Дорогой заинтересованный искатель здоровья, все живые организмы состоят их клеток, и все они обязательно питаются, даже паразиты. Вообще, смысл питания, по большому счёту, в оживотворении организма за счёт энергии. Однако нездоровым может оказаться любой организм. Какую роль здесь играет та же стратегия правильного питания? И вообще, где и как зарождается болезнь? На самом деле, чтобы хоть как-то ответить на эти вопросы, пусть и далеко не сразу, нам придётся заняться исследованием микромира (ну, в том числе, параллельно с изучением человека). Конечно, мы и не рассчитываем прямо до всего «докопаться», но хотим найти приемлемые для нас зацепки, ведущие к прояснению ситуации. Ещё раз укажем, мы не пишем научный трактат, не следуем строгой научной парадигме, а просто увлекаемся философией жизненной реальности. В данной связи мы будем много говорить о проблемах, как здоровья, так и питания.
Так вот, не известно досконально: что такое Жизнь. С другой стороны, наблюдать за жизнью весьма полезное занятие. Давайте так, какие клеточные организмы считаются наиболее простыми? Скорее всего, речь сразу заходит об одноклеточных организмах или же микроорганизмах. Это такие маленькие клеточки, их ещё (в широком смысле) называют обывательски бактериями. Болеют ли микробы? Оказывается, вполне себе они могут чувствовать себя плохо, им порой не дают покоя бактериофаги. А бактериофаги - это такие вирусы, способные заражать бактериальные клетки. И вирусы не являются клетками. «Вирусы - это мельчайшие инфекционные агенты, которые имеют молекулярную (неклеточную) организацию, обладают единственным типом нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и являются облигатными (строгими) внутриклеточными паразитами».[1] Поучается, вирусы что-то типа свободных «летучих информационных кодов».
Кто такие вирусы? Являются ли они организмами? Считаются ли они живыми? Ведь «каждый живой организм состоит из клеток (исключение составляют вирусы). Тела неживой природы (за исключением отмерших организмов) клеточного строения не имеют».[2] По данному поводу ведутся научные споры. Но мы рассуждаем о живых системах, так или иначе, но упорядоченно организованных. Ну, так и ДНК есть определённая организация. Ладно, «важнейшая особенность живых систем заключается в том, что их жизнь невозможна без притока в них энергии, обмена веществ и обмена информацией».[3] Если с микробами в данном отношении всё как бы понятно, а что с вирусами? Вирусы виновники болезней?
Мы планируем с вирусами концептуально плотно разбираться (тема очень щепетильная), а пока в двух словах. «Вирусы – это мельчайшие формы жизни, не имеющие клеточного строения».[4] Да, по логике вещей, они должны быть живыми, просто эти жизненные формы несколько иначе выглядят, как «пришельцы». Если они живые, то им надо питаться, кстати. Что такое вирус? Форма такая, по строению в простейшем варианте ДНК (или РНК) «завёрнутая» в оболочку из белков. Это живая система, но не организм? В то же время, живые организмы обладают способностью извлекать, преобразовывать и использовать энергию окружающей их среды – либо в форме органических питательных веществ, либо в виде энергии солнечного излучения».[5] Что происходит? Энергетический и информационный обмены!
Чем питаются вирусы? Как и полагается паразитам, вирусы живут за счёт ресурсов организма хозяина. Но вне клетки (своего домика) вирусы представляют подобие обычного химического вещества, в котором «прячется» потенциальная жизнь. Скажем так, если определять вирусы как переходную форму между живой и неживой материей, то, может быть, мы найдём место вирусам между минералами и живыми клетками. Ну, тут только догадываться. Между тем, ставится резонный вопрос, а болеют ли уже вирусы? Сегодня учёные делятся открытиями, и вот, обнаружили новый вирус - «вирофаг». Он, этот вирус, заражает (переносит свои гены) другие вирусы! Вирофаг снижает способность размножаться своих собратьев. В общем и целом, вирус, проникая в клетку, допустим, бактерии, меняет её метаболизм. Выходит, что обмен веществ бактерии начинает работать на вирус, при информационном изменении программы развития.
Да, наличие обмена веществ (метаболизма) считается одним из признаков живой системы. А если какой-то агент просто захватывает управление обменом веществ? Одновременно характерным признаком живой природы считается - питание. Ради чего вирус вторгается в клетку? Чтобы питать себя энергией и размножаться, вирусу нужна активная жизненная энергия с целью выхода из «спящего» состояния. Ладно, вопросов много, но в целом, на базе клеточной теории, а также при исследовании разных теорий питания, мы соберём материал, который станет значительной частью ещё и концепции ответственного самооздоровления.
Да, всё дело в энергии и питании. Теперь предложим немного общих сведений о питании бактерий. На самом деле, специальных органов пищеварения у бактерий нет. Всё, что им нужно для жизни, попадает в клетку путём всасывания через отверстия (поры) в клеточной оболочке. Однако предварительно перед всасыванием все питательные элементы должны быть «приготовлены» до уровня молекул, иначе им не «пролезть» через поры. Поэтому микробные клетки обладают ферментами, которые используют заранее для растворения более крупных веществ.
В целом, микроорганизмы «придерживаются» различных систем питания, выделим автотрофов, гетеротрофов и паратрофов. Если паратрофы просто паразиты, то гетеротрофы питаются готовыми органическими веществами. А вот автотрофы «находят питательную силу» в солнечной энергии, за счёт которой синтезируются нужные соединения из углекислоты и карбонатов. Зачем мы вообще заговорили про микроорганизмы? Это просто вставочка, на которой сделаем акцент, но своё развитие тематика питания получит в дальнейшем. Так как всё очень интересно, но хотелось бы последовательных шагов. И кое-какие сведения об одноклеточных организмах мы рассмотрим уже сейчас.
Итак, причём тут энергия? Ну как, без притока энергии нет питания, нет ни обмена веществ, ни обмена информацией. Никакой жизни нет в таких условиях. И даже вирусам, если им негде жизненно реализоваться, бывает крайне туго. Зачем нам нужна пища? Для излечения из неё энергии! Поэтому вся ситуация с потоками веществ имеет связь именно с энергией, которая бы давала биологической системе жизнь. И пусть в качестве простейшей жизненной модели для изучения энергетических потоков выступят на первое время одноклеточные организмы (правда, где-то мы рассматриваем и неклеточные организмы).
Хорошо, следующий момент, из чего состоят микробы? На самом деле, если это касается бактерий, то они на 70% «сделаны» из воды. Кроме того, в перерасчёте на сухое вещество, бактерии - это белков - 52%, углеводов - 17%, липидов - 9%, РНК - 16%, ДНК - 3%. Минеральным веществам отводится 3%. В химическом отношении в бактериях в большей степени присутствуют: азот - 8 - 15%, углерод - 45 - 55%, кислород - 25 - 30%, водород - 6 - 8% и минералы - 2- 15%.
В общем и целом, мы говорим о самых настоящих органических существах. Что ещё полезно отметить? Бактерии могут выделять во внешнюю среду ферменты, которые предварительно расщепляют питательные вещества, потом более простые элементы усваиваются клеткой. Но бактерии обладают ещё такими ферментами, которые работают внутри клетки в рамках разложения поступивших элементов и трансформации их в составные клеточные части.
Допустим, среди ферментов бактерий выделяются оксидоредуктазы, катализаторы, призванные обеспечивают живую форму энергией. Присмотримся к некоторым из них, так, каталаза из перекиси водорода производит кислород и воду. В бактериях ферменты гидролазы способствуют расщеплению белков, жиров, углеводов. Ну и другие ферменты бактериальных клеток выполняют свои функции в процессе жизненного цикла.
Дальше посмотрим, как питательные вещества поступают внутрь миниатюрных клеточных жизней. Конечно же, прежде всего, через клеточную оболочку. В общем, перенос питательных веществ (в клетку) осуществляется либо без затрат энергии (путём диффузии), либо с затратами энергии (активным транспортом). Если происходит диффузия, то переносимые вещества не взаимодействуют с компонентами мембраны, так поступают газы, вода, определённые ионы (например, натрий). Получается, клетка дышит, пьёт, ест.
Бывает так, что в переносе веществ участвуют специальные белки-переносчики (по типу парома) также без затрат энергии. Однако эти белки-переносчики, называемые пермеазами, часто осуществляют транспортировку веществ уже с затратами энергии. Зачем нужна такая энергия? «Энергия необходима для модификации белка-переносчика на внутренней стороне мембраны».[6] Хорошо, какой механизм данного варианта поступления питательных соединений предлагается? «Пермеаза на внешней стороне цитоплазматической мембраны связывается специфически с молекулой субстрата и с помощью АТФ транспортирует её к внутренней стороне мембраны. На внутренней поверхности мембраны пермеаза высвобождает субстрат в цитоплазму».[7] И таким путём в клетку поступают небольшие молекулы (аминокислоты, некоторые сахара, органические кислоты). В конечном итоге, все поступившие в клетку соединения вступают в биохимические реакции, в результате чего оформляется структура клетки, создаются источники энергии.
Кругооборот энергии в природе живых систем? И, может быть, этот кругооборот начинается с вирусов? В любом случае для реализации метаболизма бактерий требуются входные мономеры, которые в дальнейшем укрупняются в полимеры. Эти мономеры либо поступают из внешней среды, либо синтезируются «на мощностях» самой клетки. Что нужно для синтеза мономеров? Скорее всего, какие-то первичные минеральные компоненты. Между тем, вещества, образуемые в клетке за счёт биохимических реакций, называют метаболитами. В целом, «метаболизм бактерий включает в себя питание, получение энергии, рост и размножение бактерий, а также их взаимодействие с окружающей средой».[8]
Продолжим по поводу питания, широко принято считать, что все живые системы по типу питания делятся на две большие группы. То есть, существуют организмы, у которых для питания есть всё, в смысле наличествуют органы для поглощения пищи, переваривания пищи и выведения результатов переваривания. Но одновременно существуют такие организмы (к которым относятся бактерии), у которых нет специальных органов для принятия пищи. Что им остаётся делать? Поглощать питательные вещества всей поверхностью тела! А как? «При помощи гидролитических экзоферментов они осуществляют внешнее переваривание, то есть расщепляют белки, жиры, углеводы до простых молекул, которые поступают внутрь клетки и подвергаются в дальнейшем при необходимости воздействию эндоферментов. Есть микроорганизмы, способные утилизировать некоторые элементы в газообразном состоянии или из неорганических соединений».[9]
Ладно, первым в ряду необходимых элементов для бактерий стоит углерод. И вот, есть такие микроорганизмы, которые усваивают углерод из неорганических соединений, углекислоты или карбонатов. Другие микроорганизмы (гетеротрофы) берут углерод из органических соединений. Между тем, автотрофы могут синтезировать органические вещества, для этого они используют энергию света и инфракрасных лучей (фототрофы). Другие микроорганизмы для тех же целей научились использовать энергию химических связей неорганических веществ (хемотрофы). Но и это ещё не всё, какие-то гетеротрофы получают углерод мёртвых субстратов (сапрофиты), а какие-то добывают его, живя внутри хозяина (паразиты).
Какой углерод идёт на пропитание микробам? На самом деле, источниками углерода могут быть спирты, органические кислоты, сахара. Но не углеродом единым жив микроб. Вот азотфиксирующие микроорганизмы питаются атмосферным азотом. Между тем, автотрофы в качестве азотного питания выбирают неорганические соединения, а гетеротрофы аминокислоты животного происхождения. Хорошо, основа питания бактерий - это как бы минералы. Где их можно найти? «Необходимые для жизни минеральные вещества микроорганизмы получают из естественной питательной среды. Серу бактерии получают из сульфатов или из некоторых аминокислот (цистин, цистеин), Фосфор входит в состав фосфорнокислых солей. Калий, магний, железо микроорганизмы также получают из различных солей».[10]
Да, всё понятно, бактерии фундаментально могут питаться минералами, бактерии получают от минералов для себя жизненную энергию. И энергию для жизнедеятельности запасают в форме АТФ. Кратко укажем источники энергии для бактерий. Уже было сказано, но повторимся, фототрофы в качестве энергии воспринимают свет. Хемотрофы выделяют для себя энергию благодаря окислительно-восстановительным реакциям, источниками энергии здесь могут быть либо неорганические вещества (литотрофы), либо органические соединения (органотрофы). Как бы подытожим, источником энергии для микроорганизмов могут быть свет или химическое вещество. А источниками углерода для них являются углекислый газ, органическое вещество.
Далее, метаболизм бактерий подразумевает энергетический цикл. Действительно, энергия необходима бактериям для их жизнедеятельности, а молекулы АТФ являются формами накопления этой энергии. Это означает, что «чистый» энергетический поток, идущий в бактериальную клетку, оформляется ионами (минеральными элементами). Движение ионов - что это такое, если не энергия?
Итак, у бактерий может наблюдаться смешанный метаболизм, но мы выделяем основные его виды. Дело в том, что благодаря метаболическим процессам как раз и производится АТФ. Когда происходит синтез АТФ у бактерий? На самом деле вследствие окислительного метаболизма (дыхания) или брожения, иначе ферментативного метаболизма. Как таковой метаболизм определяется способом получения энергии, значит, где-то и типом питания. Ну, посмотрим что и как в дальнейшем по необходимости.
И вот, всё дело в сахаре, точнее в глюкозе. Ибо микробы очень любят глюкозу, она же может, в свою очередь, выступать в качестве источника углерода с органической точки зрения. Прекрасно, окисление глюкозы (распад соединения) характерен как для аэробных, так и анаэробных бактерий. В биохимическом отношении там разные пути есть, мы пока не особо вникаем тут. Но АТФ образуется при дыхании, а органические соединения окисляются. Почему где-то нужен кислород, а где-то нет? Ситуация объясняется тем, что микроорганизмы снабжены различными ферментативными системами.
Скажем, при брожении энергия получается из органических соединений в анаэробных условиях и за счёт субстратного фосфорилирования. Причём, полного окисления субстрата при брожении не происходит. Ну, тоже всю биохимию разбирать сейчас не будем, между тем, продуктами брожения будут органические кислоты, газы, спирты. Во всяком случае, хотя и мало, но АТФ образуется.
Теперь важно обозначить следующее, главные компоненты бактериальных клеток синтезируются из аминокислот, фосфатов, пуриновых и пиримидиновых оснований, а также органических кислот. Если бактерии могут сделать себе клеточные компоненты из источника углерода и энергии, то замечательно. А если нет за отсутствием нужных ферментов? Тогда потребуется специальный фактор роста, в виде, например, тех же аминокислот, пуриновых и пиримидиновых оснований, витаминов. Да, нелегка жизнь обычного микроба, и если уж он получил со стороны белки, то должен их разложить до ионов аммония. И уже потом микроорганизмы строят свои аминокислоты, причём могут построить все 20 штук, из которых состоят белки.
Дальше, в рамках продолжения, мы хотим уяснить, а как, условно говоря, «питаться светом»? И снова, причём тут энергия? Возможно, питаться правильно, значит, придерживаться баланса в энергетическом обмене. Так вот, не устраняясь далеко от тематики про микробов, мы думаем обратиться к физиологии уже растительной клетки. А растения, как известно, зачастую по типу питания - автотрофы.
[1] Медицинская вирусология: учебное пособие / И.И. Генералов, Н.В. Железняк, В.К. Окулич, А.В. Фролова, И.В. Зубарева, А.М. Моисеева, С.А. Сенькович, В.Е. Шилин, А.Г. Денисенко, А.Г. Генералова. Под ред. И.И. Генералова. - Витебск, ВГМУ, 2017. С. 13
[2] Биология. Бактерии, грибы, растения. 5 кл. : учеб. для общеобразоват. Учреждений / В.В. Пасечник. – М. : Дрофа, 2012. С. 16
[3] Философия наук о живой природе: учебное пособие для аспирантов / В.В. Кашин – Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2006. С. 15
[4] Литусов Н.В., Устюжанин А.В. Структура и репродукция вирусов. Иллюстрированное учебное пособие. – Екатеринбург: Изд-во УГМА, 2012. С. 4
[5] Ленинджер А. Основы биохимии: В 3-х т. Т.1. Пер. с англ. – М.: Мир, 1985. С. 12
[6] Литусов Н.В. Физиология бактерий. Иллюстрированное учебное пособие. - Екатеринбург: Изд-во УГМУ, 2015. С. 15
[7] Литусов Н.В. Физиология бактерий. Иллюстрированное учебное пособие. - Екатеринбург: Изд-во УГМУ, 2015. С. 15
[8] Литусов Н.В. Физиология бактерий. Иллюстрированное учебное пособие. - Екатеринбург: Изд-во УГМУ, 2015. С. 16
[9] Литусов Н.В. Физиология бактерий. Иллюстрированное учебное пособие. - Екатеринбург: Изд-во УГМУ, 2015. С. 17
[10] Литусов Н.В. Физиология бактерий. Иллюстрированное учебное пособие. - Екатеринбург: Изд-во УГМУ, 2015. С. 19