Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
4.2. Регуляторная роль воды в биологических системах
При оптимальных температурах в тканях организмов для их нормального функционирования имеется определенное соотношение свободной и льдоподобной форм воды. А в более высоких или низких температурах это соотношение нарушается, соответственно меняется и обмен веществ. При этом, свободная вода стимулирует синтетические, льдоподобные – гидролитические процессы.
Таким образом, справедливо следующее соотношение:
Как видно из этого соотношения, при высокой температуре, когда в воде преобладает количество свободной воды над льдоподобным, синтетические процессы протекают интенсивнее, чем гидролитические, рост и развитие ускоряются. По мере же снижения температуры, количество льдоподобной воды в тканях будет увеличиваться и, соответственно, гидролитические процессы усиливаться, рост и развитие замедляться.
Очевидно, что изменение соотношения свободной и льдоподобной форм воды в живом организме, наряду с известными, может выступать как фактор, регулирующий их функциональную активность.
П. Хочачка и Дж. Сомеро [330], рассматривая биохимическую адаптацию клетки, выделили 2 основных класса температурных эффектов. Во-первых, прямое влияние температуры на скорость химических реакций обмена веществ, которые, согласно законам термодинамики, должны зависеть от средней кинетической энергии атомов и молекул. Во-вторых, косвенное влияние температуры, посредством изменения биохимических структур, представляющих собой надмолекулярные образования. Такие образования поддерживаются, так называемыми, слабыми связями или слабыми взаимодействиями (сила Ван-дер-Ваальса, водородные, ионные связи, гидрофобные взаимодействия).
На основании вышеприведенного соотношения, а также анализа литературных источников, можно добавить к этим двум еще 3-й класс температурного эффекта. Это влияние температуры на обменные процессы у растений, да и у других организмов, посредством изменения состояния воды, что в очень сильной степени проявляется при низких положительных температурах или в условиях холода [314].
Таким образом, опосредованность действия температуры на физиолого-биохимические процессы, протекающие в живых организмах через изменения состояния воды, является очевидной. Кроме того, неоспоримо и то, что состояние клеточной и тканевой воды, которая под действием температуры окружающей среды подвергается существенным изменениям, играет ключевую регуляторную роль в жизнедеятельности организмов.
Высказывается мнение, что в качестве одного из основных механизмов регуляции метаболических реакций в клетке можно рассматривать процессы сорбции – десорбции белков на мембранах и других биологических структурах под действием биологически активных веществ, гормонов, ионов кальция, различных метаболитов, поступления субстратов реакций, а также лекарственных веществ (анестетиков, нейролептиков и др.) [5]. Основу подобных процессов составляют особенности взаимодействия белков с водой, позволяющие влиять на их регуляцию путем очень слабых взаимодействий. Следовательно, вода наряду со своим регуляторным воздействием на процессы функционирования белковых макромолекул и мембранных структур играет несомненную общерегуляторную роль на уровне клетки в целом. Благодаря этому появляется возможность осуществлять избирательное управление весьма большим числом разнородных метаболических реакций, происходящих внутри клетки в общей для всех них водной среде [4, 5].