – освобождаются от ее избытка. Поэтому, где бы они ни жили, этим лягушкам, как и остальным их сородичам, нет необходимости пить воду.

Белки

Речь здесь пойдет не о белках – забавных зверьках с пушистым хвостиком, а о белках – особых веществах, без которых немыслима жизнь ни одного организма на Земле.

Название «белок» было впервые дано веществу птичьих яиц, свертывающемуся при нагревании в белую нерастворимую массу. Затем этот термин был распространен и на другие вещества с подобными свойствами, встречающиеся в разных тканях и жидкостях растений и животных. Позже датские ученые предложили называть белки «протеинами» (от греческого «протос» – первый, главный), подчеркивая важность этих веществ для жизни.

Известный философ XIX века Ф. Энгельс в свое время дал очень удачное определение понятию «жизнь»: «Жизнь – есть способ существования белковых тел...». И хотя сегодня определение Энгельса не вполне удовлетворяет ученых, роль белка он не переоценил. Белки являются важнейшей составной частью клеток любого живого организма, и им принадлежит решающая роль во всех процессах жизнедеятельности.

Белки – одни из самых сложных органических веществ, хотя состоят они из относительно небольшого числа химических элементов: углерода, водорода, кислорода, азота и серы. Кроме того, иногда в состав белков входят фосфор и некоторые металлы. Молекула любого белка – это полимер, представляющий собой цепь из десятков и сотен более простых соединений – аминокислот. Ученым удалось не только расшифровать последовательность аминокислот в цепочках очень многих белков, но и синтезировать множество белков, как тех, что встречаются в живых организмах, так и тех, которых, по–видимому, никогда раньше не существовало – просто таких комбинаций аминокислот ни одни организм не использовал.

Сами аминокислоты соединяются между собой не как попало, а строго определенным образом. Если нарисовать молекулу белка, она будет похожа на нитку бус, в которой бусинками будут как раз аминокислоты. Белки живых организмов построены приблизительно из 20 видов аминокислот, хотя искусственно можно получить гораздо больше их разновидностей. Последовательность аминокислот в молекулах белков закодирована в ДНК. Каждый участок ДНК, кодирующий один белок, называется геном.

В клетках белки синтезируются на рибосомах, о которых вы уже читали (см. с. 66).

Для этого с «инструкции», зашифрованной в ДНК, снимается «копия» в виде молекулы информационной РНК (рибонуклеиновой кислоты). Обычно одна И–РНК копирует один ген. В точном соответствии с «инструкцией», переписанной на И–РНК, рибосомы подбирают аминокислоты и соединяют их в цепочку. В результате получается молекула белка.

На самом деле, процесс синтеза белка еще не закончен: цепочка должна еще принять свою окончательную, рабочую форму: клубочка или палочки или еще какую–то. Для этого отдельные участки цепочки сначала сворачиваются в спираль или подобие гармошки, а эти спирали и гармошки укладываются в виде эллипсоидного микроскопического комочка или палочки.

Так выглядят белковые молекулы, состоящие из одной аминокислотной цепи. Но бывает и так, что белковая молекула состоит из нескольких цепей. В этом случае комочки и палочки собираются по нескольку штук, образуя еще более сложные молекулы.

image l:href="#"

Белки служат главным строительным материалом организма. Они участвуют в формировании клеточных оболочек, цитоплазмы, клеточных ядер и органелл. Многие белки являются ферментами – ускорителями химических реакций, обеспечивающими протекание обмена веществ, и гормонами – регуляторами функций организма. Многие яды биологического происхождения, и иммуноглобулины, защищающие организм от ядов и микроорганизмов, имеют белковую природу. Белки входят в состав опорных тканей (костей и сухожилий) и мышц. Благодаря сократительным белкам – актину и миозину – мышцы способны сокращаться (см. с. 288). Ну и, наконец, белки могут использоваться как источники энергии, хотя эта их функция не уникальна – расщепляться с выделением энергии могут и углеводы, и жиры. А вот, скажем, «работать» ферментами углеводы и жиры не умеют.

image l:href="#"

image l:href="#"

Какие только функции ни выполняют белки

Под прессом

Про обитателей глубин океана можно сказать, что они находятся под прессом чудовищной силы. Но, несмотря на огромное давление в их клетках, жизнь в океанской бездне оказалась возможной. Это значит, в частности, что у тамошних обитателей идут химические реакции, ускоряемые ферментами.

До недавнего времени ученые не могли дать вразумительный ответ на вопрос, как под действием высокого давления изменяется ход биохимических процессов и чем отличаются биохимические процессы глубоководных организмов от обитателей мелководий.

Было известно лишь общее правило: если под воздействием изменившегося давления объем увеличивается, скорость реакций уменьшается. И наоборот, если при сохранении массы объем уменьшается, скорость химических реакций возрастает. Ну а если изменение давления не отражается на объеме, скорость биохимических реакций остается прежней.