ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Биофизика из "Молекулярная биофизика" ПИИ следует, что при объяснении биологически.х процессов понятие количества информации не может дать большего, чем понятие энтропии. Здесь не рассматривается генерация информации и ее инструктирующее значение, определяющее ту или ииую биологическую функцию носителя информации. При не-следовании развивающейся и эволюционирующей системы необходимо ввести понятие ценности информации для реализации конкретного процесса, эквивалентное ее программирующему, инструктирующему, значению. Ценность информации выражает ее содержание, тогда как количество информации не имеет отношения к ее содержанию. Содержание можно оценить лишь применительно к определенным физическим процессам. [c.37] Эйген впервые предпринял попытку дать количественное физическое определение ценности информации, содержащейся в биологически функциональных макромолекулах в процессе их естественного отбора [13]. Селективная ценность по Эйгену есть безразмерный кинетический параметр, характеризующий авто-каталитический синтез макромолекулярных цепей, который происходит за счет цепей с меньшей ценностью, подвергающихся деструкции. Процесс протекает в стационарной открытой системе, далекой от равновесия. Теория Эйгена согласуется с теорией возникновения диссипативных структур Пригожина и Глансдорфа и описывает некий начальный этап добиологической эволюции. [c.37] Теория Эйгена, имеющая важное значение для биофизики, основывается на реальных свойствах биологических макромолекул. Изложение, анализ, уточнение и дальнейшее развитие этой теории возможны лишь после детального ознакомления с биологическими макромолекулами. Обсуждение теории Эйгена выходит за рамки этой книги. [c.37] Построение физики живых систем требует исследования своеобразных микроскопических, атомно-молекулярных свойств. [c.37] С тем высокая упорядоченность (в одном, двух и трех измерг-ниях) свойственна и молекулярному уровню организации. Макромолекулы биополимеров — белков и нуклеиновых кислот — характеризуются не только заданной генетически последовательностью мономерных звеньев, но и определенной структурой целостной системы. [c.38] Введенное Шредингером понятие апериодического кристалла применимо и к молекулярному, и к надмолекулярному, и к ор-ганизменному уровню строения живой системы. [c.38] а также энтропии и объема определяется скачкообразным изменением структуры вещества. В переходах кристалл — жидкость происходит очевидное разрывное изменение симметрии — элемент симметрии либо есть, либо его нет —он не может исчезать или появляться постепенно. Поэтому нет критического состояния для перехода кристалл— жидкость. Переход жидкость-газ, напротив, может совершаться непрерывно через критическую область, так как симметрия в этих состояниях одинакова (см. [37]). Обычный переход жидкость —газ при температурах ниже критической является фазовым переходом первого рода. Переходы между различными кристаллическими модификациями также являются переходами первого рода с изменением симметрии. [c.39] В тех случаях, когда структура системы меняется непрерывно, а симметрия — скачком, также происходит фазовый переход, но с иными особенностями [37]. Представим совокупность электронных спинов в ферромагнитном веществе в виде регулярной двумерной решетки, в узлах которой расположены стрелки. Пусть спины сначала расположены так, что стрелки с равной вероятностью направлены вверх и вниз. Будем одну за другой поворачивать вверх стрелки, направленные вниз. При повороте вверх последней стрелки симметрия изменится скачком. Вещество перейдет из парамагнитного в ферромагнитное состояние. Такой переход (а также переходы порядок — беспорядок в бинарных сплавах и др.) является фазовым переходом второго рода [37—42]. Он характеризуется непрерывным изменением энтальпии, удельного объема и т. д., но разрывным изменением их производных — теплоемкости, коэффициента теплового расширения, сжимаемости и т. д. [c.39] Таким образом, фазовые переходы означают наличие особенностей на кривых зависимостей термодинамических величин от внешних параметров, в частности от температуры. Термодинамические величины выражаются через статистическую сумму системы 2, т. е. [c.39] Особенности могут возникать лишь вследствие взаимодействия частиц, определяющего зависимость состояния каждой частицы от состояний остальных частиц [39]. [c.40] Теоретический вывод уравнения Ван-дер-Ваальса выходит за пределы термодинамики, он основывается на молекулярной модели. Методология теоретического исследования кооперативной системы состоит в том, что строится молекулярная модель такой системы, вычисляется отвечающая этой модели статистическая сумма и из нее определяются термодинамические функции, которые сравниваются с опытом. [c.40] Рассмотрим простейшие модели кооперативных систем. Общий подход при упрощенном статистическом расчете системы основывается на приближении молекулярного поля. Частица подвергается действию сил, создаваемых другими такими же частицами. Она находится в силовом поле, которое представляется неким средним аначением, — в молекулярном поле. Состояния частицы рассматриваются методами TaTH TH4e K0) i механики, и определяется среднее поле, создаваемое данной частицей и влияющее на соседние частицы. Это среднее поле должно совпадать с молекулярным, т. е. быть самосогласованным. В сущности тот же метод применяется при выводе уравнения Ван-дер-Ваальса [39]. [c.40] Это трансцендентное уравнение дает самосогласованное определение М, т. е. Н. [c.41] Приближение молекулярного поля обосновывается в методе Брэгга — Вильямса. [c.42] определяется дальним порядком М+, т. е. [c.43] Поэтому приближение и называется квазихимическим. [c.43] Строгое вычисление статистической суммы для двумерной задачи Изинга было выполнено Онзагером (см. [41,42]). Для трехмерной задачи не удалось получить аналитическое выражение, но найдены численные решения. [c.43] Вильямсу (а), методом квазихимического приближения (б) и строгим методом (в). [c.44] В биологических системах фигурируют одномерные, двумерные и трехмерные кооперативные системы, содержащие большое число статистических элементов. Это соответственно макромолекулы биополимеров (белков и нуклеиновых кислот), надмолекулярные мембранные структуры и т. д. Глобулы белков в растворах и в надмолекулярных структурах могут рассматриваться как трехмерные кооперативные системы. Физические свойства указанных структур кооперативны, т. е. они существенным образом зависят от взаимодействия элементов. Кооперативность— принципиальная особенность молекулйрно-биологи-ческих систем, определяющая широкий круг явлений (см. [43]). Методы исследования кооперативных процессов имеют большое значение в теоретической биофизике. [c.44] Все изложенное относится к статистической физике кооперативных систем, находящихся в условиях термодинамического равновесия. Несмотря на то, что биосистемы неравновесны, статистическая теория дает многое для их понимания. Не менее существенно, однако, исследование кинетики кооперативных процессов. [c.44] Вернуться к основной статье