Исследования по физико-химии клетки

Биоорганическая химия, ставшая сейчас столь быстро развивающейся перспективной областью физико-химической биологии, занимается исследованием структуры и функции биологически важных соединений методами органической химии. Ее объектами являются и биополимеры, и низкомолекулярные биорегуляторы поэтому поле деятельности этой пауки исключительно широко. Однако пропикновение строгих представлений и методов органической химии в область, изучающую различные системы клетки и различные уровни ее структурной организации, неодинаково как с качественной, так и с количественной точки зрения если среди низкомолекулярных биорегуляторов, часто называемых просто природными соединениями, позиции биоорганической химии прочны и действенны, то при исследовании биополимеров [c.5]

Исследования по физико-химии клетки. Сборник работ Физико-химического- [c.137]

Биофизика клетки — условное наименование самой старой, традиционной области биофизики. Это — физика вычлененных процессов в живом организме, контактирующая с физиологией. Вычленение означает мысленный (и экспериментальный) разрыв связей этих процессов с единой живой системой — прием, совер-щенно необходимый на определенном уровне исследования. Можно указать три наиболее развитых области биофизики клетки— биофизика сократительных систем (прежде всего биофизика мыщечной деятельности), биофизика нервной проводимости и биофизика органов чувств. Уже Гельмгольц подверг ряд относящихся сюда проблем строгому физико-химическому анализу. Сеченов говорил, что физиология есть физико-химия живого организма. [c.49]

Молекулярная биология — наука, возникшая на стыке биологии и химии. Она изучает основные проявления жизни (обмен веществ, наследственность, раздражимость) на уровне строения и взаимодействия молекул, слагающих все частицы клетки. На основе последних достижений физики, химии, математики и других точных наук молекулярная биология использует новейшие методы исследований. К ним прежде всего относятся электронная микроскопия центрифугирование, рентгеноструктурный анализ, метод авторадиографии и др. [c.16]

Из всех белков наиболее важную роль играют ферменты, которые можно назвать орудием живой клетки. Фермент специфичен — часто весьма специфичен — по отношению к реакции, которую он ускоряет. Более того, химические и рентгеноструктурные исследования говорят о том, что строение самого фермента строго определенно. Боковые группы молекулы данного фермента располагаются, по-видимому, в определенном порядке вдоль полипептидной цепи. Если бы мы могли установить, как клетка создает соответствующие ферменты, в частности, как она располагает в строгом порядке боковые группы каждого фермента, то это означало бы большой шаг к объяснению простейших форм жизни на основе законов физики и химии. [c.122]

Означает ли это, что в перспективе биология, создавая подобные виртуальные системы, которые можно будет проверять, погружая в реальность, как бы вберет в себя и математику, и физику, и химию И хватит ли ей этого, чтобы, используя результаты исследования очерченной Вами модели, в не таком уж отдаленном будущем создать искусственную клетку, синтезировать искусственные гены Ведь некоторые ученые уже изрядно взбудоражили общественность такими прогнозами. [c.24]

Сложный процесс в биологической системе обычно имеет характер многоступенчатых превращений и может рассматриваться как совокупность отдельных стадий (элементарных звеньев), образующих сетку сопряженных последовательных, параллельных и/или циклических реакций. В основе совокупности процессов в целостной клетке или организме лежат кинетические относительно простые биохимические реакции и физико-химические процессы, для которых справедливы основные законы физической химии. В частности, скорости каждой из реакций существенно зависят от условий ее протекания температуры, pH, свойств катализаторов реакций и т. п. В такой постановке описание кинетического поведения сложной системы сводится к построению и анализу математической модели, в которой скорости количественных изменений различных составных компонентов были бы выражены через скорости отдельных элементарных реакций их взаимодействия. Ясно, что построение адекватной модели возможно лишь с привлечением конкретных данных и представлений о механизмах сложных биологических процессов, что и достигается лишь на определенном уровне исследования. [c.16]

Исследования последних лет продемонстрировали важную роль наноструктур в различных областях науки и техники (физике, химии, материаловедении, биологии, медицине и Т.Д.). Например, было продемонстрировано, что углеродные нанотрубки на порядок прочнее стали (имея при этом в шесть раз меньшую плотность), наночастицы способны избирательно проникать в раковые клетки и поражать их, некоторые наноструктуры могут в миллионы раз повышать быстродействие ЭВМ и т.д. Следует отметить, что в связи с углублением знаний о строении и функционировании природных объектов и живых организмов на молекулярном уровне исследователи пытаются разработать общий подход к получению и использованию искусственных материалов с наноразмерной структурой. [c.7]

Поверхность представляет собой междисциплинарный объект, изучение которого имеет собственную специфику в каждой из естественных наук. Отсюда вытекает деление науки о поверхности на такие области, как физика, химия, биология и механика поверхности. В каждой из этих частных областей можно выделить приоритетные направления. К таким направлениям, на наш взгляд, относятся в области биологии — мембранология, поверхность живой клетки, биоаффинные взаимодействия, молекулярное распознавание в области физики — аппаратурные методы исследования поверхности (РФЭ-, Оже-, ЯМР-спектроскопия, атомно-силовая и сканирующая туннельная микроскопия, зондовые методы), нанотехнология и наноэлектроника, физика поверхности полупроводников и пленочных материалов в области вычислительной математики и информатики — математическое моделирование поверхности в геологии — течение флюидов в порах породы в химии — избирательная сорбция, катализ, коррозия и, наконец, химическое модифицирование поверхностей. Этому последнему направлению и посвящена настоящая книга. [c.10]

Предлагаемая вниманию советского читателя книга, напксан-ная коллективом английских авторов, посвящена методам, используемым в биологической химии. Биологическая химия на всем протяжении своего развития была и по сей день остается экспериментальной наукой. Это означает, что успех любого исследования в области биохимии определяется главным образом правильным выбором экспериментального подхода к той или иной проблеме и грамотным использованием выбранных методических приемов. Многолетний опыт преподавания биологической химии показывает, что именно освоение методических приемов является наиболее трудной задачей, стоящей перед студентами, специализирующимися в этой области биологии, или научными сотрудниками друп х специальностей, использующими стандартные биохимические приемы в своей повседневной работе. При современном положении вещей, когда бурное развитие биохимии и молекулярной биологии постоянно меняет наши представления о процессах, происходящих в клетке, преподаватель биохимии едва успевает знакомить студентов с тем, что происходит в этой области знания, зачастую вынужденно оставляя в стороне вопрос о том, как были выполнены соответствующие эксперименты. В результате студент, получивший солидную подготовку в области физики, химии и биохимии, часто оказывается бес-поксшным при решении простейших задач, связанных с непосредственным проведением экспериментальной рабо1Ы. [c.5]

Именно Уилкинс пробудил у меня интерес к рентгеноструктурным исследованиям ДНК. Произошло это в Неаполе, на небольшой научной конференции, посвященной структурам макромолекул, обнаруженных в живых клетках. Дело было весной 1951 года, когда я еще и не подозревал о существовании Фрэнсиса Крика. Собственно, ДНК я уже занимался и в Европу приехал для изучения ее биохимии на стипендию, полученную после защиты докторской диссертации. Мой интерес к ДНК вырос из возникшего в колледже на последнем курсе желания узнать, что же такое ген. В аспирантуре Университета штата Индиана я рассчитывал на то, что для раскрытия загадки гена химия может и не потребоваться. Это отчасти объяснялось ленью в Чикагском университете я интересовался в основном птицами и всячески избегал изучения тех разделов химии и физики, которые представлялись мне хоть мало-мальски трудными. Биохимики университета на первых порах поощряли мои занятия органикой, но после того как я вздумал подогреть бензол на бунзеновской горелке, от дальнейших занятий настоящей химией я был освобожден. Намного безопаснее было выпустить доктора-недоучку, чем подвергаться риску нового взрыва. [c.20]

Типичным примером искусственного создания совершенно новой области для исследования может служить химия фторорганических соединений. Эта область возникла из чисто академического вопроса, сродни детскому любопытству а как будут выглядеть органические соединения, если в них все большее число атомов водорода замещать на атомы фтора В свое время (в 1920—30-х годах) это была довольно трудоемкая область исследования, и сложность синтеза перфторированных органических соединений, казалось бы, навсегда предопределяла их судьбу — остаться в сфере интересов чистой науки , без перспектив практического использоваьшя. Однако именно в этой области исследователей ожидали не только открытия в области теории, но и появление новых классов веществ с уникальными физико-химическими свойствами. Среди этих веществ следует упомянуть фторопласты [34], полимеры с исключительным набором полезных свойств, не заменимые в этом отношении никакими из известных природных или искусственных материалов фреоны, на протяжении десятилетий служившие основой холодильной и аэрозольной техники перфторированные производные типа перфтортетра-гидрофурана, неожиданно оказавшиеся великолепными растворителями — переносчиками кислорода (на основе последних и были разработаны искусственные кровезаменители, знаменитая голубая кровь ). Несколько позднее была открыта еще одна область возможного практического применения фторпроизводных, на этот раз в медицине. Было обнаружено, что фторсодержащие аналоги природных метаболитов, которые почти неотличимы от неф-торированных соединений по своим базовым структурным характеристикам, являются хорошими антиметаболитами — ингибиторами соответствующих ферментных систем, так что результатом их воздействия на клетку является блокирование определенных биохимических функций. Многие сотни такого [c.56]

Достижения физики и химии на рубеже 18—19 вв. (формирование законов сохранения материи и энергии, открытие Оа и На, выяснение хим. сущности горения) обусловили развитие исследований окислительных, фотосинт. и др. метаболич. процессов в живой клетке. С сер. 18 в. начинается период выделения и идентификации индивиотальиых орг. в-в растит, и животного происхождения. К 30-м гг. 19 в. были открыты и исследованы могие орг. к-ты (муравьиная, уксусная, молочная, лимонная и др.), глицерин, мочевина, глюкоза, холестерин, ряд алкалоидов, первые аминокислоты (глицин и лейцин) и др. Однако невозможность их синтеза в то время хим. путем привела к ложному представлению о существовании жизненной силы , определяющей сущность живого организма.. Начало науч. опровержению этих идеалистич. представлений было положено в 1828 осуществленным Ф. Велером хим. синтезом мочевины. [c.76]

Во второй статье Введенский перечисляет основные свойства живых существ —их приспособляемость к изменяющимся условиям, изменчивость, целесообразность, наследственность и другие, которые нельзя объяснить, исходя лишь из законов физики и химии. Физиологу, когда он экспериментирует над отдельными клетками, тканями или органами следует всегда помнить, что он имеет дело с живыми единицами, поставленными в своей деятельности в условия, общие для всех живых организмов , он должен осветить свои соображения общими биологическими указаниями 1 . Одной из существенных задач физиологии Вве- денский считал выяснение явлений приспособляемости живых организмов, для которой механическое воззрение на жизнь не дает, конечно, решительно никакой руководящей идеи Для правильного понимания и объяснения явлений приспособляемости к изменившимся условиям необходимо собоать более обширный сравнительно-физиологический материал и изучить разносторонее действие раздражителей на живые образования Только сравнительно-физиологическое изучение органа и его функций может внести ясность в понимание вопроса о степени функционального совершенства и целесообразности физиологического аппарата. Введенский высказывает мысль, что специфическая деятельность тканей и органов, формирующаяся под влиянием раздражений, проявляется лишь после того, как их морфологическая дифференцировка будет в основном завершена. Как справедливо отмечал Введенский, сравнительными исследованиями физиологи в то время занимались очень мало. Физиология долгое время была оторвана в своем развитии от других биологических наук. До середины XIX в., т. е. до обособления в самостоятельную науку физиология, будучи тесно связанной с анатомией и медициной, преследовала лишь практические цели. Опыты на животных ставились только в силу необходимости иметь модели, с которых с известным основанием можно было бы переносить выводы на человека. К моменту выхода в свет Происхождения видов Дарвина, развитие физиологии продолжалось по-прежнему в отрыве ог общебиологических проблем. Причиной этого Введенский считал господство в физиологии механических представлений. [c.201]

Наши знания о живых организмах достигли сейчас такого уровня, на котором основным объектом биологического исследования оказывается уже не клетка, а молекула. Такое смещение на молекулярный уровень приводит к тому, что биология все больше и больше смыкается с химией. Биологически важные молекулы в большинстве случаев имеют очень сложное строение многие из них, и как раз наиболее важные, являются макромолекулами. Свойства биологически важных молекул, обус ловливающие их функцию и определяющие их специфичность, по большей части зависят от их химических и физических характеристик. Предмет этой книги, биофизическая химия, имеет дело главным образом с физико-химическими свойствами биологически важных молекул. [c.7]

ФИЗИОЛОГИЯ С.-Х. ЖИВОТНЫХ. Отрасль физиологии, изучающая функции, процессы жизнедеятельности, протекающие в организме с.-.х. животных и в его частях — органах, тканях, клетках и структурных э.тгементах клеток. Изучая жизненные процессы, обусловливающие продуктивность с.-х. животных, Ф. с.-х. ж. позволяет влиять на эту продуктивность в желательном направлении. Она раскрывает закономерности функций во взаимосвязи их друг с другом и с окружающей средой — условиями кормления, содержания и использования животных — и является важнейшей из наук, образующих биологическую основу животноводства. Она тесно связана с морфологическими науками — анатомией, гистологией, цитологией. В то же время она опирается на успехи физики и химии и широко использует их методы исследования. В зависимости от пзучения тех или других систем и органов, Ф. с.-х. ж, подразделяется на физиологию пищеварения, обмена веществ и энергии, размножения, лактации, нервной системы и т. д. К числу разделов, изучающих функциональные особенности отдельных видов домашних животных, относятся физиология крупного и мелкого рогатого скота, свиней, лошадей, птиц и др. [c.319]

Большие успехи в области физики и химии, применение новых методов исследования (электронная шкроскопия, изотопный анализ, хроматография, усоверьенствованнке оптические методы изучения состояния пигментов и многих других соединений в живой клетке и другие), широкое применение в работах мутантов растений, у которых блокирован биосинтез тех или иных компонентов [c.273]

В основе жизненных явлений — дыхания, питания, роста, размножения — лежат процессы химического превращения веществ, главным образом органической природы, входящих в состав живой клетки. Эти органические вещества (белки, углеводы, жиры), которые в организме претерпевают очень быстрые превращения, вне организма являются значительно более устойчивыми. Из этого следует, что вне организма эти вещества не встречаются с теми факторами, действие которых обусловливает их быстрое превращение. Эти факторы принадлежат к категории так называемых биологических катализаторов, ферментов или энзимов, систематическое исследование которых было начато болео ста лет тому назад и продолжается до сих пор. Несмотря на вековую исследовательскую работу, до сих пор мы о ферментах знаем очень мало, мало знаем о их химической природе, мало знаем о сущности их специфических свойств. С конца прошлого века, после того как школой Вильгельма Оствальда вопрос о ферментах был поставлен на почву катализа и коллоидной химии, почти все энзимо-логи обращали исключительное внимание па химическое и физико-химическое изучение ферментов, оставляя несколько в тени их действие в самом организме. Между тем действие фермента изолированного, более или менее очищенного, переведенного в водный раствор, т. е. действие того препарата, который мы получаем путем различных физико-химических операций, значительно отличается от действия того н<е фермента в живом организме. Как показали опыты А. И. Опарина, значительная часть каж- [c.135]

Совершенствование новейших физико-химических методов разделения и исследования природных белков, разработка чувствительных и точных снособов изучения первичной структуры крупных белковых молекул, создание комплекса разнообразных средств синтеза, позволяющих воспроизводить любые аминокислотные последовательности биологически активных белков, изучение специфических пространственных структур белковых веществ, моделирование процессов, протекающих с участием белков в ЖИВ011 клетке, — вот те основные направления, по которым развивается современная химия белка. [c.18]

Современная генетика разработала такие методы генетического анализа, которые позволили расшифровать биологические явления наследст венности и изменчивости до уровня молекул и атомов, г. е. тех категорий, которыми оперируют физика и химия. Решаюш,ую роль в этом сыгра ли микроорганизмы — грибы, бактерии и фаги. Не может бь(ть сомнений в том, что такой молекулярный уровень познания генетических эффектов стал реальностью лишь после того, как был установлен химический носитель наследственности — молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты. Многие считают, что ведущую роль в становлении молекулярной генетики сыграло широкое использование современных физических и химических методов. Слов нет, физика и химия сыграли и продолжают играть существенную роль в исследованиях сложных механизмов и взаимосвязи генетического аппарата с процессами биосинтеза, протекающими в клетке. Однако принципиальное значение для развития молекулярно-генетических концепций имело резкое повышение разрешающей способности генетического анализа, связанное с использованием микроорганизмов. Вот почему было бы правильно говорить, что развитие молекулярно-генетических концепций стало возможным благодаря развитию генетики микроорганизмов с - у [c.5]

Л. В гл. VI, обсуждая возможные механизмы возникновения примитивных клеток, мы рассматривали способы, посредством которых изолированные липидные и белковые компоненты могли ири рекомбинации взаимодействовать друг с другом с образованием примитивных мембраноподобных структур. Проводя такие исследования, мы достигаем более полного и более детального понимания тех процессов взаимодействия между белками и липидами, которые лежат в основе функционирования и строения как современных, так и более примитивных мембран. Мы рассматривали также коллоидные явления при образовании коацерватов. В то время как специалиста по коллоидной химии могут и не интересовать специфические взаимоотношения между коацер-вацией и биогенезом, химик-эволюционистисследуст способы, но- средством которых коацерваты взаимодействуют с находящимися в среде ферментами и накапливают эти ферменты, а также способы возникновения изолированных, локализованных метаболических процессов. На самом деле проведено еще слишком мало исследований но биогенезу, чтобы можно было точно представить себе, каким образом коллоидные явления были связаны с первичной эволюцией и примитивным метаболизмом и в конечном счете — с формированием прототипа живой клетки. В этом направлении остается сделать еще очень многое. Несомненно, исследования такого рода позволят более полно понять главные физико-химические закономерности, лежащие в основе функционирования живой клетки. [c.320]

Наряду с успехами количественных исследований интересные результаты были получены в 40-е гг. при анализе физико-химической природы процессов, происходящих в период между первичной абсорбцией энергии излучения и конечным биологическим эффектом. Было обнаружено зарождение в облучаемом растворе высокоактивных продуктов радиолиза воды — свободных радикалов, способных диффундировать на значительные расстояния и поражать биологические структуры. Радиационная биофизика начинает оперировать представлениями о непрямом действии излучения, опосредованном активными продуктами радиолиза воды были изучены физико-химические свойства перв1ичных продуктов ра-диолиза еоды> и характер их взаимодействия с макромолекулами клетки. Эти исследования были выполнены в содружестве со специалистами в области радиационной химии. Полученные данные породили гипотезы о возможности ослабления лучевого поражения за счет в1ведения в систему веществ — перехватчиков свободных радикалов, конкурирующих с биологическими структурами за продукты радиолиза воды. [c.10]

Мембранология — современная, стремительно развивающаяся междисциплинарная область естественных наук, находящаяся на стыке биофизики, биохимии, молекулярной биологии, иммунологии, физиологии, генетики, физической и коллоидной химии и др. Она изучает состав, структуру, свойства, функции, локализацию компонентов биологических мембран, их молекулярную и динамическую организацию, особенности межмоле-кулярных взаимодействий и фазовые переходы липидов и белков в мембране, транспорт веществ через мембраны, участие биомембран в осуществлении и регулировании метаболических процессов в клетке, механизмы действия различных физико-химических факторов на мембранные системы и другие вопросы, связанные с исследованием состояния компонентов биомембран и отдельных клеток. [c.7]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология