Биология живых систем. Почему организмы нуждаются в энергии?

Так, хорошо, и для начала, с чего начинается живая клетка? Между тем, стоит сказать, в функциональном смысле системы органов бывают разные, а если речь идёт о клетке? Как раз клетка - это живая система. И мы не зря подчёркиваем значимость функций, ради которых образуются клетки. Вместе с тем, клетка представляет собой такую физическую систему, которая для того чтобы жить, должна питаться. И действительно, всякая клетка имеет мембрану, которая организует избирательный пропуск нужных питательных ингредиентов внутрь. Мембрана как бы ограничивает «внутреннюю клеточную жизнь» от внешней среды.

Давайте так, ядро клетки - это её управленческий центр. В итоге, вся жизнь клетки сосредоточена за мембраной. Что такое клетка? Да, система, которая состоит из биополимеров. Получается, что клеточными «органами» где-то являются биополимеры? Ну, с биохимической точки зрения клетку тоже можно рассматривать. И всё-таки, если принимать за условные органы клетки биополимеры, то они должны отличаться также функционально. И да, в клетке определяются многие структуры, которые выполняют различные специальные (свои, так сказать) и обязательные функции. Как раз эта системная особенность клетки напоминает живой многоклеточный организм. Иными словами, клетка - это организм, только маленький, где царит свой порядок.

Ладно, в целом, клетка - это ядро и цитоплазма с органеллами, а поверхность клетки покрыта мембраной. И сугубо с символической точки зрения мембрана как бы оформляет цитоскелет клетки (механический каркас), представляет тем самым опорно-двигательную систему, выполняющую заодно покровную функцию. По аналогии, ядро через управление интегрирует все остальные функции клетки, что можно связать с нервной системой. Тогда как цитоплазма, где происходит метаболизм со всеми связями, взаимодействиями, координацией и так далее, напоминает сердечно-сосудистую систему. Но повторимся, конечно, всё это условно, тем не менее, можно заметить управление, координацию и соответствующую обусловленную активность. С другой стороны, фундаментально живая клетка начинается с энергии.

Итак, простейшими примерами клеточной жизни могут быть одноклеточные организмы, «наполненные» биополимерами. Всего одна клетка, но она живёт своей жизнью, развивается, размножается, в конце концов, даже чему-то успевает научиться. И что же позволяет это ей делать? Вместе с тем, в клетке идут различные биохимические процессы, например, биосинтез белков, полисахаридов, липидов и других веществ. Но как таковая клетка существует в окружающей среде, взаимодействует с ней, без внешнего энергетического обеспечения из окружающей среды клетка не живёт. Кажется, понятно, поступление энергии в клетку - это её питание.

Клетки нуждаются в энергии! А может быть так, чтобы клетки подпитывались энергетическими лучами? Да, отдельные клетки как бы и питаются солнцем, но тут есть нюанс, дело в том, что солнечная энергия может пребывать в углероде. А клеткам в первую очередь нужен углерод в качестве аккумуляторов солнечной энергии? Существуют же органические солнечные батареи, состоящие из материалов на основе углерода.

Кстати, насчёт питания, не прочь «перекусить» в нужный момент даже вирусы, хотя они и не клетки вовсе. А чем питаются вирусы? Они, как и полагается паразитам, живут за счёт ресурсов организма хозяина. Ради чего вирус вторгается в клетку? Чтобы питать себя энергией и размножаться, ведь вирусу нужна активная жизненная энергия с целью выхода из «спящего» состояния. Если питаться необходимо вирусам, то бактериям и подавно это нужно делать, однако у них нет никаких специальных органов пищеварения. В бактериальную клетку все питательные вещества попадают путём всасывания через отверстия (поры) в клеточной оболочке. Однако перед всасыванием все питательные элементы должны быть «приготовлены» до уровня молекул, иначе им не «пролезть» через поры. Отсюда, микробные клетки обладают ферментами, которые используют заранее с целью растворения более крупных веществ.

Выходит, организмы питаются, в том числе молекулами, хотя среди них есть автотрофы, гетеротрофы, паратрофы. Что касается автотрофов, они способны использовать солнечную энергию для того, чтобы создать необходимые соединения из первичного материала, углекислоты и карбонатов. Опять углерод? Ну, посмотрим из чего же «сделаны» микробы. На самом деле, если это касается бактерий, то они на 70% образованы 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%.

Но как поступают питательные элементы в микробные клетки? Как уже было отмечено выше, через клеточную оболочку. Если технически, то перенос питательных веществ (во внутрь клетки) осуществляется либо без затрат энергии (путём диффузии), либо с затратами энергии (активным транспортом). В случае диффузии внутрь клеточной среды поступают газы, вода, определённые ионы (например, натрий). Ну, про активный транспорт тут не будем пока говорить. Обратим лучше внимание на то обстоятельство, что внутри клетки синтезируются биополимеры. Из чего? Мономеры могут проходить через клеточную оболочку, но первичными «ингредиентами» всё-таки служат минеральные компоненты.

Заметим, бактерии поглощают питательные вещества всей поверхностью тела! Да, учитывается фактор внешнего переваривания до простых молекул. А сейчас такой вопрос у нас, где берут микробы углерод? Они либо его усваивают из неорганических соединений, углекислоты или карбонатов, как было уже сказано, либо берут из органических соединений. Какой всё-таки углерод идёт на пропитание микробам? На самом деле, источниками углерода могут быть спирты, органические кислоты, сахара. Конечно, не только углерод в рационе у микробов, например, азотфиксирующие микроорганизмы питаются атмосферным азотом. А в целом, основа питания микробов - минералы. Они едят в какой-то степени соли? Если так, то вся жизненная энергия сосредоточена в минералах, в принципе!

Погодите, минералы - это что-то неживое как бы, а клетки уже живые системы. А зачем минералы нужны клеткам? Ну, хотя бы для того, чтобы расти. С другой стороны, растут те же кристаллы поваренной соли. Однако жизнь проявляется именно в системе, по всей видимости, поэтому были «придуманы» клетки. Но что-то, наоборот, упорядочивает органоиды, организует обмен биомолекулами, и тогда образуется клетка. Энергетический фактор? Отдельные молекулы - это одно, другое дело всё-таки клетки. И для чего клетка ест? Чтобы получить энергию? Похоже, всё как бы вращается вокруг энергии. Важно только иметь «под рукой» нужный материал. А это - минералы. Из них те же растения производят питательные продукты. Между тем, растения обязательно поглощают и усваивают минеральные ионы.

Ионы? В чём заключается их жизненная важность? Скорее всего, здесь открывается проблема биоэлектрических явлений в организмах. Хорошо, немного об электричестве. Отметим, проявление электрической активности живыми системами учёные связывают в первую очередь с разностью потенциалов, которая создаётся концентрациями ионов. В качестве примера приводится работа натрий-калиевого насоса. То есть электрическая активность клеток должна поддерживаться соответствующими механизмами и для многочисленных жизненных процессов требуется энергия.

А вообще, почему организмы нуждаются в энергии? Дело в том, что организмы напоминают работающие машины, которым просто необходимо питание в виде притока энергии. И мы продолжим…

Послесловие:

Текст создан на основе научных материалов, тех фактов науки, которые были по-философски «упакованы» и изложены во взаимосвязи. Все ссылки на использованные источники можно найти в Премиум версии. Комментарии открыты также в платном варианте.