Основы биохимии Том 1 - А. Ленинджер 1985

Биомолекулы
Состав живой материи: биомолекулы
Химический состав живой материи отличается от химического состава земной коры

Мы уже убедились в том, что животные и растения различных видов по химическому составу во многом сходны между собой. Например, все молекулы белков у всех видов живых организмов построены из одного и того же набора 20 различных аминокислот. Точно так же нуклеиновые кислоты у всех видов построены из одного и того же набора нуклеотидов. Теперь мы увидим, что по химическому составу живая материя очень сильно отличается от неживой материи земной коры. Поэтому, прежде чем приступить к изучению биомолекул и их взаимодействий, следует задать несколько важных вопросов. Какие химические элементы и в каких соотношениях обнаруживаются в клетках? Как они туда попали? Каким образом обнаруживаемые в живых клетках молекулы оказались приспособленными для выполнения своих функций?

Чтобы попытаться ответить на эти вопросы, мы должны рассмотреть биомолекулы с тех же позиций, что и небиологические молекулы, используя принципы и подходы, принятые в классической химии. Одновременно следует также охарактеризовать биомолекулы с биологической точки зрения в свете представлений о том, что различные типы молекул в живой материи связываются друг с другом и взаимодействуют, подчиняясь законам, которые мы называем в совокупности молекулярной логикой живого.

Для различных форм живого необходимы лишь 27 из 92 природных химических элементов, присутствующих в земной коре. Они перечислены в табл. 3-1. Большинство встречающихся в живой материи элементов имеют сравнительно небольшие порядковые номера, и лишь у трех из них порядковые номера превышают 34. Более того, соотношение этих химических элементов в живых организмах совсем иное, чем в земной коре (табл. 3-2). В живых организмах в наибольших количествах встречаются четыре элемента водород, кислород, углерод и азот; в большинстве клеток на их долю приходится более 99% общей массы. Относительное содержание трех из этих элементов - водорода, азота и углерода - в живом веществе гораздо выше, чем в земной коре. Различия в элементарном составе земной коры и живой материи станут еще более явными, если при сравнении учитывать только вес сухого вещества живых организмов, исключив из рассмотрения воду, на долю которой приходится более 75% их общего веса. В живых клетках углерод составляет 50- 60% сухого вещества, азот 8-10%, кислород - 25-30% и водород - 3-4%. В земной же коре на долю углерода, водорода и азота, вместе взятых, приходится менее 1% ее общей массы. Вместе с тем восемь из десяти элементов, содержащихся в организме человека в наибольших количествах, входят в число десяти элементов, которые в наибольших количествах присутствуют также и в морской воде.

Живые организмы, например эта медуза Gonionemus murbachii, по химическому составу отличаются от окружающей их среды (в данном случае морской воды).

Таблица 3-1. Биоэлементы

Установлено, что для существования живой материи необходимы перечисленные ниже элементы; однако не все указанные здесь микроэлементы обязательно требуются каждому виду организмов.

Таблица 3-2. Восемь элементов, содержащихся в наибольших количествах в земной коре и организме человека (% от общего числа атомов)

Исходя из этих данных, можно сделать два рабочих допущения. Согласно первому из них, химические соединения, содержащие углерод, водород, кислород и азот (наиболее распространенные в живой природе элементы) были отобраны в ходе эволюции благодаря их особой приспособленности для участия в процессах жизнедеятельности. Второе допущение состоит в том, что морская вода была именно той жидкой средой, в которой живые организмы впервые появились на ранних этапах развития Земли.