Принципы аналитической биологии и теории клеточных полей - Гурвич А.Г.
Скачать (прямая ссылка):
Ряд экспериментальных данных, давших толчок к формулировке теории клеточного поля в ее настоящем виде, привел к представлению о неравновесных молекулярных констелляциях как типу более выраженной упорядоченности, влекущей за собой известные взаимодействия между входящими в их состав молекулами, о чем более подробно будет еще речь впереди.
Неравновеспость вытекает из самого определения констелляций (т. е. упорядоченности), так как на поддержание упорядоченности, противодействующей статистическому распределению свободных молекул, затрачивается энергия.
Обоснование самого понятия неравновесных констелляций в его общей форме представляется довольно прочным, если принять во внимание явления деградациопного излучения. Необходима, однако, проверка правильности всех возникающих из основного положения выводов. Здесь всегда возможно вскрытие внутренних противоречий, крайне осложняющих или могущих даже побудить отбросить заманчивое и плодотворное на первый взгляд построение.
Нельзя, однако, от себя скрыть, что количественные расчеты могут носить лишь крайне схематический и приближенный характер п действительно строгое или приближающееся к строгости обоснование представлений о НМК на их основании невозможно.
Перед пами, прежде всего, возникает следующий вопрос.
Возможно ли, исходя из чисто энергетических соображений и данпых метаболизма, принять, что более или менее синхронно возбуждается достаточное для формирования ТТМК (неравновесных молекулярных констелляций) число близких друг к другу молекул?
Однозначный ответ затруднен, главным образом, полным отсутствием данных о количественных соотиоте-
ПНЯХ МОЖДУ свободными Н связанными В KOMII K'псы (структу ры) моле пулами.
Верное, ответ на такой вопрос в общей форме невозможен, так как в зависимости от той или иной категории клеток это отношение будет очень различно.
Независимо от этого необходимо составить себе хотя бы самое общее представление о том. какая степень возбуждения (т. е. какой запас избыточной оперши) молекулы достаточна для ее участия в констелляции.
Для определения уровня степени возбуждения мы должны исходить от экзотермических процессов метаболизма, т. е. величины энергии, выделяемой при отдельных элементарных химических актах в живых системах.
На основании данных о метаболизме основных источников энергии в живых системах мы остановимся па средней величине освобождающихся квантов порядка максимально 20 ккал/моль, что равняется приблизительно 2 • 10-12 эрг/молекула.
В качестве энергетического стандарта клетки мы используем данные по метаболизму дрожжевой клетки, сжигающей, согласно Куку и Эйлеру, в среднем 1010 молекул глюкозы в секунду. В дальнейшем мы перейдем, однако, к рассмотрению организма со значительно более низким метабол п зм ом.
Мы будем исходить из очень приближенной и уменьшенной величины, принимая, что из общей теплоты сгорания глюкозы клеткой используется I О1 ккал/моль (полная теплота сгорания глюкозы около 2 • 10:: ккал/ мол ь).
Итак. К)1-10,0/0• 1023 = 0,17-Ю-10 ккал, пли. округляя,
0.2-К)-1’ ккал приходится па клетку в секунду.
Количество белковых молекул в дрожжевой клетке мы рассчитаем, исходя из следующих данных и допущений:
а) по отношению к объему клетки белковые молекулы составляют 10%;
б) молекулярная .масса белковых молекул будет принята провнзорпо за Г>-101 (величина эта. однако, совершенно произвольна, как и вообще вопрос, представлены ли в живых системах свободные белковые молекулы пли белковые комплексы различных величин).
в) объем дрожжевой клетки Ю13 (А)1: общий объем, занимаемый белковыми молекулами. Ю1' (А)1;
г) объем молекулы белка, исходя из сферической формы и из данных о молекуле гликогена (где при молеку-
лярпой массе 106 объем равен 3 • 10е (А)3), равен 1,5-105 (А)3.
Исходя из этих данных, мы примем число молекул белка в дрожжевой клетке »107 (что, копечно, сильно завышено по сравнению с реальными соотношениями).
При этом, пока чисто схематически, принимается равномерное, статистическое распределение белковых молекул и равная вероятность состояний возбуждения для всех молекул.
На одну молекулу белка приходится таким образом в 1 с: 0,2 •10~i0: 107 = 0,2-10~17 ккал = 10~8 эрг.
Одпако распад и окислительпые процессы совершаются на многих последовательных этапах, из которых большинство освобождает энергию порядка 20 ккал/моль.
Мы можем себе поэтому представить, что общее количество энергии (см. уравпепие (3)) распределяется тем или ипым способом на малые кванты порядка 20 ккал/ /моль, т. е. порядка 10-22 ккал на молекулу, или 4-10-12 эрг.
Таких импульсов каждая молекула будет получать, таким образом, в среднем 105 в с.
410-12 эрг = 4-10-20 кг-метр, или 4• 10“17 г-м.
Абсолютный вес молекул белка с молекулярной массой в 5-104 можпо приравнять величине 5-1020 г.
Вычислим теперь кинетическую энергию в поле молекулы белка с избыточной эпергией (энергией возбуждения) 20 ккал.
Допустим при этом, что половина этой энергии переходит в кинетическую, распределяющуюся, в свою очередь, наполовину между молекулой белка и продуктом химического экзотермического акта.
