Смекни!
smekni.com

Алексеев С. И. Концепции современного естествознания Москва 2003 (стр. 8 из 13)


x(t )


1 + mk


Полученное соотношение показывает, что в системах с отрицатель- ной обратной связью коэффициент передачи системы убывает по срав- нению с коэффициентом передачи системы без обратной связи. Кроме того это соотношение также подтверждает принцип дополнительности,


согласно которому k - в предельном переходе ( m ® 0


) обращается в k.


В системах с ООС преобладает стабилизирующая тенденция со- хранения состояния системы, предшествующего воздействию на систе- му.

Пример отрицательной обратной связи в природных системах


x(t)


Разовый выброс загрязняющих веществ в атмосферу

t

y(t)


Компенсация загрязнения в биосфере ( гомеостаз )

( y(t)- концентрация загрязняющих веществ

y* y*- уровень фона )

t


В системах с отрицательной обратной связью воздействие на

систему ослабляется по каналам обратной связи и ведет к стабили- зации отклика системы . Реальные природные системы благодаря от- рицательным обратным связям способны компенсировать возмущаю- щие воздействия биотической и абиотической природы.


В.И.Вернадский ввел понятие живого вещества, как совокупности живых организмов, считая, что «живые организмы являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней свя- заны, являются огромной геологической силой ее определяющей». Все вещества В.И.Вернадский разделяет на живые, косные (атмосфера, горные породы, минералы ) и биокосные ( почвы, поверхностные воды). Доля живого вещества составляет в биосфере около 1%. По образному выражению другого естествоиспытателя - немецкого ученого Юлиуса Майера ( 1817-1878 ), живое вещество есть создание солнечного луча.

Coлнце является основным источником энергии биосферы и ре-

гулятором всех геологических, химических и биологических процессов

на Земле. Оно обеспечивает возможность протекания жизненных процессов, поставляя высококачественную энергию организмам, ко-

торые преобразуют солнечную энергию в другие виды энергии, в ча-

стности, в тепловую энергию.

Другим важным процессом, обеспечивающим возможность жизни

на Земле, являются биогеохимические круговороты веществ в биосфе-

ре, происходящие между атмосферой,земной корой, гидросферой и жи-

выми организмами ( био- жизнь, гео- земля).

Существует два типа геохимических круговоротов: круговороты га-

зообразных веществ ( 1 тип ) и осадочные цицлы ( 2 тип ).

Типы геохимических круговоротов

Круговороты Осадочные циклы газообразных ( 2 тип ) веществ ( 1 тип )

атмосфера живое Земная кора вещество

гидросфера

Особенности биогеохимических круговоротов веществ 1 типа:

перемещение и преобразование веществ происходит между живыми организмами, атмосферой и гидросферой; процессы быстротечны ( несколько часов, дней ). Основными являются круговороты следую- щих веществ: C,O,H,N.


Особенности биогеохимических круговоротов веществ 2 типа: перемещение и преобразование веществ происходит между живыми организмами, земной корой и гидросферой; процессы медленные (не- сколько сотен, миллионов лет). Основными являются круговороты следующих веществ: S, P.

Отличия живого вещества от косного:

- процессы в живом веществе протекают значительно быстрее;

- живые организмы изменяютcя при изменении условий окружающей среды ( адаптируются к изменениям окружающей среды );

- в живом веществе могут происходить качественные изменения.

Высокая скорость протекания процессов в живом веществе обу- словлена присутствием в них ферментов- биологических катализато- ров, ускоряющих на несколько порядков скорости химических реакций в процессе обмена веществ организма с внешней средой. Особая роль в живом организме принадлежит аминокислотам и белкам.

Роль аминокислот в живом организме.

Аминокислотами называются карбоновые кислоты, в углеводород- ном радикале которых один или несколько атомов водорода замещены аминогруппами. Аминокислоты делятся на алифатические, ароматиче- ские и гетероциклические (см. Таблицу. «Aминокислоты, входящие в состав белков», стр.29).

В клетках и тканях встречаются свыше 170 аминокислот, но в со- став белков входят только 20 из них; из элементов - таких, как углерод, кислород, водород и азот. Аминокислоты играют в белках роль мономе- ров. У каждой аминокислоты есть карбоксильная группа (-СООН) и аминогруппа (-NH2), присоединенные к одному атому углерода. К од- ному же атому присоединена и одна из многих возможных белковых групп. Все 20 аминокислот и отличаются этими белковыми группами. В организме человека 12 аминокислот могут синтезироваться, а остав- шиеся 8 должны поступать с пищей. Разные белки образуются при со- единении аминокислот в разной последовательности.

Растения могут синтезировать все аминокислоты из более простых веществ, а животные - только часть из них. Оставшиеся аминокислоты, которые называют "незаменимыми", организм животного должен полу- чать с пищей. Обычно аминокислоты представляют из себя бесцветные кристаллические вещества, которые растворяются в воде, но нераство- римы в органических растворителях. В нейтральных водных растворах они ведут себя, как амфотерные соединения (проявляют свойства и ки- слот, и оснований), и существуют в виде биполярных ионов. Каждая аминокислота характеризуется своим значением рН, при которой амино- кислота электрически нейтральна (в электрическом поле не перемещает-

ся ни к аноду, ни к катоду), называемым изоэлектрической точкой ами-


нокислоты. Амфотерная природа аминокислот дает им способность пре- пятствовать в растворах изменению рН: при увеличении рН среды они выступают как доноры положительных ионов водорода, при понижении

- как их акцепторы.

Аминокислоты связаны пептидной связью, поэтому длинную цепь из аминокислот называют полипептидом. Они содержат от 100 до 300 аминокислот. Молекулы гемоглобина состоят из четырех полипептид- ных цепей, состоящих из 145 аминокислот каждая.

Для правильного функционирования такие цепи должны быть опре- деленным образом ориентированы в пространстве и поэтому они скру- чены и флуктуируют во времени: в них происходят повороты вокруг разных связей. Но эта внутренняя свобода является ограниченной, по- скольку структура белков строго упорядочена.

Между положительно и отрицательно заряженными боковыми группами аминокислот устанавливается ионная связь, между атомами, несущими частично положительные и частично отрицательные заряды, - водородная связь, между атомами серы и двумя молекулами аминокис- лоты цистеина - ковалентная связь.

Таблица. Aминокислоты, входящие в состав белков.

Группа аминокислот Аминокислота Сокращенное название аминокислотного остат-

ка

Строение
Алифатические Глицин

Gly

H-

Аланин

Ala

CH3-
Валин

Val

(CH3)2CH-
Лейцин

Leu

(CH3)2CH-CH2-
Изолейцин

I le

CH3-CH2-CH- I CH3
Содержащие (ОН- ) группу Содержащие (СООН-) группу Серин

Ser

HO-CH2-
Треонин

Thr

CH3-CH(OH)-
Аспарагиновая

Asp

НООС-CH2-
Глутаминовая

Glu

НООС-СН2-СН2-
Содержащие (NH2CO-) группу Аспарагин

Asn

NH2CO-CH2-
Глутамин

Gin

NH2CO-CH2-CH2-
Содержащие (NH2-) группу Лизин

Lys

NH2-(CH2)3-CH2-
Аргинин

Arg

NH2-C-NH-(CH2)2- CH2- II NH
Cодержащие S- группу Цистеин

Cys

HS-CH2-

Метионин

Met

CH3-S-CH2-CH2-
Ароматические Фенилаланин

Phe

-C H 2-
Тирозин

Tyr

OH СН2
Гетероцикличе- ские Триптофан

Trp

-CH2- N H

Гистидин

His

N -CH

2 N H

Иминокислота Пролин

Pro

-COOH N- H

Неполярные боковые цепи стремятся объединиться друг с другом и