Самоорганизация макромолекул

Математическая модель взаимодействия биополимеров. Такая модель, приводящая к самоорганизации макромолекул на основе селекции, сформулирована в [84, 85]. Эта система открытая, и в ней происходят полимеризация и распад полимеров, которые воспроизводятся в автокаталитическом процессе самокопирования. Процесс копирования компонентов происходит с ошибками, т. е. существует возможность образования ряда других веществ с новыми свойствами. Уравнения, описывающие динамику изменения полимеров в такой системе, имеют вид [c.310]

Существуют реакции, при которых один нз продуктов какой-либо стадии катализирует одну из предшествующих ему стадий (автокатализ). При определенных предпосылках можно таким путем прийти к осциллирующим (вибрирующим) реакциям [1.5.10]. Автокаталитиче-ские реакции имеют решающее значение в процессах самоорганизации макромолекул (см. раздел 3.4). [c.158]

Итак, завершено рассмотрение опытных данных Крейтона о механизме сборки трипсинового ингибитора. Оно основывалось на неравновесной термодинамической модели, физической теории структурной самоорганизации и конкретных результатах априорного расчета конформационных возможностей полипептидной цепи и геометрии нативной трехмерной структуры белка. Общим итогом анализа является адекватное естественному процессу ренатурации представление всего пути свертывания белка -от состояния статистического клубка до строго детерминированной нативной конформации макромолекулы. К принципиальным результатам рассмотрения следует, по-видимому, отнести выявление причин и количественное теоретическое обоснование возможности спонтанной, быстрой и безошибочной сборки флуктуирующей беспорядочным образом белковой цепи. [c.482]

В важной работе Эйгена [13], посвященной самоорганизации и эволюции биологических макромолекул, убедительно аргументируется тезис о достаточности современной физики для объяснения биологических явлений. [c.17]

Исследования диэлектрических характеристик в миллиметровом диапазоне длин волн позволяют получать уникальную информацию о состоянии водного компонента биосистем. Изучение этим методом ближайшего гидратного окружения макромолекул позволило построить модель, количественно адекватную данным рентгеноструктурного анализа водное окружение молекул повторяет изменения конформации при их перестройках [1, 2]. Гидратное окружение, включающее разные типы связанной воды, является одним из первостепенных участников акта самоорганизации, определяя возможность системы упорядочиваться за счет низкомолекулярного компонента, который является резервуаром, обеспечивающим его термодинамическую и электростатическую стабильность. Наблюдаемые изменения состояния водного компонента биообъектов при конформационных превращениях макромолекул и надмолекулярных комплексов разных уровней организации дает новый метод анализа эффективности качества лекарственных препаратов, который может найти щирокое применение как при создании новых лекарственных форм, так и при их производстве [3-5]. [c.630]

Как следует из анализа данных (рис.), в растворах звездообразных моноядерных структур обнаружены общие черты в характере самоорганизации. Такие моноядерные полимеры образуют компактные кластеры с корреляционным радиусом Кс 50-100 нм. Исследование рассеяния нейтронов в растворах двуядерных звездообразных полистиролов свидетельствует о группировании макромолекул в фрактальные кластеры больших размеров Кс 300 нм (Од - 2.7-2.9) с локальным характером упорядочения. [c.216]

Сразу же оговоримся, что за пределами книги оказались вопросы самоорганизации на микроскопическом уровне, в частности исключительно интересные явления, связанные с поведением биологически активных макромолекул и с ферментативными биохимическими реакциями. [c.3]

Стохастический подход к выяснению механизмов самоорганизации белковой глобулы позволяет прояснить некоторые закономерности этого процесса. Однако для выяснения реальных путей сворачивания конкретных белков необходимо изучение их динамического поведения и строения гиперповерхности потенциальной энергии макромолекулы. Именно особенности строения гиперповерхности потенциальной энергии в конфигурационном пространстве определяют направленность движения системы в процессе сворачивания к нативной конформации. [c.252]

Об исследованиях М. Эйгена и задачах книги. Во время работы над рукописью книги были опубликованы исследования М. Эйгена, посвященные проблемам самоорганизации материи и эволюции биологических макромолекул [350] . Они производят большое впечатление ясностью и смелостью постановки и разработки принципиальных вопросов теоретической биологии. Мне представляется, кроме того, весьма интересным, что в ряде пунктов наши позиции оказываются вполне сходными. Такое сходство, по-видимому, имеет особый смысл отталкиваясь от разных исходных положений, будучи специалистами в разных областях, основываясь на разных ассоциациях и научной предыстории, мы приходим к ряду аналогичных выводов. Поэтому ниже будут кратко рассмотрены некоторые основные аспекты работы Эйгена и отмечены сходство и различия наших взглядов. [c.38]

Изложим модельную теорию самоорганизации макромолекул, предложенную Эйгеном (1971). [c.538]

Как индивидуальное развитие организма, так и эволюционное развитие в целом, в конечном счете определяются сложными нелинейными молекулярными процессами. Мы вправе говорить о молекулярных основах эволюции. С одной стороны, эволюционные взаимосвязи между биологическими структурами прослеживаются вплоть до молекулярного уровня — устанавливаюг-ея закономерные гомологии в первичной структуре однотипных белков разных видов (цитохром с, гемоглобин и т. д.). С другой стороны, сделаны первые шаги в построении молекулярной теории эволюции. Эйген предложил теорию эволюции и самоорганизации макромолекул, дающую принципиальное модельцое истолкование естественного отбора в добиологической системе. Исходное понятие этой теории, имеющее, как уже сказано, фун- [c.610]

Уравнения (17.5) нелпвейны, так как Е 1) содержит все х . Этот член дает скользящий и саморегулируемый поток самоорганизации. Увеличивается число тех макромолекул, се. хектпвные ценности которых выше порога Ё, т. е. — Е 0. Увеличение их числа сдвигает порог Е в сторону все больших значений, пока не будет достигнут оптимум Е, равный максимальной селективной ценности IV, всех имеющихся видов [c.539]

Рассмотренные выше примеры далеко не исчерпывают возможности управления реакцией обрыва цени, связанные с изменением конформации и межмолекулярпых взаимодействий макрорадикалов. Другими примерами подобных систем, по-видимому, являются полимеризация в условиях образования комплексов макрорадикалов с комплементарными макромолекулами (матричная полимеризация) [71], полимеризация ММА с образованием стереокомплекса с изотактическим полимером [72], полимеризации мономеров с объемными апизотропвыми заместителями, способствующими самоорганизации цепей образующихся макромолекул [73]. [c.46]

Была изучена [58] полимеризация жидких кристаллов различной формы с использованием обычных радикальных инициаторов. При этом удается предотвратить неб.игоприятные кинетические и термодинамические эффекты, обычно возникающие при полимеризации этих систем в кристаллическом состоянии разрушение кристаллической решетки мономера при образовании полимера термодинамическая неустойчивость образующейся макромолекулы, растянутой в кристаллической решетке мономера захват активных центров дефектами кристалла и др. Радикальная полимеризация проводилась при мезоморфном состоянии мономера и самоорганизации растущих радикалов во внутримолекулярные жидкокристаллические структуры и стереокомплексы. [c.52]

Перевод системы в неравновесное состояние (ориентированный расплав имеет более высокую свободную энергию по сравнению с изотрооным недеформированным расплавом — см. линии Ai и Лг на рис. 1.24), необходимый для получения КВЦ в реальных условиях, представляет собой типичный поведенческий (behavioural) переход, согласно определению Пригожина [57]. Он происходит по механизму появления BOiBoro порядка через флуктуацию удаление системы от равновесия и связанное с этим уменьшение гибкости макромолекул (элементов системы) приводит систему к условиям, в которых неизбежна самоорганизация в нематическую фазу [9]. [c.72]

Совершенно другой подход к проблемам возникновения эобионтов использовал Эйген [541, 542, 1670] . Его цель — создание физико-химической теории отбора в популяции макромолекул и выяснение кинетических принципов самоорганизации. Соображения Эйгена можно изложить в такой форме, что они будут соответствовать принципам необратимой термодинамики, разработанным Пригожином и Глансдорфом [1472]. [c.58]

В 1970-е годы большое внимание уделяется концепции а-спирального механизма самоорганизации белковой глобулы, первоначалыю предложенной Шерагой и соавт, в 1971 г. [75], Создание третичной структуры, согласно этой концепции, начинается с образования в развернутой белковой цепи преимущественно а-спиралей, которые служат инициаторами дальнейшей сборки макромолекулы. Спирализа-ция осуществляется за счет локальных взаимодействий. В процессе свертывания цепи взаимодействия спиралей, т.е. дальние взаимодействия, могут привести как к их дополнительной стабилизации, так и дестабилизации и разрушению. [c.261]

Кинетические аспекты. Трудно представить, что белки могут принимать нативную физиологически активную конформацию, сворачиваясь случайным образом по принципу "проб и ошибок". Даже в условиях in vitro самопроизвольная сборка трехмерной структуры белка, не содержащего дисульфидных мостиков, происходит настолько быстро, что дает основание допустить во много раз большую скорость этого же процесса в условиях in vivo по сравнению со скоростью рибосомального матричного синтеза аминокислотной последовательности. Создание за считанные секунды из развернутой полипептидной цепи трехмерной структуры макромолекулы возможно только при высокой степени кооперативности процесса. Естественно было ожидать, что кинетика этого процесса будет соответствовать такому механизму ренатурации белка, при котором происходящие на каждом участке последовательности события увеличивают вероятность и, следовательно, скорость последующей укладки всех отдельных участков цепи в направлении правильной нативной конформации. Данному условию удовлетворяет самый простой механизм самоорганизации белков, включающий единственный переход между двумя состояниями (N D). Согласно теории этого процесса, которая только что была рассмотрена, никакие другие состояния белковой цепи, кроме N и D, не присутствуют в экспериментально обнаруживаемых количествах в течение всего времени прямой (N -> D) и обратной (N D) реакций. Если развертывание и свертывание белковой цепи действительно следуют двухстадийному процессу, то изучение кинетики и выяснение деталей конкретного механизма денатурации и ренатурации сталкивается с особенно серьезными трудностями. Они вызваны большими скоростями реакции и малыми концентрациями промежуточных состояний, а это требует быстрореагирующей и высокочувствительной экспериментальной техники. Наиболее часто используются спектральные методы (ЯМР, КД, УФ), ферментативный гидролиз, иммунологические методы. Для быстрой остановки процесса применяются методы стоп-флоу. [c.352]

Термодинамическая гипотеза, правда в чисто феноменологическом плане, впервые была сформулирована в 1954 г. Р. Ламри и Г. Эйрингом [1]. А год спустя принцип самоорганизации невалентных комплексов белков между собой и с другими макромолекулами был провозглашен Г. Фраенкель-Конратом и Р. Уиллиамсом, обнаружившим самопроизвольное реконструирование инфекционного вируса табачной мозаики при инкубации его неактивных белковых и нуклеиновых компонентов. [c.409]

Вопросам самоорганизации живых эволюционирующих систем посвящен ряд фундаментальных работ (Эйген, Шустер, 1982 Кеплен, Эссиг, 1986). Почти полвека развивается термодинамика неравновесных систем, основанная И. При-гожиным. Работами его школы определены условия возникновения упорядоченности и самоорганизации в открытых системах, обменивающихся веществом и энергией с окружающей средой. Изучение периодических реакций в химии привело этих исследователей к рассмотрению эволюции макромолекул (Эйген, Шустер, 1982). Им удалось проанализировать циклические процессы в явлениях катаболизма и создать математическую модель работы Ьас-оперона. Таким образом, был намечен путь анализа регуляторных процессов в биологически возбудимых средах, путь к установлению иерархии динамических структур на клеточном уровне (Кеплен, Эссиг, 1986). [c.10]