ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Термодинамика механохимических процессов из "Биофизика" В предыдущих главах рассказано, как химическая энергия, вапасенная в клетке в молекулах АТФ, трансформируется в осмотическую и электрическую работу. Теперь мы обратимся к механохимическим процессам, в которых химическая энергия преобразуется в механическую работу. [c.387] Жпзнь невозможна без механического движения. Клетки и организмы выполняют механическую работу, двигаясь как целое и перемещая свои функциональные части в поле тяготения, преодолевая сопротивление воздушной или жидкой среды и т. д. Механическая работа производится в изотермических и изобарических условиях. Тем самым она совершается не за счет тепловой, а за счет химической энергии. [c.387] Конформационные превращения белков означают пространственное перемещение атомов, образующих макромолекулы. Если оно происходит в поле внешних сил, то совершается механическая работа. Ее источником может быть свободная энергия, выделяемая в ходе ферментативной реакции. Можно, следовательно, трактовать конформационное превращение белка как механохимический процесс. Однако пока речь идет о ферментативной реакции в растворе, такое толкование не имеет смысла. В любой химической реакции происходит перемещение атомов, но это еще не дает оснований называть реакцию механохимическим процессом. [c.387] Говоря о механической работе, мы имеем в виду надмолекулярную, макроскопическую систему. Если молекулы фермента входят в состав такой системы, то при надлежащей ее организации она может осуществлять механическое движение и производить работу за счет свободной энергии ферментативной реакции. Следовательно, рабочие вещества механохимических систем в живых организмах могут быть белками — ферментами. Более того, они должны ими быть. Источник механохимической работы — химическая энергия. Но любые биохимические реакции протекают с непременным участием ферментов. Механохимия живых систем есть ферментативная механохимия. [c.387] Качальский и Оплатка построили непрерывную работающую машину, в которой полиэлектролитное волокно (коллаген) попеременно погружается в раствор соли (LiBr) и в чистую воду (рис. 12.3). Работа машины прекращается, когда в результате переноса малых ионов в воду волокном химические потенциалы обоих резервуаров выравниваются. Будучи пущена в обратную сторону, машина может служить для извлечения соли из раствора. [c.390] Полианионное волокно сокращается при понижении pH, скажем, при добавлении НС1. Увеличение h i уменьшает I при постоянной силе /, т. е. [c.390] Механохимическая природа биологической сократительной системы была открыта Энгельгардтом и Любимовой (1939), изучавшими миоаин — белок мышечного волокна (см. с. 394). При добавлении АТФ происходит сокращение миозиновых волокон, имеющее обратимый характер. [c.390] Механохимия полиэлектролитов определяется кон( юрмацион-ными превращениями макромолекул. Превращения эти кооперативны. Константы диссоциации ионизуемых групп в полимере отличаются от таковых для мономера, вследствие электростатического отталкивания соседних заряженных групп, зависящего от конформаций цепи. Эти явления находят свое выражение в кривых потенциометрического титрования (см. 3.7). [c.390] Описанный кооперативный механизм не единственный — возможны также полиэлектролитные механохимические процессы, определяемые изменениями степени связывания ионов. [c.391] Таким образом, изменения конформаций цепи, вызванные изменением химического окружения при воздействии постоянной силы, производят механическую работу. В свою очередь, действующая сила должна менять конформации цепи. Теория показывает, что если приложенная сила не очень велика, то она стабилизует спиральную конформацию цепи. Напротив, большая сила стабилизует, конформацию сильно вытянутого клубка. В заряженных цепях не очень большая внешняя сила приводит к увеличению степени диссоциации, вызывающей переход спираль — клубок при фиксированной температуре. При большой силе степень диссоциации, вызывающая переход, может быть меньше, чем в отсутствие силы. В зависимости от величины приложенной силы при переходе спираль — вытянутый клубок может наблюдаться как увеличение, так и уменьшение размеров цепи в направлении силы. [c.391] Биологические сократительные системы, выполняющие механохимические процессы, далеки от простых полиэлектролитных моделей. Однако свойства полизлектролитов существенны для понимания механохимических явлений. [c.391] Имеются все основания считать, что в механохимических биологических процессах источником необходимой химической энергии являются макроэргические вещества, прежде всего АТФ. [c.391] Гидролиз АТФ происходит с участием АТФ-азы. Рабочими веществами механохимических процессов служат сократительные белки. Открытие АТФ-азной активности одного из них — миозина мышцы, сделанное Энгельгардтом и Любимовой, является ключевым для всей биологической механохимии. [c.392] Рассматривая биологические механохимические процессы, мы уделим главное внимание мышечному сокращению. [c.392] Вернуться к основной статье