Причина этого заключается в том, что в составе живой протоплазмы
всегда присутствуют особые биологические ускорители - ферменты, называемые
протеинами (простые белки) или протеидами (сложные белки), в которых белок
соединен в комплексе с небелковой ("простетической") группой - в большинстве
случаев с металлоорганическим соединением или тем или иным витамином. В силу
этого в каждой живой клетке присутствует целый набор разнообразных ферментов,
поскольку ферментативной активностью обладает большинство протеинов и
протеидов живого организма. Таким образом, ферменты составляют основную массу
протоплазменных белков. То обстоятельство, что основой ферментных комплексов
всегда являются обладающие определенной архитектоникой те или иные белковые
глобулы, обусловливает ряд особенностей, которые отличают ферменты от других
катализаторов. Это прежде всего исключительная каталитическая мощь ферментов.
Известно большое число неорганических и органических соединений низших
организационых уровней, способных ускорять те же реакции, что и ферменты.
Механизм действия любого катализатора весьма прост и напоминает действие
ключа, вводимого в ту или иную систему. При реакциях распада свободные связи
катализатора нейтрализуют силы связи, объединяющие вместе фщ. единицы в единую
систему, и она распадается на составные части. В реакциях синтеза катализатор
путем предоставления своих свободных связей ускоряет процесс объединения фщ.
единиц. Однако, сложность и совершенство системной структуры ферментов намного
повысили силу их каталитического воздействия по сравнению с менее
организованными катализаторами, что нашло свое отражение в сокращении времени
протекания реакций, то есть перестроения структуры-принципала. Так, например,
ион железа разлагает перекись водорода на кислород и воду. Соответствующий
фермент (каталаза), представляющий собой сочетание железо-порфиринового
комплекса со специфическим белком, обладает тем же действием. Но он
осуществляет эту реакцию в десять миллиардов раз скорее, чем неорганическое
железо. Иными словами, 1 мг железа, включенный в ферментный комплекс, может по
своему каталитическому действию заменить 10 тонн неорганического железа. Таким
образом, ферменты являются относительно сложными системными образованиями
уровня З, функция которых заключается в обеспечении регулирования в
определенном диапазоне времени структурных перестроений гиперсистем, в которые
они входят, в соответствии с предписаниями усложняющихся алгоритмов
гиперполифункционирования, то есть корреляции системных структур в зависимости
от изменения их фн. свойств. Поэтому даже незначительные изменения в
структурном строении ферментного комплекса, перестановка тех или иных
радикалов в простетической группе или нарушение архитектоники белкового
компонента приводят к резкому понижению каталитической активности данного
фермента. Следовательно, в системной организации ферментов также
подтверждается то соответствие между структурным построением фн. ячеек и
функцией всей данной системы, которое является закономерным для всех ступеней
и уровней каскадного Развития Материи вообще.
Пространственная конфигурация белковых глобул определяет собой и вторую
особенность ферментов - высокую специфичность их действия, то есть
монофункционирование. Иными словами, каждый фермент способен катализировать
только свою, строго определенную реакцию. Поэтому, если имеется какое-либо
органическое вещество, способное к ряду химических соединений, то в
присутствии того или иного фермента оно будет быстро реагировать только в
одном, строго определенном направлении, выполняя тем самым соответствующий
алгоритм данной системы.
Наконец, специфическое строение белков обусловливает собой и третье
характерное для ферментов свойство - их исключительную чувствительность к
различного рода воздействиям. Так, при определенных физических или химических
воздействиях самого различного рода (даже тогда, когда эти воздействия не
затрагивают пептидных и других ковалентных связей белковой молекулы)
специфическая пространственная архитектоника глобулы может измениться и даже
нарушиться, а ее упорядоченная структурная конфигурация необратимо утратится.
В этом случае пептидные цепи принимают беспорядочное пространственное
расположение и белок из глобулярного состояния переходит в фибриллярное -
происходит так называемая денатурация белков, при которой они теряют ряд тех
своих специфических биологически важных свойств, которые обусловливаются
определенной архитектоникой каждого типа белковой молекулы. Совершенно
исчезают при этом ферментативные свойства белков. Однако при более мягких
воздействиях каталитическая активность ферментного комплекса может до
известной степени сохраняться, претерпевая лишь те или иные количественные
сдвиги. Поэтому любые, даже весьма незначительные, изменения физических или
химических условий в той среде, где протекает данная ферментативная реакция,
всегда находят свое отражение в изменении ее характера и скорости. Все эти
свойства белков составляли основу качественного Развития Материи по
организационному уровню З, в системах которого происходила все большая фн.
дифференциация фщ. единиц и структурная интеграция фн. ячеек.
Каждая фщ. единица, попав в соответствующую ей фн. ячейку, функционирует в
ней определенный алгоритмами период, после чего покидает ее, уступая место
новой фщ. единице с теми же фн. свойствами. Покинув одну фн. ячейку, фщ.
единица перемещается в предписанную ей алгоритмами другую ячейку и т.д.
Процесс этот происходит постоянно, периодически возобновляясь и повторяясь,
отчего создается впечатление движения фщ. единиц - веществ через системную
структуру каждого данного образования, во время которого система поглощает фщ.
единицы (или их комплексы), некоторое время использует их внутри себя, а затем
выводит за свои пределы. Это непрекращающееся движение регулируется и
регламентируется совокупностью соответствующих алгоритмов каждой системы, в то
время как постоянно протекающие в системе реакции придают ей своеобразную
"живость". В силу этого при так называемом обмене веществ очень простые и
порой однообразные химические реакции окисления, восстановления, гидролиза,
фосфоролиза, альдольного уплотнения, разрыва углеродной связи и т.д. (которые
могут быть воспроизведены и вне системы организма) определенным образом
организованы и сочетаются во времени соответствующими алгоритмами, а также
подчинены функциональным интересам своей системы, как интегрированного единого
целого. Эти реакции протекают в системах уровня З не случайно, не хаотически,
а в строго определенной взаимопоследовательности, зафиксированной алгоритмами.
То колоссальное разнообразие органических соединений, которое к настоящему
времени представлено в мире живых существ, обусловлено не разнообразием и
сложностью отдельных индивидуальных реакций, а разнообразием их сочетаний,
изменением той последовательности, в которой они протекают в любой клетке
живого организма на той или иной стадии его развития. Другими словами,
развитие систем данного уровня организации Материи оказалось в еще большей
зависимости от появления новых алгоритмов, совершенствования структур фн.
ячеек и своевременного заполнения их соответствующими фщ. единицами.
Последовательность химических реакций, обусловленная соответствующими
алгоритмами, лежит в основе как синтеза, так и распада живого вещества, в
основе таких жизненных явлений, как брожение, дыхание, фотосинтез и т.д.
Молекулы сахара и кислорода, углекислоты и воды являются в этом случае лишь
начальными и конечными звеньями в длинной цепи химических превращений, причем
возникающее в результате одной реакции промежуточное вещество (фщ. комплекс)
сейчас же вступает в следующую строго определенную для данного жизненного
процесса реакцию. При изменении этой последовательности, при исключении или
замене хотя бы одного какого-нибудь звена в цепи превращений, предопределенных
данным алгоритмом, весь процесс в целом совершенно изменяется или даже
полностью нарушается.
В основе механизма этих явлений лежит тесная согласованность скоростей
отдельных химических реакций, представляющих собой перемещение фщ. единиц
нижних подуровней из одних фн. ячеек в другие. Любое органическое вещество
может реагировать в очень многих направлениях, то есть обладает весьма
большими и разнообразными возможностями, однако их реализация может
осуществляться с очень различными скоростями, в зависимости от всей
совокупности тех условий, в которых данная реакция протекает. Понятно, что
если в данных условиях одна какая-либо реакция осуществляется весьма быстро, а
все остальные потенциально возможные реакции происходят относительно медленно,
то практическое значение этих последних реакций в общем процессе обмена
оказывается совершенно ничтожным. Иными словами, перед каждым органическим
веществом протоплазмы открыты многочисленные пути химических превращений, но
фактически в обмене веществ каждое поступающее из внешней среды соединение или
каждый образующийся промежуточный продукт будут изменяться только в том
направлении, в котором они реагируют с наибольшей скоростью. Все остальные,
медленно протекающие реакции просто не успевают за то же время реализоваться в
сколько-нибудь значительных размерах.
Вступающие в процесс обмена веществ в качестве реагентов фщ. единицы -
субстрат заполняют собой строго предназначенные для них фн. ячейки в структуре
данной системы, в которых в определенный момент времени по предписанию
алгоритмов они вступают в комплексное соединение с соответствующим
белком-ферментом. Каждый такой комплекс является неустойчивым образованием, но
достаточно надежным, чтобы выполнить какую-нибудь необходимую функцию.
Отфункционировав, он очень быстро подвергается дальнейшему превращению, при
этом субстрат изменяется в соответствующем направлении, то есть составляющие
его фщ. единицы переходят в другие фн. ячейки, а фермент регенерирует и может
опять вступить в комплекс с новой порцией субстрата для поддержания
возможности выполнения необходимой функции данным системообразованием. Поэтому
для того, чтобы любая фщ. единица реально могла участвовать в обмене веществ в
системах уровня З, она должна войти во взаимодействие с белком, образовать с
ним определенное комплексное соединение и только таким путем реализовать свои
фн. свойства. В силу этого то направление, в котором изменяется при обмене
веществ любое органическое соединение, зависит не только от индивидуального
молекулярного строения составляющих фщ. единиц и определяющих его фн.
свойства, но и от фн. ячейки, куда каждая фщ. единица соединения попадает и
где она совместно с другими фщ. единицами - белками должна образовать фн.
комплекс с новыми фн. свойствами, способный выполнить ту или иную новую
функцию, подчиняясь превалирующим в данной системе алгоритмам.
Вследствие чрезвычайно тонкой специфичности ферментных белков, каждый из
них, обладая строго индивидуальными фн. свойствами, может попасть только в
строго определенные фн. ячейки и, в силу этого, способен образовывать фн.
комплексы только с определенными фщ. единицами предыдущих подуровней, а также
катализировать лишь определенные индивидуальные реакции. Поэтому в
осуществлении того или иного жизненного процесса, а тем более всего обмена
веществ в целом, участвуют тысячи индивидуальных белков - ферментов, при этом
каждый из них способен специфически катализировать лишь отдельную реакцию, и
только в совокупности, в определенном сочетании своего действия они создают
тот закономерный порядок явлений, который лежит в основе процесса обмена
веществ. Итак, обмен веществ, происходящий постоянно в системах любого
жизненного организма, это сложнейший клубок химических превращений обмена, где
регламентируемые данной совокупностью алгоритмов сплетаются в едино
действующий механизм тысячи индивидуальных реакций, суть каждой из которых
сводится к перемещению той или иной фщ. единицы из одной фн. ячейки структуры
системы в другую, при этом моменты перемещения фщ. единиц по ячейкам строго
согласованы по всей системе, чередуются в строго определенном порядке и в
каждом перемещении участвуют строго означенные фщ. единицы и фн. ячейки.
Вместе с тем, большую роль для течения каждой реакции обмена веществ играет
внесистемная и околоподсистемная среда или, иными словами, системное окружение
единицами предыдущих подуровней Материи. Так, всякое повышение или понижение
температуры, всякое изменение кислотной среды, окислительного потенциала или
осмотического давления смещает соотношение между скоростями отдельных
ферментативных реакций, происходящих в системе данного живого организма, а,
следовательно, изменяет их взаимосвязь во времени, что, в свою очередь,
находит отражение в изменении периодов функционирования тех или иных фщ.
единиц. Таким образом, системная организация живого вещества неразрывно
связана с околосистемной организацией среды и составляет с ней единое целое.
Кроме того, очень большое влияние на порядок и направление лежащих в основе
обмена ферментативных реакций имеет и пространственная организация фн. ячеек в
структуре живого вещества. Итак, многие десятки и сотни тысяч химических
реакций, непрерывно протекающих в каждом живом организме, не только строго
согласованы между собой во времени бесчисленное число раз отработанными
алгоритмами, не только сочетаются в едином порядке всей структурной
организацией его системы и окружающей его околосистемной среды, но и сам весь
этот порядок направлен на поддержание в течение определенного периода времени
гиперфункциональных свойств всей данной системы в целом, как фщ. единицы более
высокого уровня. Вновь приобретенные при этом фн. свойства белковых веществ
могут стать ясными лишь при изучении особенностей их функционирования в
организме в качестве фщ. единиц систем более высокого организационного уровня
Материи.
В связи с тем, что с момента вступления качественных форм Материи в так
называемую "живую" стадию Развития характер организации систем усложнился,
помимо организующих начал, характерных для систем предыдущих подуровней, как
то:
1) наличие строго регламентированного количества фн. ячеек, объединенных в
единую структуру связей,
2) заполняющих их и соответствующих им фщ. единиц,
3) совокупности алгоритмов построения, функционирования и распада,
4) энергообеспечения процесса функционирования системы
для организационного уровня З потребовались дополнительные
системообразующие факторы. Ввиду большей усложненности его фн. систем
происходило увеличение их кажущейся автономности, которая фактически
представляет собой лишь больший разрыв в уровнях организации самой системы и
околосистемной среды и которая дала повод обозначать их некоторые свойства с
приложением полуслова "само": самообновление, саморегулирование,
самоэнергообеспечение и чуть ли ни самоуничтожение. Основами этой автономности
явилось начало развития соответствующих подсистем в общей структуре организма,
отвечающих за обеспечение той или иной специфической функции. Происходившее в
силу дальнейшей дифференциации функций все большее расслоение систем на
подсистемы еще более усложнило структуру систем и потребовало более четкой
взаимокоординации ее интегрированных составных частей. Поэтому совокупность
алгоритмов каждой системы постепенно увеличивалась в количественном выражении,
еще более улучшался ее качественный состав.
Всем известно, что такое алгоритм. Это строго регламентированный во времени
и в пространстве порядок последовательного перемещения фщ. единиц из одной фн.
ячейки структуры данного уровня в другую. Этот порядок обязателен для систем
любого организационного уровня, предопределен для каждой их фщ.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29