Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
Становление нелинейной термодинамики - это рождение обобщенной физики, включающей и одновременно использующей в изучении одного явления как детерминистический подход и возможности классической физики и квантовой механики, так и вероятностный подход и возможности статистической физики и термодинамики. И. Пригожин в своей замечательной книге "От существующего к возникающему" по поводу чисто классического термодинамического описания замечает: "С самого зарождения ... науки мы свято верим в "простоту" всего микроскопического: молекул, атомов, элементарных частиц. Необратимость и эволюция входили в нашу картину мира как иллюзии, связанные со сложностью коллективного поведения внутренне простых объектов. Этой концепции ... вряд ли можно придерживаться сегодня. Элементарные частицы, как мы теперь знаем, представляют собой сложные объекты, способные рождаться и претерпевать распады. Если в физике и химии где-то и существует простота, то заведомо не в
457
микроскопических моделях. Она скорее кроется в идеализированных макроскопических представлениях, например, в простых движениях типа гармонического осциллятора или задач двух тел. Но стоит воспользоваться такими моделями для описания поведения больших или очень маленьких систем, как простота оказывается безвозвратно утерянной. А коль скоро мы утрачиваем веру в простоту микроскопического, у нас не остается иного выхода, как должным образом вновь включить время" [318. С. 93].
Качественные скачки в развитии физики непременно сопровождались изменениями в представлении о пространстве и времени, кардинальным образом расширяющими и углубляющими эти понятия. Так было при создании физики Галилея и Ньютона, физики Эйнштейна и Бора. Так произошло и при создании физики Пригожина. Непреходящее значение теории диссипативных структур и бифуркаций Пригожина, а также теории гиперцикла Эйгена, катастроф Тома и т.д., иными словами, всего того, что составляет сейчас нелинейную термодинамику, заключается не только в объяснении совместимости физической и биологической концепций эволюции, но и понимании взаимной дополнительности этих концепций, их внутреннего единства. Было ликвидировано противоречие в трактовке самопроизвольных процессов разрушения и созидания структур. Появилась возможность координировать макроскопический и микроскопический уровни описания, одновременно учитывать детерминистические и стохастические особенности систем.
В классической физике и квантовой механике, включая и релятивистскую механику, время, как уже отмечалось, выступает лишь как внешний параметр, не имеющий выделенного направления. В классической и квантовой динамике нет ничего такого, что позволило бы отличить прошлое от будущего. Такую динамику Пригожин назвал физикой существующего, а современную, в значительной мере созданную им термодинамику, - физикой возникающего. Даже равновесная термодинамика уже содержит специальную функцию состояния - энтропию, наделяющую время определенным направлением. Энтропия - это стрела времени, устанавливающая различие между прошлым и будущим. Нелинейная термодинамика неравновесных процессов идет в этом отношении еще дальше и формирует новое представление о времени как внутренней переменной, присущей данной макроскопической системе и отражающей ее историю. Такое время в отличие от внешнего времени характеризует эволюционное состояние системы, пройденные ею этапы развития. Еще Аристотель различал время как "движение" (кинезис) и время как "рождение и гибель" (метаболе). Возраст живого организма может определяться астрономическим временем, а может - внутренним, биологическим временем, не совпадающим с внешним временем, хотя и выраженным в тех же единицах. Два организма одного вида, рожденные одновременно (даже однояйцевые близнецы), имеют одинаковый возраст в масштабе внешнего, астрономического времени и в зависимости от условий созревания могут иметь разный возраст в масштабе внутреннего времени, ха-
458
рактеризующего уровень их биологического развития. "Для большинства основателей классической науки (и даже для Эйнштейна), -отмечает Пригожин, - наука была попыткой выйти за рамки мира наблюдаемого, достичь вечного мира рациональности - мира Спинозы. Но, быть может, существует более тонкая форма реальности, охватывающая законы и игры, время и вечность. Наш век ifo праву можно назвать веком исканий в изобразительном искусстве, музыке, литературе и науке. Мы все еще не в состоянии предсказать, чем завершится эта глава истории человечества. Несомненно лишь одно: она положила новый диалог между природой и человеком" [318. С. 95].
15.4. БИФУРКАЦИОННАЯ ТЕОРИЯ СТРУКТУРНОЙ САМООРГАНИЗАЦИИ БЕЛКОВ
Обсуждение неравновесной модели свертывания белковой цепи в нативную конформацию начнем с определения минимального фазового и компонентного состава системы, обеспечивающей спонтанное протекание процесса в изолированных условиях. Не нарушая общности модели, будем считать, что объектом рассмотрения является мономерный белок. Имеющиеся опытные данные о структурной самоорганизации белков позволяют представить укладку линейной полипептидной цепи в трехмерную структуру как внутримолекулярный процесс, который полностью определяется проявляющимися в соответствующих условиях свойствами единичной гетерогенной аминокислотной последовательности. Другими словами, будем считать, что свертывание природной полипептидной цепи не зависит от концентрации белка, и поэтому модель может включать лишь одну белковую молекулу. Кроме того, в систему, безусловно, должна входить водная фаза. Для феноменологического описания процесса не требуется учет конкретных специфических свойств среды, в конечном счете обусловливающих реализацию заложенной в белковой цепи потенции к самоорганизации. Полагаем водное окружение гомогенным, обладающим необходимыми для сборки белка свойствами.
