Zbiory biopierwiastków i cząsteczek

Doszliśmy do bardzo ważnego wniosku, że pierwiastki podtrzymujące ży­cie stanowią zbiór wysoce wyselekcjonowany. Żywe organizmy powstają przez wbudowywanie właściwej ilości każdego z tych pierwiastków. Zro­zumienie procesu kontroli poprzez wybór z uprzednio określonego zbio­ru, to jedno z osiągnięć matematyki i techniki, dokonanych w ciągu ostatnich kilku dziesięcioleci. Fakt, że wszystkie żywe organizmy skła­dają się z tego rodzaju zbiorów, napawa nas nadzieją, że przez zastoso­wanie odpowiednich teorii w znacznym stopniu uzupełnimy naszą wie­dzę o życiu. Obecnie możemy poszerzyć nasze dociekania i przejść do rozważania spraw związanych ze zbiorami cząsteczek.

Wald w swoim ?biochemicznym alfabecie” zestawia względnie nieliczne zbiory cząsteczek organicznych, które stanowią podstawowe jednostki wszystkich żywych układów. Glukoza jest głównym produktem fotosyntezy, a tym samym dostarczycielem energii. Tłuszcze to główna forma magazynowania energii. Fosfatydy to zbiór cząsteczek, w których łańcuchy tłuszczowe połączone są z rodnikiem za­wierającym azot i fosfor. Ten koniec cząsteczki jest rozpuszczalny w wo­dzie, podczas gdy koniec tłuszczowy ? nie. Fosfatydy te mają więc ten­dencję do ustawiania się pionowego do powierzchni granicznej dwóch faz i stanowią główne składniki błon, które tworzą tak ważną część struk­tury komórkowej.

Najbardziej ze wszystkich charakterystycznymi zbiorami cząsteczek są białka i polinukleotydy. Cząsteczki tych związków tworzą silnie po­zwijane łańcuchy, znane jako polimery zawierające czasem do kilku mi­lionów atomów. Będą one szczegółowo omówione w dalszym tekście. Inny zbiór dużych cząsteczek to chlorofile. Rodzina ta ma podstawowe znaczenie dla tkanek roślinnych, a pośrednie także i dla życia zwierząt, ponieważ dzięki fotosyntetycznej właściwości tych związków biorą one udział w tworzeniu węglowodanów pod wpływem światła:

C02 + H20_2% (CHaO) + 02,

przekształcając w ten sposób energię elektromagnetyczną (zaznaczoną w równaniu kwantem hv) na potencjał chemiczny węgla i wodoru na po­ziomie utleniania węglowodanu:

Trochę podobne ? zawierające metal ? barwniki hemowe odgrywa­ją główną rolę w oddychaniu zwierząt. W odbieraniu wrażeń świetlnych (tzn. wzrokowych) przez zwierzęta pośredniczą niektóre związki składo­we podobnych zbiorów karotenoidów i witamina A.

Cząsteczki związków tworzących poszczególne zbiory nie różnią się zbytnio od siebie. Dla nas sedno sprawy tkwi w tym, że organizmy żywe budowane są w drodze selekcji z ograniczonego raczej zespołu takich zbiorów. Na przykład transport tlenu odbywa się u ośmiornic i innych mięczaków za pomocą hemocyjaniny, podobnej do hemoglobiny, ale za­wierającej miedź zamiast żelaza. Inne barwniki hemowe zawierają naj­rozmaitsze metale, łącznie z wanadem występującym u żachw.

Podobnie niewielkie różnice istnieją wśród samych hemoglobin, i rzeczywiście, coś niecoś wiadomo już o szczegółach mechanizmu gene­tycznego, który kontroluje poszczególne hemoglobiny. W większości przypadków nie wiemy jednak jeszcze, dlaczego dany czło­nek rodziny związków ?wybrany” został przez odpowiednią gromadę lub gatunek organizmów. Nie wiemy dlaczego u mięczaków w oddychaniu bierze udział hemocyjanina. Prawdopodobnie proces ten wytworzył się bardzo dawno, któremu następnie z konieczności mięczaki musiały się podporządkować.