ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Некоторые общие закономерности биогенеза из "Биокатализаторы и их модели" Второе издание книги Биокатализаторы и их модели существенно отличается от первого. Желая углубить мысль о неразрывной связи ферментологии с общими принципами биогенеза, я заново написал большую часть книги и иначе расположил материал. [c.7] Основная мысль, объединяющая изложение частных вопросов, заключается в обсуждении роли динамических структур в биологии и биохимии и характерных свойств этих структур. Именно с этой точки зрения представляют интерес функции биокатализаторов, являющихся по самому существу структурами, которые постоянно распадаются и создаются вновь, сохраняя однако свои типичные черты и поддерживая стабильность сложных систем организма. Так как процесс формирования таких систем происходит самопроизвольно, то, очевидно, необходимы поиски некоторых общих принципов, на основании которых можно было бы предвидеть появление стабильных само-производящихся динамических систем. Термодинамические законы в этой области не могут служить основанием для прогнозов, хотя, конечно, и остаются справедливыми. Этот фундаментальный вопрос разумеется не может быть решен без введения каких-то принципиально новых постулатов и автор не пытался его решить в общей форме. Однако было бы очень желательно обсудить области применения тех или иных принципов, определяющих стабильность различных систем, в том числе и динамических, и связать их с ролью и функциями биокатализаторов. [c.7] Вполне понятно, что и проблемы моделирования различных биокаталитических систем целесообразно интерпретировать с этой точки зрения. [c.7] Книга и начинается с рассмотрения общих закономерностей биогенеза и проблем химической эволюции того периода, который предшествовал появлению жизни. Затем рассматриваются характерные черты биокаталитических структур и системы, образуемые биокатализаторами. [c.8] Кинетические особенности рассмотрены в обычном плане, хотя я думаю, что в дальнейшем эти вопросы надо ближе и теснее связывать с вопросами регулирования. [c.8] Ионам металлов посвящается отдельная глава, так как металлы — это настоящие организаторы и соединений, и процессов в биологических системах. [c.8] Далее рассматривается вопрос о моделировании биокатализаторов н субклеточные структуры. [c.8] Объем книги уменьшен за счет удаления таблиц ферментов и данных, относящихся к кинетике каталазного действия, уже неоднократно описанных в научной литературе. [c.8] Я благодарен проф. О. М. Полтораку и проф. В. В. Алпатову за ряд ценных замечаний, сделанных ими при просмотре рукописи. [c.8] Каталитические механизмы всегда принимали участие в химической эволюции мира. Вероятно, даже космическая пыль способна проявлять каталитическую активность в реакциях, которые ведут к образованию простейших соединений и начинают бесконечную цепь химических превращений. [c.9] Однако с того трудноопределимого момента, который биологи называют временем появления жизни, развитие каталитических систем на Земле пошло по двум совершенно различным путям. Один из этих путей — его можно назвать неорганической ветвью — был сравнительио. коротким. Он вел от неорганических предшественников к стабильным кристаллическим формам окислов, сульфидов, алюмосиликатов и других минералов, обладающих измеримой каталитической активностью, Хорошо известно, что каталитическая активность свежеполученных продуктов гораздо выше активности природных материалов того же состава. Неорганическая ветвь вела к дезактивации — к снижению каталитической активности. Таким образом, каталитические механизмы, связанные с участием неорганических веществ, постепенно теряли значение в общем химическом балансе природы и медленно глохли , выключаясь из химического круговорота. [c.9] Вся проблема приобретает совершенно новый аспект. Организмы, очевидно, представляют собой низкоэнтропийные структуры. Их деятельность с позиции термодинамики может быть механизма, увеличивающего энтропию среды, и, о развитии организма, снижающего собственную химических потенциалов веществ, служивших организмам пищей, происходило таким образом, что эти процессы са.ми создавали низкоэнтропийные инструменты , обеспечивающие их непрерывное протекание. [c.10] Колоссальная организационная способность мозга человека проявляется в сложнейшем комплексе мероприятий, обеспечивающих ему высокий уровень устойчивости. Мало этого у высокоразвитых форм мы вполне отчетливо можем констатировать наличие в окружающей среде зоны организации , в которой распространяется их влияние. [c.11] Нетрудно найти примеры таких зон, когда речь идет о человеке и об изменении окружающего мира, отмечающем его целеустремленную деятельность. Даже модели мозга типа счетных машин обладают в глазах их творцов этой особенностью, создавая вокруг себя зону организации . Вполне очевидно, что различные формы высшей интеллектуальной деятельности характеризуются громадной способностью к созданию зон организации. Образование в результате действия организационного потенциала зоны организации облегчает живым клеткам формирование их собственной структуры из менее организованных материалов. Все механизмы клетки, действие которых направлено на саморепродукцию или развитие, функционируют так, что на каждом этапе всей последовательности реакций организационная работа минимальна. Синтез белка осуществляется только тогда, когда и пространственные и энергетические условия таковы, что ферментному аппарату остается лишь замыкать цепочки аминокислот. Следовательно, весь этот сложнейший механизм возник и усовершенствовался для того , чтобы поддерживать уровень своей организации за счет минимальной организационной работы. На языке термодинамики это и должно было бы означать, что аппараты клетки стремятся приблизиться к стационарному состоянию с минимальной продукцией энтропии за единицу времени, но организационная работа явно не имеет простого термодинамического эквивалента. [c.11] Можно с уверенностью утверждать, что повышение степени организации на протяжении всего периода эволюции есть в то же время и непрерывное развитие и совершенствование форм связи как организма со средой, так и внутренних его механизмов друг с другом. Действительно, свойства нервной системы поражают исследователя в такой сильной степени, что, создавая машины, имитирующие живые существа, он прежде всего стремится построить модель аксона, а затем совокупности аксонов. [c.11] По мере усложнения систем механизмы связей также делаются более специфическими и сложными. Сзязи реализуются, например, посредством переноса целых групп, в частности групп, содержащих млкроэргические соединения. Соверщенным видом связи является нервная система, действующая за счет ионных токов в нервном волокне. [c.12] С точки зрения проблем эволюции интерес представляет не столько природа связи, сколько способность ее действовать как обратная связь. Появление обратных связей, в результате которых воздействие системы на окружающую среду направляется снова на систему, несомненно лежит в основе механизмов, обусловливающих развитие низкоэнтропийных структур. [c.12] Тенденции к обеспечиванию устойчивости за счет развития аппаратов обратной связи, которые мы в столь отчетливом виде наблюдаем у организма, должны были проявиться и на гораздо более ранних этапах эволюции, иначе дезорганизация поглотила бы то, что необходимо для синтеза систем высщих порядков. [c.12] Положительные обратные связи поддерживают процесс, отрицательные тормозят его. Если возникла какая-либо структура, например пленка, обладающая полупроницаемостью, то, как правило, создаются условия для проявления положительных или отрицательных связей. Обычно в начальной стадии явления преобладают положительные обратные связи создаются диффузионные потоки, повышается температура среды, образуются активные формы катализаторов и т. п. По мере протекания процесса вступают в действие отрицательные связи со средой пленки утолщаются, концентрации веществ падают, диффузия и осмос перестают играть стимулирующую роль. [c.12] В этом отношении биологические системы коренным образом отличаются от тех систем, которые развивались по неорганической ветви. Обратные связи в клеточных структурах организмов и в самих клетках являются важнейшим средством регулирования и стабилизации. [c.12] Вернуться к основной статье