1. Удаление отходов метаболизма, которые нередко бывают побочными продуктами главных метаболических путей. Оно необходимо для сохранения нужного равновесия биохимических реакций. Многие реакции обратимы, а по закону действующих масс направление реакции определяется лишь относительными концентрациями реагирующих веществ и продуктов реакции. Например, в фермента тивной реакции непрерывное образование жизненно необходимого метаболита С обеспечивается удалением побочного продукта D, сдвигающим равновесие в сторону прямой реакции.
2. Удаление таких отходов, которые в случае накопления отрицательно влияли бы на метаболическую активность организма. Многие из этих веществ токсичны, так как подавляют активность ферментов.
3. Регуляция ионного состава жидкостей тела. В водных средах организма соли ведут себя как электролиты и подвергаются диссоциации. Например, поглощаемый с пищей NaCl в жидкостях тела находится в виде ионов натрия (Na+) и хлора (С1-). Если концентрации этих и других ионов не будут удерживаться в узких пределах, многие физиологические и биохимические процессы могут быть нарушены; например, снижение концентрации Na+ приводит к ухудшению нервной координации. Помимо Na+ и СГ важную роль в организме играют ионы К+, Mg2+, Са2+ , Fe2+, Н+, I-, РО3-4 и НСО3-, концентрация которых должна жестко регулироваться, поскольку они участвуют во многих процессах, включая работу ферментов, синтез белка, образование гормонов и дыхательных пигментов, проницаемость мембран, электрическую активность и мышечное сокращение. Их влияние на содержание воды, осмотическое давление и рН жидкостей тела будет рассмотрено позже.
4. Регуляция содержания воды в жидкостях тела. Содержание воды в жидкостях тела и его регуляция — одна из основных проблем, с которыми сталкивались организмы при колонизации многих экологических ниш на планете. В ходе решения этих проблем сформировался ряд важнейших структурных и функциональных приспособлений. Механизмы, обеспечивающие получение воды, ее сохранение и выведение, весьма разнообразны, но все они, как мы увидим позже, имеют огромное значение для поддержания осмотического давления и объема жидкостей тела на стабильном уровне. Прежде чем перейти к рассмотрению этих механизмов, необходимо подчеркнуть, что осмотическое давление жидкостей тела зависит от количественного соотношения между растворенными веществами и растворителем, т. е. водой. Регулирование относительных концентраций растворенных веществ и воды называется осморегуляцией.
5. Регуляция концентрации водородных ионов в жидкостях тела. Природа рН и методы его измерения описаны в Приложении 1.1.5, но механизмы экскреции ионов, оказывающих большое влияние на рН (Н+ и НСО3-), будут рассмотрены в настоящей главе. Например, рН мочи может колебаться от 4,5 до 8,0, благодаря чему рН жидкостей тела поддерживается на достаточно постоянном уровне.
Важнейшие экскреты сведены в табл. 19.1. Как видно из таблицы, далеко не все они являются отходами, т. е. веществами, которые не могут быть дальше использованы организмом. В действительности многие из них до или после выведения из организма еще могут служить определенным целям.
Таблица 19.1. Основные продукты, подлежащие экскреции, их источники, функции и дальнейшая судьба
У растений экскреция не связана с таким множеством проблем, как у животных. Это объясняется фундаментальными различиями в физиологии и образе жизни растений и животных. Растения являются первичными продуцентами и синтезируют в нужном количестве все необходимые им органические соединения. Например, в растениях образуется лишь столько белка, сколько его необходимо в данный момент. Они никогда не синтезируют белок в избытке и поэтому выделяют очень мало азотистых отходов, образующихся при расщеплении белков. Если же белки расщепляются до аминокислот, то последние могут быть использованы для синтеза новых белков. Три конечных продукта, образующиеся в ходе определенных обменных процессов, — О2, СО2 и вода — используются у растений как исходные вещества для других реакций; это в особенности относится к СО2 и воде. Единственный газообразный продукт, выделяемый растениями в большом количестве, — это молекулярный кислород. На свету в растении образуется намного больше О2, чем ему нужно для дыхания, и этот избыток кислорода переходит в окружающую среду путем диффузии.
