Cтраница 3
Когда речь идет о наличии у функционально активных биополимеров определенной пространственной структуры, последняя, естественно; не представляется абсолютно жесткой. При биологически значимых температурах в результате теплового движения происходят не только поступательное перемещение и вращение незакрепленных молекул биополимера как целого и колебания атомов, но и некоторые повороты вокруг отдельных связей, если они не затрагивают слишком большого числа атомов и атомных групп. Даже если такие повороты происходят на функционально значимых участках биополимера, принимающих участие в специфическом связывании какого-либо партнера, это может не иметь существенных функциональных последствий. Вращение вокруг четырех связей С - радикала лейцина - СН-СНг-СН ( СИз) 2, как правило, не может вывести его за пределы участка, формирующего район узнавания гидрофобной части партнера. [31]
Некоторое представление о его величине дает следующее замечание: все водоемы Земли не могут вместить более 1040 молекул биополимера. Тем самым резервуар возможностей практически неисчерпаем. [32]
Отличие формы и положения кривых титрования полиэлектролитов от соответствующих характеристик для индивидуальных групп затрудняет идентификацию ионизуемых групп по кривым титрования макромолекул. Решение этой задачи еще более усложняется, так как форма кривых титрования оказывается чувствительной к конформационным переходам, осуществляющимся в молекулах биополимеров. [33]
Цепные молекулы биологического происхождения - белки, дезоксирибонуклеиновая кислота ( ДНК) и др., а также некоторые синтетические полимеры, например полиамиды - богаты водородными связями. Образование таких связей между отдельными звеньями одной и той же молекулы или между соседними молекулами является следующим, третьим фактором, определяющим структуру молекул биополимеров. Важна также проявляющаяся иногда избирательность водородных связей, обсуждавшаяся выше. Незначительное различие в энергии внутримолекулярных и межмолекулярных водородных связей приводит к тому, что цепные молекулы некоторых белков и синтетических полипептидов могут существовать в двух соответствующих формах - а-форме ( а-сп-ираль) и растянутой ( 3-форме с межмолекулярными Н - свя-зями, на описании которой мы подробнее остановимся ниже. [34]
Вследствие этого поверхностные явления в полимерах и полимерных материалах играют существенную роль во всем комплексе их свойств, и прежде всего в структурно-механических свойствах, а исследование особенностей поведения макромолекул на границе раздела фаз является сейчас одной из важнейших задач в этой области. Говоря о проблеме поверхностных явлений в полимерах, нельзя забывать, что она имеет важное значение не только с технической точки зрения, но и с биологической, поскольку роль поверхностных явлений в биологических процессах, где принимают участие молекулы биополимеров, также очень велика. Наконец, проблема существенна и для решения вопросов новой развивающейся области - применения полимеров в медицине, где поверхностные явления происходят на границе раздела фаз с живыми тканями. [35]
Существование ММР характерно гл. Молекулы биополимеров имеют, как правило, одинаковую мол. ММР оказывает существ, влияние на макроскопич. Знание ММР дает дополнит, информацию о механизмах образования и превращения макромолекул. [36]
Особый интерес представляет построение структурных моделей биополимеров. Наряду с упоминавшимися выше общими критериями, всегда следует иметь в виду, что эти структуры определяются процессами биосинтеза. В частности, молекулы биополимеров нередко функционально объединены в надмолекулярные субъединицы, например фибриллы, которые, в свою очередь, могут иметь специфический тип взаимной организации. Интересным направлением является также изучение конформаций цепных биологических молекул в растворах по рассеянию под малыми углами. [37]
По меткому выражению французского физика Садрона, физика полимеров имеет два выхода - в технику и в биологию. В настоящее время единственным более или менее детально разработанным разделом статистической физики полимеров является статистическая физика макромолекул. Ее выходом в биологию является прежде всего построение теории конформаций и конформационных переходов молекул биополимеров. Мы видели, что здесь уже достигнуты значительные успехи, хотя развитие соответствующей статистической теории только что началось, и решение основных проблем еще впереди. Можно не сомневаться в том, что этой области статистической физики суждено большое будущее, так как биополимеры осуществляют свои биологические функции в значительной степени на молекулярном уровне, так что физика молекул, биополимеров может иметь непосредственное биологическое значение. [38]
Как уже неоднократно отмечалось, фундаментальным свойством белков и нуклеиновых кислот является их способность узнавать определенные низкомолекулярные соединения или другие полимеры. Результатом узнавания является образование стабильных комплексов с этими лигандами. Обычно это не приводит к изменениям химической структуры биополимера и позволяет неоднократно использовать эти же молекулы биополимера, если это узнавание влечет за собой какие-либо биологические последствия. В то же время отсутствие каких-либо химических последствий означает, как правило, отсутствие каких-либо следов пребывания биополимера в виде комплекса р соответствующим лигандом. Между тем во многих случаях желательно, чтобы такой след остался для определения области биополимера, принимавшей участие в узнавании. В некоторых случаях желательно сделать это узнавание необратимым для того, чтобы повредить биополимер с соответствующими биологическими последствиями. [39]
Выпускаются варианты сефа-дексов с различными размерами отверстий. В частности, сефадексы, обозначаемые условно Г-200, имеют отверстия, через которые могут проникать молекулы биополимеров с молекулярным весом порядка 200000 или менее. В сефадексы Г-100, Г-75, Г-50, Г-25 могут проникать молекулы с Максимальными значениями молекулярного веса порядка 100000, 50000, 10 000 и 4000 соответственно. Разумеется, речь идет о молекулах, не очень отклоняющихся по форме от сферических. Применительно к каждому данному белку возможны некоторые отклонения от указанных выше средних характеристик пропускной способности молекулярных сит. [40]
Возможна грубая, условная оценка количества информации, содержащейся в живом организме. По Блюменфельду основное количество информации в человеческом организме определяется упорядоченным расположением аминокислотных остатков в 7 кг белков, чему соответствует 3 1025 остатков. Другие вклады значительно меньше: 150 г ДНК, содержащимся в человеческом организме, отвечает 6 1023 бит, упорядоченному расположению 1013 клеток - 4 1014 бит и упорядоченному расположению 108 молекул биополимеров в клетке - всего лишь 2 6 109 бит. Белковая информация очень мала в термодинамической мере: 1 3 1026 к In 2 1 3 103 Дж / К 300 кал / К. В энтропийных единицах упорядоченность живого организма заведомо мала, она значительно меньше упорядоченности куска горной породы той же массы уже потому, что организм содержит жидкости. [41]
По оценке Блюменфельда [52] основное количество информации в человеческом организме определяется упорядоченным расположением аминокислотных остатков в 7 кг белков, чему соответствует 3 - Ю25 остатков. Это количество информации равно примерно 1 3 - 1026 бит. Другие вклады значительно меньше: 150 г ДНК, содержащимся в человеческом организме, отвечает 6 - Ю23 бит, упорядоченному расположению 1013 клеток - 4 - Ю14 бит и упорядоченному расположению 108 молекул биополимеров в клетке - всего лишь 2 6 - 109 бит. [42]
Производные пиримидинового гетероцикла играют чрезвычайно важную роль в живой природе. Их значение обусловлено вхождением в состав нуклеиновых кислот ДНК и РНК - основополагающих молекул жизни, элементарные звенья которых состоят из пиримидиновых и пуриновых ( см. далее) оснований. В состав нуклеиновых кислот входят три пиримидиновых метаболита: урацил 6.6 S7, тимин 6.688 и цитозин 6.690. В свободном виде часто встречается их биогенетический предшественник - оротовая кислота 6.689. Эти соединения получили общее название нуклеиновых оснований. В составе молекулы биополимера они находятся в форме нуклеотидов - фосфо-рилированных N-гликозидов ( нуклеозидов) упомянутых выше оснований. В качестве углеводной составляющей выступают при этом рибоза и 2-де-зоксирибоза. Нуклеозиды и нуклеотиды имеют свои собственные названия: уридин 6.691 и уридинфосфат 6.692, цитидин 6.693 и цитидинфосфат 6.694, тимидин и тимидинфосфат. [43]
Однако у них появляются существенно иные черты, которые называются функциями. Функции возникают в результате появления новых структурных форм молекул, так называемых надмолекулярных структур. В результате этого молекулы биополимеров приобретают формы спиралей, двойных спиралей, клубков, имеющих внешнюю поверхность и внутренние каналы, полости разнообразной формы. При этом происходит экранирование большинства реакционных центров окружающими остатками из атомов органогенов, особенно углеводородными фрагментами. [44]
Как связано решение перечисленных выше очередных задач статистической физики полимеров с уже решенными вопросами физики макромолекул. Что касается теории молекул биополимеров, то ее тесная связь с общей теорией-макромолекул совершенно очевидна и не нуждается в пояснениях. Теория блочных полимеров на первый взгляд менее непосредственно связана с теорией отдельных макромолекул. Однако из представлений Флори, Гиббса и Ди Марцио, кратко изложенных в § 19, следует, что и в этом случае-основную роль в образовании всевозможных типов надмолекулярных структур играет жесткость определенных отрезков макромолекул, благодаря которой прослеживается далеко идущая аналогия между многими свойствами полимеров и жидких кристаллов. [45]