Самая первая тема для моих учеников - это химический состав клетки. Потому что ну как без этого? Если не знаешь, что лежит в самой основе, то никаких глубоких знаний не получишь. А нам-то надо глубокие!
Так какая же химия лежит в основе биологии?
Химии, друзья, в нас полным-полно. Мы из химии буквально состоим. На все 100 %. Но каких-то элементов в живых существах больше - а каких-то меньше, а то и нет совсем.
Органогены
В основе всех наших организмов - а значит, биоорганических соединений, - лежат четыре элемента. Четыре элемента, как четыре коня апокалипсиса, то есть наоборот - жизни. Зовут их - органогены. Потому что все органические соединения получаются из них.
И первый конь чёрен. Это углерод собственной многоликой персоной.
Углерод составляет основу всех без исключения органических соединений. Он - наш биохимический скелет.
Второй конь бел, и это кислород, который ни цвета, ни запаха не имеет. Зато мы без него - никак. Просто жить не можем! В прямом смысле.
С одной стороны, кислород, вместе с углеродом, строит все наши органические молекулы.
А с другой - ну... он и сам по себе важен. Особенно как газ.
Кислород - очень активный товарищ. Он всё вокруг испортить норовит! Всё окислить! Окислить - это значит, ну... присоединиться ко всему. Просто оглянуться не успеешь - как он тут как тут. Уже прицепился и всё испортил. Ну или улучшил.
Но за это мы его и любим! Он много чего хорошего у нас делает. Потому что мы - аэробы. Кислородные то есть организмы.
Если кислород - конь белый, тогда водород какой? Или это водород будет белый? Или он будет бледный конь? Эх, сложно сказки рассказывать!
В общем, третий из этой четверки коней-органогенов - это водород. Он "родит воду" - ну, то есть из него вода состоит. Но не из одного, конечно - один-то мало кто "родить" может. Он вместе с кислородом. Кислород же - знаете? Всё присоединиться норовит.
Но не только воду "родит" водород, а еще и все органические молекулы тоже. Нет никакой органики без водорода. Да он просто органород какой-то, вот!
Ну а красный конь тогда, получается, азот? Ну пусть азот будет красный. Хотя почему он красный - вообще без понятия. Ну мы тут сами себе хозяева. Как хотим, так и рисуем.
Азот, в отличие от кислорода - совсем ленивый товарищ. Ну, когда не атом, а газ. Он как сам со своим братом-близнецом, тоже азотом, соединится, так им ничего больше в жизни не надо! Очень трудно их разделить и что-то делать заставить. Это только бактерии умеют. И молнии ещё. Я вам про это расскажу обязательно потом.
Азот у нас есть в самых важных молекулах - в белках и в нуклеиновых кислотах. Без азота нет белков, а без белков нет никого. А нуклеиновые кислоты так еще главнее. Поэтому азота у нас, выходит, царь горы. Вот и сидит там, весь такой гордый.
Ну и всё! Всех органогенов вам представила. Вот из этой четверки построены основные классы органических веществ. Из которых мы все состоим. Вообще все мы. От вирусов до людей.
Основных классов органических веществ, по какой-то случайности, тоже четыре.
Хм. Надо это обдумать...
В общем, это углеводы, липиды (в т.ч. жиры), нуклеиновые кислоты и белки.
Про них я вам тоже потом расскажу. Мы же сейчас про химию. А под словом "химия" обычно подразумевают что-то неорганическое, что-то простое. А про сложное когда мы будем говорить, так мы скажем "органическая химия" или даже "биохимия".
- Химия - это основа. Ну, как букварь. Мама мыла раму - это химия. А вот "Война и мир" - это уже биохимия.
А что еще у нас в нас есть из "химии"? Да много чего. Штук 80 химических элементов присутствуют зачем-то в живых организмах. Про многие даже и не знают, зачем они нужны. Но нужны, и это факт.
Макроэлементы
Кроме нашей четверки, у нас есть ещё штук 10 разных элементов, которых много в живых организмах. За это их назвали макроэлементы. Ну, макро - это и есть много. Это, например, сера и фосфор. Есть еще кальций, калий, натрий, хлор, а также магний и железо.
Если брать вообще животных, то у них будет много кальция, калия и натрия, а железа не очень-то. А если брать только птиц там и млекопитающих, то еще и железо в макроэлементы попадёт. А если брать растения - тут магний будет в первых рядах. Потому что в использовании этих элементов есть особенности.
Сера
Вот белки, например. Они есть у всех живых организмов. Не даром же один умный бородатый дядька сказал - "Жизнь есть способ существования белковых тел". Знаете, кто?
А в белках, кроме главной четвёрки, обязательно есть сера. Обязательно. Она стабилизирует структуру белка. Но не сама по себе сера, конечно! Она входит в состав двух аминокислот, а эти аминокислоты - в состав белков. Белки вообще без этих аминокислот не получатся. Так что сера нам для этого нужна, и её у всех у нас есть довольно много. Значит ли это, что нам надо есть серу? Не-а. Сера сама по себе нам не поможет никак. Мы же аминокислоты не делаем. А знаете, кто их делает? Растения. И некоторые бактерии. А мы уже потом этими аминокислотами всем миром пользуемся. Так что спасибо растениям.
Фосфор
А еще у всех-превсех живых организмов есть фосфор.
Фосфор у нас есть в виде в виде фосфатов, солей ортофосфорной кислоты. Да-да, той самой, которая в кока-коле, а также в средстве для восстановления ржавчины. Это никакая не отрава, это самый что ни на есть обычный компонент наших самых основных молекул - нуклеиновых кислот и АТФ. Она у нас так и усваивается в виде фосфатов. В том числе и из колбасы и колы. Из восстановителя не надо, он технический всё-таки...
Нуклеиновые кислоты - это основа нашей жизни, ДНК и РНК. А АТФ - это главный и единственный наш биохимический аккумулятор, та энергия, на которой работают все наши процессы.
А ещё фосфор вместе с кальцием делает наши кости.
Калий, натрий и хлор
Еще есть такая троица - калий, натрий и хлор. Их тоже у нас полно. Конечно, не в молекулярном виде, а в виде растворимых солей, то есть ионов.
Эти ребята отвечают за электрическую проводимость наших клеток. Да-да. В обычном-то мире электроны бегут по проводам, а у нас, у живых организмов, всё не так. Я вам тоже потом расскажу, как в живом всё шиворот на выворот, это настоящая ржака. Пока запомните, что ионы калия, натрия и хлора нам нужны для электропроводимости.
Поступают они к нам в виде минеральных солей. Натрий и хлор - из поваренной соли, калий - из всякой еды. В бананах его много, в картошке и в капусте. Ну и в животной пище, конечно. Животным-то он тоже нужен.
Кальций
А еще нам нужен кальций. Отчасти он нам нужен для скелета, вместе с фосфором. Потому что у позвоночных кости-то из такой штуки, которая в геологии называется апатит. Ну не совсем состоят, а примерно на 45% сухого остатка. В составе костной ткани выявлено около 10 минералов группы апатита, основным из которых является гидроксиапатит – Са10(РО4)6 (ОН)2.
Но кальций в растворенном виде, в виде положительных ионов, нужен нам для мышечных сокращений, это раз, и для свертывания крови, это двас. А про это я вам тоже когда-нибудь расскажу.
Кальций мы едим с молочными продуктами. Там очень хороший кальций, усваивается и не бедокурит. А из минеральных компонентов - из скорлупы или из мела, или из ракушек - тот нет, тот может камни в почках вырастить. Такой нам не надо, ну его. Сыр лучше и творог будем есть.
Кто там еще остался? А, магний и железо.
Короче. У нас есть такая штука, гемоглобин. Там наши родные четыре коня (углерод, кислород, водород и азот) делают такую ажурную конструкцию, как кружево, а в середину вставляется атом железа. Эта штука называется гем. Из нее потом получается гемоглобин. Если в такую штуку вставить атом магния, то из нее потом получится хлорофилл. То есть железо надо животным с красной кровью (то есть многим позвоночным), а магний - растениям с зеленым хлорофиллом (то есть всем).
"У растений нет красной крови, так зачем же им железо? А ведь мы им его даём!!!" - спросите вы, и будете абсолютно правы. Потому что железо им нужно как микроэлемент. Входит в состав коферментов. Это такие штуки, которые ферментам помогают. А ферменты - это такие штуки, которые вообще всё в наших живых организмах делают. Без ферментов мы не будем жить вообще. Ну может минут пять только.
Гемоглобин у нас сидит в эритроцитах. Но они же не вечные! Старые эритроциты у нас специальные товарищи разбирают, а железо из гемоглобина достают и в печень складывают. И там у нас есть всегда его некоторый запас - чтобы новый гемоглобин все время делать, и новые эритроциты им начинять. Но этот запас надо пополнять, конечно. И откуда мы его будем брать? Не гвозди же есть! Нет. Мы его возьмём из чужой печени. Или из красного мяса. Потому что родной брат гемоглобина - миоглобин, в красных мышцах живёт.
В растениях железа не много. Нечего ему там особо делать. Поэтому все там яблоки и гранаты - это не серьезно. Мясо ешьте и печень. Будет вам железо. А в растениях железо - микроэлемент. Его там в сто раз меньше.
Про микроэлементы поговорим. Вот прямо сейчас!
Микроэлементы
Остальные примерно 70 элементов из таблицы Менделеева (тоже, кстати, был умный бородатый дядька) - это как раз они. Микроэлементы. Те ребята, которых нам надо ооооочень мало. Но без них живые существа будут жить плохо и быстро умрут. Тут как раз будут опять железо (для растений) и магний (для животных), а также марганец, бор, йод, медь, цинк, фтор. Знакомо? Конечно. А вот так: ванадий, никель, хром, литий, мышьяк, литий? Страшновато? У меня, например, хром и ванадий ассоциируются исключительно с гаечными ключами.
А мышьяк - с коварными отравительницами.
А литий - с батарейками.
А между тем эти вещества абсолютно необходимы всем нам. А что вы скажете, например, про кобальт? Знаете вы такой элемент? Я так вообще без понятия. Ну в таблице-то Менделеева видела, конечно, но лично не знакома. А вот соединение, где этот кобальт у нас есть, вы все прекрасно знаете. Узнаёте?
Нет? Да это же это витамин В12! Цианокобаламид. И не с проста этот кобальт в витамине сидит. Потому что все микроэлементы - это часть биологически активных веществ. Чаще всего они входят в состав витаминов или других ко-ферментов.
Йод
Или вот йод. Йод очень хитрый микроэлемент. Он никому особо не нужен, кроме водорослей и животных. У животных - и у нас с вами - йод входит в состав гормонов щитовидной железы.
А у водорослей нет никакой щитовидной железы. А йод помогает им не умирать во время отлива. Вот какой-то там механизм странный - что они йод выпускают в воздух и так спасаются. Надо поискать в литературе, расскажу вам потом. А больше ни у кого его и нет, йода этого.
Впрочем, растения умеют накапливать этот самый йод. Ну все они немного барахольщики. Вот и тащат к себе всякое. Особенно, если растут около морей и океанов. Там йод помирающие на отливе водоросли выпускают в воздух, чтобы совсем не помереть, а из воздуха этот йод в почву попадает. А растения его - цап! - и к себе. А потом люди их едят, и им хорошо. Эти люди у морей и океанов вообще отлично устроились. И море им, и пляжи им, и морепродукты свежие вот рядом плавают, и йода кругом полно.
Откуда-то йод есть в морепродуктах. И я подозреваю, что он в них попадает из водорослей. А в водоросли - из морской воды. В морской воде полно йода. Он еще 4 миллиарда лет назад в ней порастворялся, когда наша планета только остывала, так до сих пор и плавает. Вода испаряется - йод остаётся. Ну и вот, креветки и гребешки всякие просто накапливают этот йод, потому что его в еде много. И они его в гормоны придумали включать.
А потом из океанов вышли, в центры материка расселились - и где теперь йод брать? В центрах материков с йодом беда. Вернее - без йода беда. И мы за ним ходим в магазин - покупаем йодированную соль. Там йода достаточно. Ну в крайнем случае в аптеку пойдем, если врач выпишет... Но только если врач!
С этими микроэлементами ухо востро надо держать. Чуть переборщил - всё! Будет только хуже. Основные микроэлементы всем нужны в микродозах. Тем более, что большинство этих самых микроэлементов нужны не в виде солей, а в виде готовых конструкций - типа того же цианокобаламида, витамина В12. Его бактерии или растения умеют собирать, а мы уже готовый с пищей должны получать. Сами не умеем. Поэтому не морочтесь, просто ешьте разнообразную пищу, а там организм наш сам всё и найдет.
В общем, любой живой организм состоит из химических веществ. Но если просто насыпать в банку химических элементов и смешать - то из этой банки не выпрыгнет лягушонок или цыпленок. Даже вирус самый простой не составится!
Да и очень хорошо, на самом деле. Ну их, вирусы эти.
Для того, чтобы жизнь получилась, все химические элементы надо правильным образом собрать, связать друг с другом. Взять много органогенов, немного серы и фосфора. И из всего этого получить сперва сложные органические молекулы, которые мы называем мономеры. Потому что из них, как из кирпичиков, потом надо будет построить более сложные биополимеры - белки, липиды, углеводы и нуклеиновые кислоты. А уже из них, добавив микроэлементов - уже и жизнь можно собрать.
Сложные биологические молекулы, а также процессы, которые с ними происходят в живых организмах, изучает прекрасная наука биохимия.
И у меня есть очень большое желание познакомить вас с этой прекрасной наукой. Ну потому что она же в основе всего, в основе всей жизни лежит. Так почему бы и нет? А? Тем более, что вам же вам не учебник читаю, а сказки рассказываю.
Биохимические сказки. Вот где вы ещё такое услышите? Только здесь, только от БиоЛламы!
Так что - Присоединяйтесь! Будет познавательно!
Ваша Лл.
