Кристалл апериодический

В отличие от статистического клубка, белковая глобула является не рыхлым флуктуирующим образованием, но компактной, плотно упакованной регулярной системой — апериодическим кристаллом. Плотная глобулярная структура белковой молекулы непосредственно доказывается малой вязкостью белков в растворе. Характеристическая вязкость [т ] (см. стр. 148) составляет для белков величину порядка сотых дециметра на 1 г (см., например, [78]). Определенный отсюда удельный объем много меньще, чем у обычных полимеров, образующих в растворе рыхлые клубки, и близок к удельному объему сухого белка. Это подтверждается всей совокупностью результатов исследования белков методами седиментации, диффузии, светорассеяния, рентгенографии, рассеяния рентгеновских лучей под малыми углами, электронной микроскопии и т. д. [c.221]

Первая проблема— термодинамические основы жизни. Отличие живого организма от тел неживой природы состоит в исключительно высокой упорядоченности организма, подобного в этом смысле апериодическому кристаллу , к способности этой упорядоченности поддерживать себя и производить упорядоченные явления. Речь идет о саморегуляции и самовоспроизведении организмов и клеток. Шредингер объяснил эту особенность тем, что организм — открытая система, существующая в неравновесном состоянии благодаря потоку энтропии во внешнюю среду. Организмы непрерывно создают порядок из порядка , извлекают упорядоченность из окружающей среды в виде хорошо упорядоченного состояния материи в пищевых продуктах . Шредингер отвечает на вопрос о причине макро-скопичности, многоатомности организма. В системе, состоящей из малого числа атомов, флуктуации должны уничтожать упорядоченность. Именно благодаря многоатомности организм существует в соответствии с законами термодинамики. [c.16]

В книге Э. Шредингера Что такое жизнь С точки зрения физика. есть слова (они взяты эпиграфом к этой главе), оказавшиеся пророческими. ДНК действительно похожа на твердое тело. Пары оснований уложены в ней как в кристалле. Но это кристалл линейный, как бы одномерный — каждая пара оснований имеет только двух соседей. Кристалл ДНК — апериодический, так как последовательность пар оснований нерегулярна, как нерегулярна последовательность букв в осмысленном тексте книги. Но подобно буквам в печатном шрифте, пары оснований А-Т и Г-Ц имеют одинаковые размеры как в ширину, так и в высоту. [c.36]

Имеющиеся экспериментальные данные свидетельствуют о том, что трехмерные структуры белков характеризуются плотнейшей упаковкой атомов. Коэффициенты упаковки белковых молекул в нативном состоянии имеют значения от 68 до 82%. Для сравнения напомним, что у правильных сферических тел этот коэффициент равен 74%, а у молекул воды и циклогексана - 58 и 44% соответственно. По плотности упаковки атомов белковые молекулы близки кристаллам малых органических молекул (70-78%). Нативные структуры белков имеют также незначительные коэффициенты сжимаемости, близкие, например, коэффициентам сжимаемости олова и каменной соли. Высокая компактность глобулярных белков подтверждается большой плотностью, малой вязкостью и малыми молекулярными объемами нативных белков в растворе. Так, наблюдаемые у них величины плотности (1,3-1,5 г/см ) выше, чем у сухих белков и близки величинам плотности кристаллов низкомолекулярных органических соединений. Это свойство пространственных структур белковых молекул безупречно с физической точки зрения и очень образно передает определение их как "апериодические кристаллы" - термин, использованный Э. Шре-дингером для характеристики состояния хромосом [52]. Таким образом, есть все основания заключить, что нативная конформация белка представляет собой плотно упакованную структуру с максимальным числом внутримолекулярных контактов между валентно-несвязанными атомами. [c.102]

При экспериментальных рентгеновских исследованиях большой группы стареющих сплавов на рентгенограммах были обнаружены эф-X фекты диффузного рассеяния в виде сателлитов, сопровождавших главные максимумы дифракционного спектра матричного кристалла. Для объяснения этих дифракционных эффектов были предложены различные модели структуры твердого раствора па промежуточных стадиях распада, получивших название периодических и апериодических модулированных структур. [c.108]

Что же оказалось Вывод, сделанный Л. Д. Ландау, остается в силе. И в апериодической ДНК фазового перехода быть не может. Принципиально это также объясняется одномерностью системы, но происходит по иной причине, чем в строго однородном кристалле. Фазы отсутствуют не потому, что они стремились бы перемешиваться, как говорил Ландау, а потому, что участки ДНК, обогащенные [c.42]

Молекулы белков — самые сложные из известных науке. Их биологически функциональная пространственная структура, а также структура надмолекулярных систем, содержащих белки (мембраны и др.), определяются как химическими связями в белковых цепях, так и целой гаммой слабых взаимодействий. Нативные белки никогда не являются статистическими клубками. Белковые глобулы — апериодические кристаллы сложной структуры. Это не-статистические, но динамические системы, своего рода машины,, поведение которых зависит от положения и свойств всех их элементов. Наряду с глобулярными существуют фибриллярные белки — сократительные и опорные. [c.88]

Шредингер назвал организм апериодическим кристаллом. Информационный смысл этих слов состоит в том, что апериодическая система содержит гораздо большее количество ценной информации, чем эквивалентная периодическая система, характеризуемая большой избыточностью. [c.563]

Биологическая система находится в конденсированном состоянии, само существование которого определяется слабыми, а не химическими силами грубо говоря, клетка есть молекулярный, а не ионный или атомный апериодический кристалл. Более того, можно сказать, что звенья биополимера также находятся в конденсированном состоянии в его макромолекуле или в надмолекулярной структуре. Будучи соединены друг с другом химическими связями, звенья биополимерной цепи образуют вторичную структуру, стабилизуемую слабыми невал нтными взаимодействиями. Функциональная структура биополимера, а также биологически активного низкомолекулярного соединения есть конформационная структура, обусловленная слабыми взаимодействиями. [c.190]

Макромолекула белка сходна с твердым телом в том отношении, что значительная часть атомов имеет в ней фиксированные положения. Макромолекула белка в этом смысле является апериодическим кристаллом. Подходы к рассмотрению такой структуры, основанные на положениях физики твердого тела, естественны и разумны. Вместе с тем макромолекула белка — динамическая система, характеризуемая большей или меньшей конформационной лабильностью. Это — своего рода машина, поведение которой зависит от положения и свойств каждого индивидуального аминокислотного остатка. Исследование динамических свойств белка требует теоретических и экспериментальных методов физики макромолекул. [c.177]

Глобула имеет фиксированную компактную структуру, она является апериодическим кристаллом. Переход глобула — клубок отличен от переходов а-спираль — клубок и р-форма — клубок, так как он происходит в трехмерной системе, Кооперативность перехода определяется не только взаимодействиями между соседними звеньями данной цепи, но и взаимодействиями других пространственно сближенных участков цепи или цепей. Кооперативность глобулы определяется не только взаимодействиями (водородные связи и т. д.), но и геометрическими факторами упаковки [2]. [c.242]

Если бы белковая глобула представляла собой не апериодический кристалл, а сильно флуктуирующее образование, то можно было бы думать, что кристаллизация означает отбор одной или нескольких конформаций из большого их числа в растворе. Но глобула имеет фиксированное строение. Кристаллические белки, как уже сказано, содержат большое количество воды, и их изучают в маточном растворе. Результаты рентгенографического исследования кристалла белка и данные оптических измерений того же белка в растворе согласуются друг [c.273]

Вряд ли Ландау думал, что когда-нибудь найдутся реальные системы, к которым удастся применить это его утверждение. Но ДНК — это действительно почти такая система. Слово почти здесь поставлено потом[у, что теорема Ландау была доказана для строго однородных систем, а ДНК, как мы помним, — апериодический кристалл. Его составляют два сорта звеньев — пары А-Т и Г-Ц, отличающиеся силой связи. Пару А-Т легче порвать, чем пару Г-Ц. Поэтому ДНК, которая содержит больше пар Л-Т, плавится при более низкой температуре. [c.41]

Работа Чаргаффа открыла возможность сформулировать теорию, объясняющую, каким образом ДНК может осуществлять перенос генетической информации в опыте с трансформацией. Теперь уже невозможно установить, кто фактически первый высказал эти идеи. Теория появилась после 1950 г. и была окончательно принята многими молекулярными генетиками уже к 1952 г. Основное положение этой теории сводилось к следующему если молекула ДНК содержит генетическую информацию, то последняя определяется не чем иным, как специфической последовательностью четырех нуклеотидных оснований в полинуклеотидной цепи. Иными словами, молекула ДНК — это апериодический кристалл Шредингера, в котором четыре основания — это то небольшое число изомерных элементов , чья точная последовательность представляет наследственный код (см. гл. I). Но поскольку информация, содержащаяся в генах (как было показано в гл. V), должна определять последовательность аминокислот в полипептидной цепи, нетрудно было сообразить, что смысл наличия в ДНК последовательностей из четырех нуклеотидных оснований, составляющих ген, состоит в том, чтобы определять последовательность аминокислот белковой молекулы, синтез которой контролируется этим геном. Такое представление давало возможность объяснить мутации на молекулярном уровне — как изменение в последовательности нуклеотидов в ДНК. [c.163]

Во всех задачах с твердыми электродами имеются не поддающиеся учету факторы не исключено, что в будущем для приведенных выше фактов будет найдено другое объяснение. Однако нет никаких сомнений в правильности выведенной апериодической цепи при условии, что поверхность является гранью идеального кристалла. [c.89]

В первоначальном варианте этой теории [34] стекло рассматривалось как совокупность весьма малых кристаллических образований, соединенных прослойками искаженной промежуточной структуры. В настоящее время большинство исследователей полагает, что кристаллиты не представляют собой мелких кристаллов с фазовыми границами, а являются областями упорядочения внутри апериодической сетки [4 23 35]. Согласно, например, Н. В. Белову [4, стр. 524], в любом стекле всегда имеются наготове группировки, являющиеся зачатками — зародышами — тех фаз, которые при благоприятных для них обстоятельствах выделятся в виде самостоятельных кристаллических образований... Противопоставление кристаллитной гипотезы в... первоначальном ее смысле... гипотезе совершенно неупорядоченной... сетки... это не абсолютная замена..., но вопрос о размерах зародышей, о степени сегрегации их от себе подобных или от промежуточной аморфной массы . [c.83]

Такие цепочечные структуры с изломами напоминают по форме хромосомы, которые Шредингер удачно определил как апериодический кристалл . Этим термином можно определить и изломанные цепочечные структуры. [c.311]

Рентгеноструктурный анализ высокого разрешения — это единственный метод, даюш,ий одновременно все необходимые сведения о первичной, вторичной и третичной структуре белков в кристалле. Успехи этого метода и определили современное положение дел в изучении особенностей пространственного строения белковых молекул. Этот параграф посвящен результатам рентгеноструктурного анализа ферментов и родственных им транспортных белков. Рентгеноструктурный анализ белков очень трудоемок, и исследование каждого объекта является итогом многолетних работ, однако и сами белки — апериодические микрокристаллы — относятся к наиболее сложным макромолекулам. Поэтому в ряде случаев оказалось, что рентгеноструктурный анализ дает необходимые сведения все-таки быстрее и в гораздо большем объеме, чем любые другие из применявшихся до сих пор методов изучения белковых молекул. [c.96]

В 1945 г. Шредингер написал книгу Что такое жизнь с точки зрения физики , оказавшую существенное влияние на развитие биофизики и молекулярной биологии. В этой книге внимательно рассмотрено несколько важнейших проблем. Первая из них — термодинамические основы жизни. На первый взгляд имеется решительное противоречие между эволюцией изолированной физической системы к состоянию с максимальной энтропией, т. е. неупорядоченностью (второе начало термодинамики), и биологической эволюцией, идущей от простого к сложному. Шредингер говорил, что организм питается отрицательной энтропие1и>. Это означает, что организмы и биосфера в целом не изолированные, но открытые системы, обменивающиеся с окружающей средой и веществом, и энергие . Неравновесное состояние открытой системы поддерживается оттоком энтропии в окружающую среду. Вторая проблема — общие структурные особенности органиа-мов. По словам Шредингера, организм есть апериодический кристалл, т. е. высокоупорядоченная система, подобная твердому телу, но лишенная периодичности в расположении клеток, молекул, атомов Это утверждение справедливо для строения организмов, клеток и биологических макромолекул (белки, нуклеиновые кислоты). Как мы увидим, понятие об апериодическом кристалле важно для рассмотрения явлений жизни на основе теории информации. Третья проблема — соответствие биологических явлений законам квантовой механики. Обсуждая результаты радиобиологических исследований, проведенных Тимофеевым-Ресовским, Циммером и Дельбрюком, Шредингер отмечает, квантовую природу радиационного мутагенеза. В то же время применения квантовой механики в биологии не тривиальны, так как организмы принципиально макроскопичны. Шредингер задает вопрос Почему атомы малы Очевидно, что этот вопрос лишен смысла, если не указано, по сравнению с чем малы атомы. Они малы по сравнению с нашими мерами длины — метром, сантиметром. Но эти меры определяются размерами человеческого тела. Следовательно, говорит Шредингер, вопрос следует переформулировать почему атомы много меньше организмов, иными словами, почему организмы построены из большого числа атомов Действительно, число атомов в наименьшей бактериальной клетке [c.12]

I. Достаточно протяженные линейные макромолекулы представляют собой упрощенную одномерную версию шредингеровского апериодического кристалла и являются носителями определенной информации. Физической или стереохимической характеристикой этой информации является конфигурация макромолекул. Существование такой нестираемой конфигурационной информации лежит в основе молекулярной кибернетики, частью которой можно считать молекулярную биологию [8, 15]. [c.11]

Название полимеры происходит от греческих слов поли — много и мерос — часть. Согласно каноническому определению, полимеры — это высокомолекулярные соединения, молекулы которых состоят из большого числа одинаковых группировок (повторяющихся звеньев), соединенных химическими связями. Это определение не является полным и сохраняет скорее историческое значение. Современное определение полимеров отправляется от их основных структурных еляшп — макромолекул. Хотя в буквальном переводе макромолекула означает гигантская молекула , в действительности не всякая совокупность большого числа атомов может считаться макромолекулой. Необходимо определить способ объединения простейших частей, или элементов структуры, в макромолекулу. Способ этот, наиболее характерный, как уже отмечалось выше, для линейных полимеров, состоит в имитации строения периодического или апериодического линейного кристалла. Это означает повторение вдоль цепи одной и той же структурной единицы гомополимеры, в этом случае термин повторяющаяся единица не требует оговорок) или чередование (которое может сколь угодно сильно отклоняться от порядка) двух или более различающихся между собой структурных единиц (сополимеры-, в этом случае предпочтительнее вместо повторяющихся единиц говорить о звеньях разных типов). Простейшей наглядной моделью линейной макромолекулы является ожерелье из одинаковых (гомополимер) или различных (сополимер) бусин. [c.17]

В отношении строгой, с точностью до тепловых флуктуаций, детерминированности пространственной структуры и высокой плотности упаковки атомов белковые молекулы (но не белковые кристаллы) сближаются с кристаллами низкомолекулярных соединений, хотя последние однородны и периодичны, а первые неоднородны и апериодичны. Но и здесь различия велики. Э. Шредингер следующим образом оценивает дистанцию между периодическим и апериодическим кристаллическими состояниями малых неорганических молекул и органических макромолекул "Для физики периодические кристаллы являются весьма интересными и сложными объектами они составляют одну из наиболее очаровательных и сложных структур, которыми неодушевленная природа приводит в заме- [c.51]

В природе мы встречаемся с двумя типами упорядоченности — со статической и с динамической упорядоченностью. В первом случае порядок реализуется в термодинамически равновесных условиях при достаточном понижении температуры, например при кристаллизации жидкости. Статическая упорядоченность возникает в результате фазового перехода, условия которого являются равновесными. С этой упорядоченностью в биологии практически не приходится встречаться — апериодический кристалл Шредингера (с. 12) принципиально отличен от равновесного периодического кристалла. Динамический порядок живой системы реализуется не потому, что энтропия понижается вследствие понижения температуры, а потому, что имеется отток энтропии из открытой системы в окружающую среду. Возникновение пространственно-временной структуры и в этом случае имеет характер фазового перехода, однако не равновесного. Исследования динамической уиорядочепности, имеющие фундаментальное значение для физики и биологии, начались сравнительно недавно. Сейчас известен ряд модельных небиологических систем (в частности, химических), в которых наблюдается динамический порядок. О них рассказано в гл. 16. Здесь мы приведем пример динамического порядка, проявляющегося в излучении лазера. Атомы лазера возбуждены извне, посредством оптической накачки. Каждый атом действует подобно антенне, из- [c.326]

Введенное Шредингером понятие апериодического кристалла применимо и к молекулярному, и к надмолекулярному, и к ор-ганизменному уровню строения живой системы. [c.38]

Серебряные пленки, обладая высокой электропроводностью, слишком мягки и недостаточно стойки к истиранию. Это быстро приводит к значительному возрастанию переходного сопротивления трущегося или размыкаемого контакта и выходу устройства из строя. Следовательно, серебряным пленкам, наносимым на контактные поверхности, важно придавать повышенную твердость. Чем мельче зерно в кристаллической структуре металла, тем выше твердость. Поэтому первым методом повышения износостойкости серебряных пленок является торможение процесса осаждения до такой степени, чтобы скорость зарождения новых кристаллов была больше скорости роста уже образовавшихся. Для этого целесообразно применять питание апериодическим током или реверс тока. При кратковременном переключении детали на анод, как отмеча- [c.105]

Коэффициент затухания здесь должен рассчитываться по формуле (7.11) он равен 6 = 730, т. е. пластина демпфирована в этом случае уже почти апериодически, так как амплитуда второго колебания составляет лишь Vrso ам-ллитуды первого колебания, а третье колебание имеет амплитуду в 730 = = 533 000 раз меньше. На практике следует иметь в виду, что тонкий слой клея (замазки) между кристаллом и алюминием снижает истинное звуковое сопротивление вещества, так что при эксперименте получаются всегда меньшие значения затухания. [c.155]

Поэтому, например, стекловидный кремнезем вместо строго периодической сетки, свойственной кристаллу, обладает беспорядочной, апериодической сеткой из кремнекислородных тетраэдров. В натриевокремнеземистых стеклах эта беспорядочная сетка имеет местные разрывы, вблизи которых находятся катионы металла. [c.82]

СВОЮ специфическую структуру и, следовательно, содержащуюся в нем информацию, если он все это время находился в теле при температуре 310 °С выше абсолютного нуля Основываясь на предположении, выдвинутом десятью годами ранее Дельбрюком, согласно которому стабильность генов обусловлена тем, что составляющие их атомы находятся в энергетических ямах , Шредингер постулировал следующее положение гены потому способны сохранять свою структуру, что хромосома, в которой они расположены, представляет собой апериодический кристалл. По его предположению, этот большой апериодический кристалл состоит из нескольких типов изомерных элементов, точная последовательность которых и составляет генетический код. На примере двух символов азбуки Морге, которые он использовал в качестве изомерных элементов такого кода, Шредингер показал его огромные комбинаторные возможности. Он говорил Мы можем с уверенностью утверждать, что нет альтернативы (предложенному Дельбрюком( молекулярному объяснению вещества наследстЕенности. Физический аспект не оставляет другой возможности для объяснения постоянства этого вещества. Если бы картина, нарисованная Дельбрюком, оказалась несостоятельной, нам пришлось бы оставить дальнейшие поиски возможных объяснений . Кроме того, из общей картины вещества наследственности, нарисованной Дельбрюком, следует, что хотя живое вещество и не избегает действия законов физики , установленных к настоящему времени, оно заключает в себе, по-видимому, и неизвестные пока другие законы физики , которые, однако, когда они будут открыты, составят такую же органическую часть этой науки, что и те законы ее, которые были открыты ранее . [c.34]

Одноэлектронное приближение (напомним, что мы пока не учитываем взаимодействие между электронами) идейно очень просто и позволяет в принципе выяснить структуру электронного энергетического спектра и характер квантовых состояний электронов. Основным результатом этого рассмотрения, несомненно, является введение квазиимпульса. Однако непосредственный расчет закона дисперсии и волновых функций связан с большими вычислительными трудностями, которые удается преодолеть лишь при весьма специальных предположениях (сильная связь, почти свободные электроны и т. п.). Выяснение квантовых состояний электронов в решетке и их энергетического спектра, по сути дела, является не завершением электронной теории металлов, а только ее началом — обоснованием. При решении конкретных задач теории металлов оказывается необходимым проанализировать движение электрона во внешних по отношению к кристаллу полях, в частности во внешнем магнитном поле. Точное решение уравнения Шредингера в этом случае уже не только невозмолаю практически, но в большинстве случаев не удается даже описать квантовое состояние электрона, на который кроме периодической силы со стороны ионов решетки действует и внешняя апериодическая сила. Возможность продвижения в исследовании свойств электронов проводимости Основана на том уже упоминавшемся нами обстоятельстве, что внешние поля по своей сути всегда слабы и плавны и допускают квазиклассический подход. [c.14]

Таким образом, максимально возможным эволюционным потенциалом будет обладать одномерная последовательность различных элементов кристаллической решетки — букв, образующих строки . Следуя принятому нами при описании эволюционного процесса принципу предельного совершенства, мы можем отнести все сказанное о естественном отборе в полиморфной кристаллической системе к одномерному апериодическому кристаллу [344], т. е. к гетерополимерной макромолекулярной нити, состоящей из набора разных мономеров, порядок чередования которых в полимерной цепи может быть разным. [c.44]

Помимо этого, согласно Шредингеру [25], система может подчиняться динамическому закону, если она состоит из твердых тел, форма которых удерживается химическими связями между ее атомами. Подчинение динамическому закону живых систем Шредингер обосновал тем, что в основе организма ле- ит твердое тело — ген, который он назвал апериодическим кристаллом . Однако, Волькенштейн [5] называет апериодическим кристаллом уже весь организм. Блюменфельд [4] также отмечает, что присутствие конструкций, то есть долгоживу- щих медленно релаксирующих образований, обязательно для живой материи. Это дает основания полагать, что весь организм является высокоупорядоченным кристаллоподобным телом, все атомы которого связаны в единую механическую систему. [c.13]

Наблюдая за ростом монокристаллов под микроскопом при небольшом увеличении (10—30 раз), можно видеть, что рост граней кристалла происходит не равномерно по всей новерхности, апериодически, слоями [11]. Новые слои, как правило, образуются [c.22]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология