Ни для кого не секрет, что в современной пищевой промышленности продукты с ГМО используются массово. Продукты с ГМО это те продукты, для производства которых было использовано улучшенное на генном уровне сырье. К примеру, хлеб из пшеницы, устойчивой к температурным перепадам, продукты из модифицированной сои и так далее. Отношение к таким продуктам неоднозначное. Но надо ли их бояться больше, чем пищевых красителей и вкусовых добавок, без которых сейчас не обходится практически ни один продукт? Вот и разберёмся.
Геннетически модифицированные организмы (ГМО) - это организмы, геном (ДНК) которых был целенаправленно изменён (улучшен, дополнен) при помощи методов генной инженерии.
В настоящее время для получения ГМО используют трансгены, т.е. определенные фрагменты ДНК, которые учёные встраивают в первоначальный геном организма. В итоге получаются трансгенные организмы, которые, к слову, способны передавать улучшенную ДНК по наследству своему потомству (трансгенез). Заметим только, что способность к размножению можно и выключить.
Генетическая инженерия подарила современным селекционерам передовой метод улучшения ДНК растений и животных. Это дает возможность решить глобальные продовольственные проблемы в тех странах, где людям не хватает пищи в силу климатических особенностей или других неблагоприятных условий. К слову, не в этом ли кроется одна из причин предубеждений к продуктам с ГМО? Ведь трансгенные растения дают стабильный и обильный урожай, что снижает ЦЕНЫ на продукты, а, следовательно, снижает и ДОХОДЫ корпораций, занимающихся ПРОДАЖЕЙ продуктов. Это важно - именно продажей, а не производством. Те, кто занимается производством, снижают РАСХОДЫ. То есть себестоимость продукции в конечном итоге. А дальше в дело вступают СМИ, формирующие общественное мнение. И мало у кого возникает желание докопаться до истины. Вот у меня возникло. Замечу ещё только один нюанс - сегодня семена растений ГМО - это одноразовый материал, который не даёт потомства (помните о возможности выключения способности к размножению?). И когда государство переходит исключительно на ГМО растения, отказываясь от собственных посевов, то автоматически попадает в зависимость от компаний-производителей семян. Это способ хоть как-то компенсировать падение доходов от повсеместного употребления более дешёвого сырья. Если уж не удалось совсем похоронить данную научную разработку, как это сделано с многими техническими открытиями (альтернативные источники энергии и двигатели без использования продуктов нефти).
Процесс создания ГМО или редактирование генома состоит из таких основных этапов как:
1. выделение изолированного гена, отвечающего за те или иные исключительные свойства организма;
2. введение генетического материала в молекулу нуклеиновой кислоты (вектор ДНК) для дальнейшей трансплантации в клетку нового организма;
3. перенос вектора в ДНК-модифицируемого организма;
4. преобразование клеток;
5. выборка ГМО и устранение неудачно модифицированных организмов.
Вот что написано по поводу самого процесса в ВИКИ:
"Процесс синтеза генов в настоящее время разработан очень хорошо и даже в значительной степени автоматизирован. Существуют специальные аппараты, снабжённые ЭВМ, в памяти которых закладывают программы синтеза различных нуклеотидных последовательностей. Такой аппарат синтезирует отрезки ДНК длиной до 100-120 азотистых оснований (олигонуклеотиды).
Чтобы встроить ген в вектор, используют ферменты - рестриктазы и лигазы. С помощью рестриктаз ген и вектор можно разрезать на кусочки. С помощью лигаз такие кусочки можно "склеивать", соединять в иной комбинации, конструируя новый ген или заключая его в вектор.
Техника введения генов в бактерии была разработана после того, как Фредерик Гриффит открыл явление бактериальной трансформации. В основе этого явления лежит примитивный половой процесс, который у бактерий сопровождается обменом небольшими фрагментами нехромосомной ДНК, плазмидами. Плазмидные технологии легли в основу введения искусственных генов в бактериальные клетки. Популярными методами введения вектора в клетку растений является использование почвенной бактерии Agrobacterium tumefaciens или генной пушки. Для генетической инженерии животных используют трансфекцию, вектора, на основе ретровирусов и другие методы.
Если модификации подвергаются одноклеточные организмы или культуры клеток многоклеточных, то на этом этапе начинается клонирование, то есть отбор тех организмов и их потомков (клонов), которые подверглись модификации. Когда же поставлена задача получить многоклеточные организмы, то клетки с изменённым генотипом используют для вегетативного размножения растений или вводят в бластоцисты суррогатной матери, когда речь идёт о животных. В результате рождаются детёныши с изменённым или неизменным генотипом, среди которых отбирают и скрещивают между собой только те, которые проявляют ожидаемые изменения."
Очень заумно получилось, но тут уж никуда не денешься. Следует отметить одну деталь - в пищевой промышленности применяют только ГМО растений. ГМО животных на сегодня не вышли из лабораторий.
По поводу ГМО на протяжении большого количества времени велись ожесточенные споры. Все дело в том, что противники генномодифицированных продуктов утверждали, что они могут наносить непоправимый вред здоровью человека (провоцируют развитие рака, вызывают мутации). Помимо того, измененный ДНК продуктов будет оказывать негативное влияние и на здоровье будущих поколений, вызывая страшные заболевания у таких генномодифицированных людей. Вроде всё правильно звучит, но что конкретно скрывается за словами "провоцируют развитие рака, вызывают мутации"? Каков механизм подобных воздействий? И каков механизм влияния на потомство людей употребляющих продукты с ГМО? Для начала разберем, как происходит в нашем организме пищеварение.
Пищеваре́ние - механическая и химическая обработка пищи в желудочно-кишечном (пищеварительном) тракте - сложный процесс, при котором происходит переваривание пищи и её усвоение клетками.
Пищеварительная система человека состоит из органов желудочно-кишечного тракта и вспомогательных органов (слюнные железы, печень, поджелудочная железа, жёлчный пузырь и др.). Условно выделяют три отдела пищеварительной системы. Передний отдел включает органы ротовой полости, глотку и пищевод. Здесь осуществляется, в основном, механическая переработка пищи. Средний отдел состоит из желудка, тонкой и толстой кишки, печени и поджелудочной железы, в этом отделе осуществляется преимущественно химическая обработка пищи, всасывание нутриентов (биологически значимые элементы (в противоположность биологически инертным элементам) химические элементы, необходимые организму человека или животного для обеспечения нормальной жизнедеятельности) и формирование каловых масс. Задний отдел представлен каудальной (расположенной по продольной оси тела ближе к хвосту) частью прямой кишки и обеспечивает выведение кала из организма.
Переваривание пищи происходит под действием ряда веществ - ферментов, содержащихся в отделяемом в пищеварительный канал соке нескольких крупных желёз. В ротовую полость открываются протоки слюнных желёз, выделяемая ими слюна смачивает ротовую полость и пищу, способствует её перемешиванию и формированию пищевого комка. Также при участии ферментов слюны амилазы и мальтазы в ротовой полости начинается переваривание углеводов. В тонкий кишечник, а именно в двенадцатиперстную кишку, выделяются сок поджелудочной железы и печени - желчь. Сок поджелудочной железы содержит бикарбонаты и ряд ферментов, например, трипсин, химотрипсин, липазу, панкреатическую амилазу, а также нуклеазы. Желчь, прежде чем попасть в кишечник, накапливается в желчном пузыре. Соли желчи разделяют жиры на мелкие капли, что ускоряет расщепление их липазой.
Вот кратенько и вся информация, что мы выносим о пищеварении из школьного курса биологии. А теперь вопрос - для чего все эти сложности? Кто конечный потребитель белков, жиров, углеводов, витаминов, минеральных веществ и воды? Из первой фразы следует - клетки организма. Рассмотрим этот сложный процесс подробнее.
Вообще-то весь пищеварительный тракт, начиная с глотки и вплоть до заднего прохода, представляет собой одну трубку с разнообразными утолщениями (даже таким крупным, как желудок), множеством изгибов, петель, несколькими сфинктерами (клапанами). Но отдельные части этой трубки выделяются и анатомически, и по выполняемым в пищеварении функциям.
Во рту происходит механическое измельчение пищи. При должном пережёвывании образуется однородная жидкая масса, требующая минимальных затрат для дальнейшего переваривания. При жевании происходит также пропитывание слюной, выделяемой тремя парами больших слюнных желез и множеством мелких. В сутки в норме вырабатывается от 0,5 до 2 литров слюны. Её ферменты в основном расщепляют крахмал. Наш язык безошибочно определяет, вкусно или невкусно, сладко или горько, солёно или кисло. Эти сигналы служат указанием, сколько и каких соков нужно для переваривания. Остальные пищеварительные органы располагаются в животе.
Желудок
Дальнейшие превращения определяются, прежде всего, составом и количеством кашицы. Глюкоза, спирт, соли и избыток воды могут сразу всасываться - в зависимости от концентрации и сочетания с другими продуктами. Основная же масса съеденного подвергается действию желудочного сока. Этот сок содержит соляную кислоту, ряд ферментов и слизь. Его выделяют специальные желёзки в слизистой желудка, которых насчитывают около 35 млн.
Причём состав сока каждый раз меняется: на каждую пищу свой сок. Интересно, что желудок как бы заранее знает, какая работа ему предстоит, и выделяет нужный сок порой задолго до еды - при одном виде или запахе пищи. Это доказал ещё академик И. П. Павлов в своих знаменитых опытах с собаками. А у человека сок выделяется даже при отчетливой мысли о еде.
Всего за день выделяется в среднем 2-2,5 л желудочного сока. Пустой желудок периодически сокращается. Это знакомо всем по ощущениям "голодных спазмов". Съеденное же на какое-то время приостанавливает моторику. Это важный факт. Ведь каждая порция пищи обволакивает внутреннюю поверхность желудка и располагается в виде конуса, вложенного в предыдущий. Желудочный сок действует в основном на поверхностные слои, контактирующие со слизистой оболочкой. Внутри же ещё долгое время работают ферменты слюны.
Тонкая кишка
Тонкую кишку считают состоящей из двенадцатиперстной кишки, тощей кишки и подвздошной кишки.
По мере переваривания, порции пищи, расположенные у стенок желудка, продвигаются к выходу из него - к привратнику. Благодаря возобновившейся к этому времени моторной функции желудка, то есть его периодическим сокращениям, пища основательно перемешивается. В результате, в двенадцатиперстную кишку поступает уже почти однородная полупереваренная кашица.
Двенадцатиперстная кишка самая толстая, но длина её всего 25-30 см. Её внутренняя поверхность покрыта множеством ворсинок, а в подслизистом слое находятся небольшие железки. Их секрет способствует дальнейшему расщеплению белков и углеводов. В полость двенадцатиперстной кишки открываются общий желчный проток и главный проток поджелудочной железы.
Поджелудочная железа
Поджелудочная железа, строго говоря, состоит из двух желез - экзокринной, вырабатывающей в день до 500-700 мл панкреатического сока, и эндокринной, производящей гормоны.
Разница между этими двумя видами желез заключается в том, что секрет экзокринных желез (желез внешней секреции) выделяется во внешнюю среду, в данном случае в полость двенадцатиперстной кишки, а производимые эндокринными (то есть внутренней секреции) железами вещества, называемые гормонами, попадают в кровь или в лимфу.
Панкреатический сок содержит целый комплекс ферментов, расщепляющих все пищевые соединения - и белки, и жиры, и углеводы. Этот сок выделяется при каждом "голодном" спазме желудка, непрерывное же его поступление начинается через несколько минут после начала еды. Состав сока меняется в зависимости от характера пищи.
Гормоны поджелудочной железы - инсулин, глюкагон и др. регулируют углеводный и жировой обмен. Инсулин, например, приостанавливает распад гликогена (животного крахмала) в печени и переводит клетки тела на питание преимущественно глюкозой. Уровень сахара в крови при этом снижается.
В двенадцатиперстной кишке пища смешивается с желчью и панкреатическим соком. Желчь приостанавливает действие желудочных ферментов и обеспечивает должную работу сока поджелудочной железы. Белки, жиры и углеводы подвергаются дальнейшему расщеплению. Лишняя вода, минеральные соли, витамины и полностью переваренные вещества всасываются через кишечные стенки.
Раньше считалось, что кишечное всасывание процесс чисто механический. То есть предполагалось, что питательные вещества расщепляются до элементарных "кирпичиков" в полости кишки, а затем эти "кирпичики" проникают в кровь через кишечную стенку.
Но оказалось, что в кишке пищевые соединения "разбираются" не до конца, а окончательное расщепление происходит только вблизи стенок кишечных клеток. Этот процесс был назван мембранным, или пристеночным.
В чём оно заключается? Питательные компоненты, уже изрядно измельченные в кишке под действием панкреатического сока и желчи, проникают между ворсинками кишечных клеток. Причем ворсинки образуют столь плотную кайму, что для крупных молекул, а тем более бактерий, поверхность кишки недоступна.
В эту стерильную зону кишечные клетки выделяют многочисленные ферменты, и осколки питательных веществ разделяются на элементарные составляющие - аминокислоты, жирные кислоты, моносахариды, которые и всасываются. И расщепление, и всасывание происходят в очень ограниченном пространстве и часто объединены в один сложный взаимосвязанный процесс.
Так или иначе, на протяжении пяти метров тонкой кишки пища полностью переваривается и полученные вещества попадают в кровь.
Но они поступают не в общий кровоток. Если бы это произошло, человек мог бы умереть после первой же еды.
Вся кровь от желудка и от кишечника (тонкого и толстого) собирается в воротную вену и направляется в печень. Ведь пища дает не только полезные соединения, при её расщеплении образуется множество побочных продуктов.
Сюда же надо добавить токсины, выделяемые кишечной микрофлорой, и многие лекарственные вещества и яды, присутствующие в продуктах (особенно при современной экологии). Да и чисто питательные компоненты не должны сразу попадать в общее кровяное русло, в противном случае их концентрация превысила бы все допустимые пределы.
Печень
Её не зря называют главной химической лабораторией тела. Здесь происходит обеззараживание вредных соединений и регуляция белкового, жирового и углеводного обмена. Все эти вещества могут синтезироваться и расщепляться в печени - по потребности, обеспечивая постоянство нашей внутренней среды.
Об интенсивности её работы можно судить по тому факту, что при собственном весе 1,5 кг печень расходует примерно седьмую часть всей производимой организмом энергии. За минуту через печень проходит около полутора литров крови, причём в её сосудах может находиться до 20 % общего количества крови у человека. Но проследим до конца путь пищи.
Толстая кишка
Из подвздошной кишки не переваренные остатки попадают в толстую кишку. Общая длина её от 1,5 до 2 метров. Анатомически она подразделяется на слепую кишку с червеобразным отростком (аппендиксом), восходящую ободочную кишку, поперечную ободочную, нисходящую ободочную, сигмовидную кишку и прямую.
В толстой кишке завершается всасывание воды и формируется кал. Для этого кишечными клетками выделяется специальная слизь. В толстой кишке находят прибежище мириады микроорганизмов. Выделяемый кал примерно на треть состоит из бактерий. Нельзя сказать, что это плохо. Ведь в норме устанавливается своеобразный симбиоз хозяина и его "квартирантов".
Микрофлора питается отходами, а поставляет витамины, некоторые ферменты, аминокислоты и другие нужные вещества. Кроме того, постоянное наличие бактерий поддерживает работоспособность иммунной системы, не позволяя ей "дремать". Да и сами "постоянные обитатели" не допускают внедрение чужаков, нередко болезнетворных.
Но такая картина в радужных тонах бывает лишь при правильном питании. Неестественные, рафинированные продукты, избыток пищи и неправильные сочетания изменяют состав микрофлоры. Начинают преобладать гнилостные бактерии, и вместо витаминов человек получает яды. Сильно бьют по микрофлоре и всевозможные лекарства, особенно антибиотики.
Но так или иначе, фекальные массы продвигаются благодаря волнообразным движениям ободочной кишки - перистальтике и достигают прямой кишки. На её выходе для подстраховки расположены целых два сфинктера - внутренний и наружный, которые замыкают задний проход, открываясь лишь при дефекации.
При смешанном питании из тонкой кишки в толстую за сутки в среднем переходит около 4 кг пищевых масс, кала же вырабатывается лишь 150-250 г.
Но у вегетарианцев кала образуется значительно больше, ведь в их пище очень много балластных веществ. Зато и кишечник работает идеально, микрофлора устанавливается самая дружественная, а ядовитые продукты значительной частью даже не достигают печени, поглощаясь клетчаткой, пектинами и другими волокнами.
Совсем недавно учёные установили, что кишечник является и мощнейшим аппаратом по производству гормонов. Причём по объёму синтезируемых веществ он сопоставим со всеми остальными эндокринными железами, вместе взятыми.
Теперь рассмотрим процесс пищеварения с несколько другой стороны - химической.
Питательные вещества
Основные компоненты нормального рациона питания представлены главным образом тремя классами химических соединений: углеводами (в том числе сахарами), белками и жирами (липидами).
УГЛЕВОДЫ присутствуют в растительной пище в основном в виде крахмала. В процессе пищеварения он превращается в глюкозу, которая может запасаться в виде полимера - гликогена - и использоваться организмом. Молекула крахмала - очень крупный полимер, образованный множеством молекул глюкозы. В сыром виде крахмал заключен в гранулы, которые должны быть разрушены, чтобы он смог превратиться в глюкозу. Обработка и приготовление пищи приводят к разрушению части крахмальных гранул. Некоторые пищевые продукты содержат углеводы в форме дисахаридов. Эти сравнительно простые сахара, в частности сахароза (тростниковый сахар) и лактоза (молочный сахар), в процессе пищеварения превращаются в еще более простые соединения - моносахариды. Последние не нуждаются в переваривании.
БЕЛКИ представляют собой различные по составу полимеры, в образовании которых участвуют 20 видов аминокислот. При переваривании белков образуются в качестве конечных продуктов свободные аминокислоты и аммиак. Важными промежуточными продуктами переваривания являются альбумозы, пептоны, полипептиды и дипептиды.
ЖИРЫ Пищевые жиры представлены в основном нейтральными жирами, или триглицеридами. Это сравнительно простые соединения, которые в процессе пищеварения распадаются на составные части - глицерин и жирные кислоты.
Основной химической реакцией, приводящей к распаду углеводов, белков и жиров, является гидролиз, осуществляемый набором гидролитических ферментов. В процессе гидролиза питательные вещества, присоединяя фрагменты молекулы воды, расщепляются на мелкие растворимые звенья, которые могут усваиваться организмом. Благодаря действию специфических ферментов, содержащихся в пищеварительных соках, гидролиз протекает очень быстро.
МЕТАБОЛИЗМ, или обмен веществ, химические превращения, протекающие от момента поступления питательных веществ в живой организм до момента, когда конечные продукты этих превращений выделяются во внешнюю среду. К метаболизму относятся все реакции, в результате которых строятся структурные элементы клеток и тканей, и процессы, в которых из содержащихся в клетках веществ извлекается энергия. Иногда для удобства рассматривают по отдельности две стороны метаболизма - анаболизм и катаболизм, т.е. процессы созидания органических веществ и процессы их разрушения. Анаболические процессы обычно связаны с затратой энергии и приводят к образованию сложных молекул из более простых, катаболические же сопровождаются высвобождением энергии и заканчиваются образованием таких конечных продуктов (отходов) метаболизма, как мочевина, диоксид углерода, аммиак и вода.
Итоговый потребитель питательных веществ - клетки организма.
Живая клетка - это высокоорганизованная система. В ней имеются различные структуры, а также ферменты, способные их разрушить. Содержатся в ней и крупные макромолекулы, которые могут распадаться на более мелкие компоненты в результате гидролиза (расщепления под действием воды). В клетке обычно много калия и очень мало натрия, хотя клетка существует в среде, где натрия много, а калия относительно мало, и клеточная мембрана легко проницаема для обоих ионов. Следовательно, клетка - это химическая система, весьма далекая от равновесия. Равновесие наступает только в процессе посмертного автолиза (самопереваривания под действием собственных ферментов).
Чтобы удержать систему в состоянии, далеком от химического равновесия, требуется производить работу, а для этого необходима энергия. Получение этой энергии и выполнение этой работы - непременное условие для того, чтобы клетка оставалась в своем стационарном (нормальном) состоянии, далеком от равновесия. Одновременно в ней выполняется и иная работа, связанная со взаимодействием со средой, например: в мышечных клетках - сокращение; в нервных клетках - проведение нервного импульса; в клетках почек - образование мочи, значительно отличающейся по своему составу от плазмы крови; в специализированных клетках желудочно-кишечного тракта - синтез и выделение пищеварительных ферментов; в клетках эндокринных желез - секреция гормонов; в клетках светляков - свечение; в клетках некоторых рыб - генерирование электрических разрядов и т.д.
В любом из перечисленных выше примеров непосредственным источником энергии, которую клетка использует для производства работы, служит энергия, заключенная в структуре аденозинтрифосфата (АТФ). В силу особенностей своей структуры это соединение богато энергией, и разрыв связей между его фосфатными группами может происходить таким образом, что высвобождающаяся энергия используется для производства работы. Однако энергия не может стать доступной для клетки при простом гидролитическом разрыве фосфатных связей АТФ: в этом случае она расходуется впустую, выделяясь в виде тепла. Процесс должен состоять из двух последовательных этапов, в каждом из которых участвует промежуточный продукт.
Поскольку практически для любого проявления жизнедеятельности клеток необходим АТФ, неудивительно, что метаболическая активность живых клеток направлена в первую очередь на синтез АТФ. Этой цели служат различные сложные последовательности реакций, в которых используется потенциальная химическая энергия, заключенная в молекулах углеводов и жиров (липидов).
Синтез АТФ.
Анаэробный (без участия кислорода). Главная роль углеводов и липидов в клеточном метаболизме состоит в том, что их расщепление на более простые соединения обеспечивает синтез АТФ. Несомненно, что те же процессы протекали и в первых, самых примитивных клетках. Однако в атмосфере, лишенной кислорода, полное окисление углеводов и жиров до CO2 было невозможно. У этих примитивных клеток имелись всё же механизмы, с помощью которых перестройка структуры молекулы глюкозы обеспечивала синтез небольших количеств АТФ. Речь идет о процессах, которые у микроорганизмов называют брожением. Лучше всего изучено сбраживание глюкозы до этилового спирта и CO2 у дрожжей.
В ходе 11 последовательных реакций, необходимых для того, чтобы завершилось это превращение, образуется ряд промежуточных продуктов, представляющих собой эфиры фосфорной кислоты (фосфаты). Их фосфатная группа переносится на аденозиндифосфат (АДФ) с образованием АТФ. Чистый выход АТФ составляет 2 молекулы АТФ на каждую молекулу глюкозы, расщепленную в процессе брожения. Аналогичные процессы происходят во всех живых клетках; поскольку они поставляют необходимую для жизнедеятельности энергию, их иногда (не вполне корректно) называют анаэробным дыханием клеток.
У млекопитающих, в том числе у человека, такой процесс называется гликолизом и его конечным продуктом является молочная кислота, а не спирт и CO2. Вся последовательность реакций гликолиза, за исключением двух последних этапов, полностью идентична процессу, протекающему в дрожжевых клетках.
Аэробный (с использованием кислорода). С появлением в атмосфере кислорода, источником которого послужил, очевидно, фотосинтез растений, в ходе эволюции развился механизм, обеспечивающий полное окисление глюкозы до CO2 и воды, - аэробный процесс, в котором чистый выход АТФ составляет 38 молекул АТФ на каждую окисленную молекулу глюкозы. Этот процесс потребления клетками кислорода для образования богатых энергией соединений известен как клеточное дыхание (аэробное). В отличие от анаэробного процесса, осуществляемого ферментами цитоплазмы, окислительные процессы протекают в митохондриях. В митохондриях пировиноградная кислота - промежуточный продукт, образовавшийся в анаэробной фазе - окисляется до СО2 в шести последовательных реакциях, в каждой из которых пара электронов переносится на общий акцептор - кофермент никотинамидадениндинуклеотид (НАД). Эту последовательность реакций называют циклом трикарбоновых кислот, циклом лимонной кислоты или циклом Кребса. Из каждой молекулы глюкозы образуется 2 молекулы пировиноградной кислоты; 12 пар электронов отщепляется от молекулы глюкозы в ходе её окисления.
В каждой митохондрии имеется механизм, посредством которого восстановленный НАД (НАДЧН, где Н - водород), образовавшийся в цикле трикарбоновых кислот, передает свою пару электронов кислороду. Перенос, однако, не происходит напрямую. Электроны как бы передаются "из рук в руки" и, лишь пройдя цепь переносчиков, присоединяются к кислороду.
Жирные кислоты могут использоваться в качестве источника энергии приблизительно так же, как и углеводы. Окисление жирных кислот протекает путем последовательного отщепления от молекулы жирной кислоты двууглеродного фрагмента с образованием ацетилкофермента A (ацетил-КоА) и одновременной передачей двух пар электронов в цепь переноса электронов. Образовавшийся ацетил-КоА - нормальный компонент цикла трикарбоновых кислот, и в дальнейшем его судьба не отличается от судьбы ацетил-КоА, поставляемого углеводным обменом. Таким образом, механизмы синтеза АТФ при окислении как жирных кислот, так и метаболитов глюкозы практически одинаковы.
Если организм животного получает энергию почти целиком за счет одного только окисления жирных кислот, а это бывает, например, при голодании или при сахарном диабете, то скорость образования ацетил-КоА превышает скорость его окисления в цикле трикарбоновых кислот. В этом случае лишние молекулы ацетил-КоА реагируют друг с другом, в результате чего образуются в конечном счете ацетоуксусная и b-гидроксимасляная кислоты. Их накопление является причиной патологического состояния, т.н. кетоза (одного из видов ацидоза), который при тяжелом диабете может вызвать кому и смерть.
Животные питаются нерегулярно, и их организму нужно как-то запасать заключенную в пище энергию, источником которой являются поглощенные животным углеводы и жиры. Жирные кислоты могут запасаться в виде нейтральных жиров либо в печени, либо в жировой ткани. Углеводы, поступая в большом количестве, в желудочно-кишечном тракте гидролизуются до глюкозы или иных сахаров, которые затем в печени превращаются в ту же глюкозу. Здесь из глюкозы синтезируется гигантский полимер гликоген путем присоединения друг к другу остатков глюкозы с отщеплением молекул воды (число остатков глюкозы в молекулах гликогена доходит до 30 000). Когда возникает потребность в энергии, гликоген вновь распадается до глюкозы в реакции, продуктом которой является глюкозофосфат. Этот глюкозофосфат направляется на путь гликолиза - процесса, составляющего часть пути окисления глюкозы. В печени глюкозофосфат может также подвергнуться гидролизу, и образующаяся глюкоза поступает в кровоток и доставляется кровью к клеткам в разных частях тела.
Если количество углеводов, поглощенных с пищей за один прием, больше того, какое может быть запасено в виде гликогена, то избыток углеводов превращается в жиры. Начальная последовательность реакций совпадает при этом с обычным окислительным путем, т.е. сначала из глюкозы образуется ацетил-КоА, но далее этот ацетил-КоА используется в цитоплазме клетки для синтеза длинноцепочечных жирных кислот. Механизмов, способных осуществлять синтез глюкозы из жирных кислот, у животных нет, но у растений такие механизмы имеются.
За исключением витамина D, все встречающиеся в организме животных стероиды (производные сложных спиртов) легко синтезируются самим организмом. Сюда относятся холестерин (холестерол), желчные кислоты, мужские и женские половые гормоны и гормоны надпочечников. В каждом случае исходным материалом для синтеза служит ацетил-КоА: из ацетильных групп путем многократно повторяющейся конденсации строится углеродный скелет синтезируемого соединения.
БЕЛКИ
Растения и большинство микроорганизмов могут жить и расти в среде, в которой для их питания имеются только минеральные вещества, диоксид углерода и вода. Это значит, что все обнаруживаемые в них органические вещества эти организмы синтезируют сами. Встречающиеся во всех живых клетках белки построены из 21 вида аминокислот, соединенных в различной последовательности. Аминокислоты синтезируются живыми организмами. В каждом случае ряд химических реакций приводит к образованию -кетокислоты. Одна такая -кетокислота, а именно -кетоглутаровая (обычный компонент цикла трикарбоновых кислот), участвует в связывании азота.
Азот глутаминовой кислоты может быть затем передан любой из других -кетокислот с образованием соответствующей аминокислоты.
Организм человека и большинства других животных сохранил способность синтезировать все аминокислоты за исключением девяти т.н. незаменимых аминокислот. Поскольку кетокислоты, соответствующие этим девяти, не синтезируются, незаменимые аминокислоты должны поступать с пищей.
Аминокислоты нужны для биосинтеза белка. Процесс биосинтеза протекает обычно следующим образом. В цитоплазме клетки каждая аминокислота "активируется" в реакции с АТФ, а затем присоединяется к концевой группе молекулы рибонуклеиновой кислоты, специфичной именно для данной аминокислоты. Эта сложная молекула связывается с небольшим тельцем, т.н. рибосомой, в положении, определяемом более длинной молекулой рибонуклеиновой кислоты, прикрепленной к рибосоме. После того как все эти сложные молекулы соответствующим образом выстроились, связи между исходной аминокислотой и рибонуклеиновой кислотой разрываются и возникают связи между соседними аминокислотами - синтезируется специфичный белок. Процесс биосинтеза поставляет белки не только для роста организма или для секреции в среду. Все белки живых клеток со временем претерпевают распад до составляющих их аминокислот, и для поддержания жизни клетки должны синтезироваться вновь.
Резюмируем - клетке для поддержания жизни (неравновесного энергетического состояния) нужны источники энергии и строительный материал. Это грубо - АТФ и аминокислоты.
Клетка - это базовая единица всего живого, кроме вирусов. Все они разные, но неизменными остаются следующие структуры:
Цитоплазма - это внутренняя полужидкая среда, в которой расположено ядро и все органоиды клетки. Она имеет мелкозернистую структуру, пронизанную многочисленными тонкими нитями. В ней содержатся вода, растворённые соли и органические вещества. Основная функция цитоплазмы - объединять в одно целое и обеспечивать взаимодействие ядра и всех органоидов клетки.
Наружная мембрана (оболочка) окружает клетку тонкой плёнкой, состоящей из двух слоёв белка, между которыми расположен жировой слой. Она пронизана многочисленными мелкими порами, через которые осуществляется обмен ионами и молекулами между клеткой и средой. Толщина мембраны 7,5-10 нм, диаметр пор 0,8-1 нм. У растений поверх неё образуется оболочка из клетчатки. Основные функции наружной мембраны - ограничивать внутреннюю среду клетки, защищать её от повреждений, регулировать поступление ионов и молекул, выводить продукты обмена и синтезируемые вещества (секреты), соединять клетки и ткани (за счет выростов и складок). Наружная мембрана обеспечивает проникновение в клетку крупных частиц путем фагоцитоза. Аналогичным образом происходит поглощение клеткой капель жидкости - пиноцитоз (от греч. "пино" - пью).
Эндоплазматическая сеть (ЭПС) - это состоящая из мембран сложная система каналов и полостей, пронизывающих всю цитоплазму. ЭПС бывает двух типов - гранулированная (шероховатая) и гладкая. На мембранах гранулированной сети располагается множество мельчайших телец - рибосом; в гладкой сети их нет. Основная функция ЭПС - участие в синтезе, накоплении и транспортировке основных органических веществ, вырабатываемых клеткой. Белок синтезируется в гранулированной, а углеводы и жиры - в гладкой ЭПС.
Рибосомы - мелкие тельца, диаметром 15-20 нм, состоящие из двух частиц. В каждой клетке их сотни тысяч. Большинство рибосом располагаются на мембранах гранулированной ЭПС, а часть - в цитоплазме. В их состав входят белки и р-РНК. Основная функция рибосом - синтез белка.
Митохондрии - это мелкие тельца, размером 0,2-0,7 мкм. Их количество в клетке достигает нескольких тысяч. Они часто меняют форму, размеры и местоположение в цитоплазме, перемещаясь в наиболее активную их часть. Внешний покров митохондрии состоит из двух трёхслойных мембран. Наружная мембрана гладкая, внутренняя - образует многочисленные выросты, на которых располагаются дыхательные ферменты. Внутренняя полость митохондрий заполнена жидкостью, в которой размещаются рибосомы, ДНК и РНК. Новые митохондрии образуются при делении старых. Основная функция митохондрий - синтез АТФ. В них синтезируется небольшое количество белков, ДНК и РНК.
Пластиды свойственны только клеткам растений. Различают три вида пластид - хлоропласты, хромопласты и лейкопласты. Они способны к взаимному переходу друг в друга. Размножаются пластиды путем деления.
Хлоропласты имеют зелёный цвет, овальную форму. Размер их 4-6 мкм. С поверхности каждый хлоропласт ограничен двумя трёхслойными мембранами - наружной и внутренней. Внутри он заполнен жидкостью, в которой располагаются несколько десятков особых, связанных между собой цилиндрических структур - гран, а также рибосомы, ДНК и РНК. Каждая грана состоит из нескольких десятков наложенных друг на друга плоских мешочков из мембран. На поперечном разрезе она имеет округлую форму, диаметр её 1 мкм. В гранах сосредоточен весь хлорофилл, в них происходит процесс фотосинтеза. Образующиеся при этом углеводы вначале скапливаются в хлоропласте, затем поступают в цитоплазму, а из неё - в другие части растения.
Хромопласты определяют красную, оранжевую и желтую окраску цветов, плодов и осенних листьев. Они имеют форму многогранных кристаллов, расположенных в цитоплазме клетки.
Лейкопласты бесцветны. Они содержатся в неокрашенных частях растений (стеблях, клубнях, корнях), имеют округлую или палочковидную форму (размером 5-6 мкм). В них откладываются запасные вещества.
Клеточный центр обнаружен в клетках животных и низших растений. Он состоит из двух маленьких цилиндров - центриолей (диаметром около 1 мкм), расположенных перпендикулярно друг другу. Стенки их состоят из коротких трубочек, полость заполнена полужидким веществом. Основная их роль - образование веретена деления и равномерное распределение хромосом по дочерним клеткам.
Комплекс Гольджи получил название по имени итальянского ученого, впервые открывшего его в нервных клетках. Он имеет разнообразную форму и состоит из ограниченных мембранами полостей, отходящих от них трубочек и расположенных на их концах пузырьков. Основная функция - накопление и выведение органических веществ, синтезируемых в эндоплазматической сети, образование лизосом.
Лизосомы - округлые тельца диаметром около 1 мкм. С поверхности лизосома ограничена трехслойной мембраной, внутри её находится комплекс ферментов, способных расщеплять углеводы, жиры и белки. В клетке имеется несколько десятков лизосом. Новые лизосомы образуются в комплексе Гольджи. Их основная функция - переваривание пищи, попавшей в клетку путем фагоцитоза, и удаление отмерших органоидов.
Органоиды движения - жгутики и реснички - представляют собой выросты клетки и имеют однотипное строение у животных и растений (общность их происхождения). Движение многоклеточных животных обеспечивается сокращениями мышц. Основной структурной единицей мышечной клетки являются миофибриллы - тонкие нити длиной более 1 см, диаметром 1 мкм, расположенные пучками вдоль мышечного волокна.
Клеточные включения - углеводы, жиры и белки - относятся к непостоянным компонентам клетки. Они периодически синтезируются, накапливаются в цитоплазме в качестве запасных веществ и используются в процессе жизнедеятельности организма.
Углеводы концентрируются в зёрнах крахмала (у растений) и гликогена (у животных). Их много в клетках печени. Жиры накапливаются в виде капель в подкожной клетчатке, соединительной ткани и т. д. Белки откладываются в виде зёрен в яйцеклетках животных.
Ядро - один из важнейших органоидов клетки. От цитоплазмы его отделяет ядерная оболочка, состоящая из двух трёхслойных мембран, между которыми располагается узкая полоска из полужидкого вещества. Через поры ядерной оболочки осуществляется обмен веществ между ядром и цитоплазмой. Полость ядра заполнена ядерным соком. В нём находятся ядрышко (одно или несколько), хромосомы, ДНК, РНК, белки и углеводы. Ядрышко - округлое тельце размером от 1 до 10 мкм и более; в нем синтезируется РНК. Хромосомы видны только в делящихся клетках. В интерфазном (неделящемся) ядре они присутствуют в виде тонких длинных нитей хроматина (соединения ДНК с белком). В них заключена наследственная информация. Число и форма хромосом у каждого вида животных и растений строго определённые. Соматические клетки, из которых состоят все органы и ткани, содержат диплоидный (двойной) набор хромосом (2 n); половые клетки (гаметы) - гаплоидный (одинарный) набор хромосом (n). Диплоидный набор хромосом в ядре соматической клетки создается из парных (одинаковых), гомологичных хромосом. Хромосомы разных пар (негомологичные) отличаются друг от друга по форме, месту расположения центромеры и вторичных перетяжек.
Формы клеток совершенно различны - сферы, кубы, параллелепипеды, сложные многогранники, нити, "кусты",.. и вообще бесформенные клетки, форму которых тяжело определить одним словом.
Питанием клетки называется процесс эндоцитоза (фагоцитоза или пиноцитоза) из внешней среды необходимых веществ, иногда в виде отдельных молекул химических элементов, иногда целых их групп (пищевых частиц). Чтобы клетка смогла захватить нужные вещества, они должны предварительно поступить в т.н. внеклеточный матрикс - субстанцию, заполняющую пространство между клетками. К матриксу причисляют также плазму крови и лимфатическую жидкость. В состав матрикса входят коллаген, фибрин, эластин, гликопротеины, протеогликаны, гиалуроновая кислота, а также, в меньшем количестве, фибронектины, ламинины и нидогены. Клетка не только питается, но и выводит остатки своей жизнедеятельности. И также через мембрану обратно в матрикс, откуда они выводятся дальше, через лимфатическую и другие системы организма.
Итак, ни одна попавшая в клетку через мембрану молекула или пищевая частица не минует лизосому.
Лизосомы ("лизис" - расщепление, "сома" - тело) - по строению представляют собой мембранные мешочки (визикулы, пузырьки), содержащие множество ферментов, расщепляющих сложные органические вещества. Основными функциями лизосом являются клеточное пищеварение, уничтожение ненужных клетке органоидов, саморазрушение клетки, секреция веществ за пределы клетки. При этом различают различные типы лизосом.
В животных клетках обычно содержится много мелких лизосом, их количество зависит от функциональных особенностей клетки. В клетках растений лизосомы образуются редко, обычно их функции выполняет крупная центральная вакуоль.
Ферменты (как известно, имеющие в основном белковую природу) лизосом синтезируются рибосомами, расположенными на шероховатой эндоплазматической сети. Далее по каналам сети они транспортируются в направлении комплекса Гольджи. От ЭПС отрываются транспортные пузырьки, которые впоследствии сливаются с аппаратом Гольджи. Здесь белки соединяются с другими веществами, принимают свою функциональную форму, упаковываются. На выходе из Гольджи образуются готовые лизосомы.
Внутренняя среда лизосом является неоднородной и более кислой (её pH ниже), чем среда цитоплазмы. Это достигается за счет активного транспорта ионов водорода (Н+) лизосомной мембраной. Только в кислой среде гидролитические ферменты (липазы, протеазы, фосфатазы, нуклеазы) могут быть активны и расщеплять белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты.
Лизосомы, которые только образовались в Гольджи и еще не приступили к выполнению своих функций, называются первичными.
В результате эндоцитоза образуются эндоциты - мембранные пузырьки с поглощенным материалом, который требуется переварить или уничтожить (например, в случае проникновения вредоносных бактерий). С эндоцитом сливается первичная лизосома таким образом, что ферменты и расщепляемые структуры оказываются в одном мембранном пузырьке. Это уже вторичная лизосома, которая также может называться пищеварительной вакуолью (в основном у одноклеточных). Полученные в процессе ферментативного распада (переваривания) вещества транспортируются через мембрану пузырька в цитоплазму. В лизосоме остаются непереваренные остатки, которые необходимо удалить. Для этого пищеварительная вакуоль подходит к клеточной мембране и сливается с ней, таким образом, путем уже экзоцитоза (обратен эндоцитозу) избавляясь от остатков.
Вот и получается, что в идеале чужая ДНК до собственной (то есть ядра) доходит только в виде аминокислот, которые унифицированы для всего живого и в таком виде уже не могут обладать никакой спецификой. То есть, нет никакой разницы, съели ли мы простую сою или геномодифицированную. На выходе мы получили тот же набор из 21-й аминокислоты.
И всё же антипропаганда ГМО продолжается. Причины мы вроде выяснили. А это значит, что деньги в эту пропаганду вкладываются немалые, аргументы против ГМО по мере разоблачения первоначальных и легковесных утверждений становятся изощрённее. Во второй части я попробую расследовать и это.