Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Биология -> Попов Е.М. -> "Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка" -> 221

Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.

Попов Е.М. Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка — М.: Наука, 1996. — 480 c.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка): problemabelkat21996.djvu
Предыдущая << 1 .. 215 216 217 218 219 220 < 221 > 222 223 224 225 226 227 .. 232 >> Следующая

Таким образом, выбранная модельная система состоит из двух подсистем - единичной природной аминокислотной последовательности и водной среды. Является ли такая двухфазная система объектом исследования равновесной термодинамики? Чтобы быть действительно таковым, система в целом и ее подсистемы должны удовлетворять всем условиям, отмеченным в разделе 15.1 для объектов классической термодинамики, и прежде всего представлять собой совокупности множеств не связанных друг с другом частиц. Макроскопичность белковой подсистемы определяется большим числом образующих молекулу белка атомов (103-104) и значительным количеством конформационных степеней свободы (102-103), позволяющих полипептидной цепи в принципе принимать множество микроскопических состояний (10”, где п - число аминокислотных остатков в цепи). Тем не менее эту подсистему нельзя считать строго термодинамической. Во-первых, число
459
атомов и степеней свободы белковой макромолекулы по мерке равновесной термодинамики невелико. Во-вторых, и это самое главное, белковая подсистема не может быть представлена совокупностью беспорядочно перемещающихся и не взаимодействующих друг с другом атомов. Напротив, все они тесно связаны между собой посредством валентных и невалентных взаимодействий (дисперсионных, электростатических, торсионных и водородных связей). Тот факт, что разные природные аминокислотные последовательности в одинаковых условиях свертываются существенно различным образом, неоспоримо доказывает, что совокупность невалентных взаимодействий влияет на траекторию движений включенных в уникальную валентную схему атомных групп, делает движение атомов взаимозависимым, не в полной мере хаотичным, что в конечном счете и определяет процесс структурной организации белков. На это же указывают данные противоположного характера, полученные для синтетических полипептидов. В значительной мере лишенные специфических корреляций между аминокислотными остатками, они ни при каких условиях не образуют идентичных для всех молекул стабильных пространственных структур. Возможности их полипептидных цепей ограничены линейной спирализацией. Белковая молекула в водном окружении подвержена лишь одному виду истинно хаотического движения - броуновскому.
Что касается второй подсистемы - водного окружения, то она действительно состоит из множества малых молекул, склонных, однако, в силу своей природы к образованию сильных водородных связей и электростатическим взаимодействиям. Ни одно свойство жидкой воды не может быть описано на основе предположения о плотности хаотического движения отдельных молекул. Эксперименты, в частности инфракрасные спектры, вообще не обнаруживают в жидкой воде свободных молекул. Дж. Бернал еще в 1932 г. в своих, ставших классическими рентгеноструктурных исследованиях воды впервые наблюдал в ее жидкой фазе зародышевые формы кристаллов льда. Тщательный статистический анализ Г. Немети и Г. Шераги свидетельствует о присутствии в воде при нормальных условиях значительных количеств ассоциатов с 1-4 межмолекулярными водородными связями [325].
Специфика взаимодействия воды с природной аминокислотной последовательностью, раскрывающая возможность последней к структурированию, определяется не полностью независимым хаотическим, тепловым движением молекул Н2О, а сложной, многофазной структурой воды, сильным поверхностным натяжением (большой избыточной энергией поверхностного слоя), высокой избирательностью взаимодействий в контактном слое с разными по своей природе атомными группами белка.
Итак, выбранная модель белкового свертывания, включающая две эффективно взаимодействующие между собой подсистемы, не может быть отнесена к классическим макроскопическим системам равновесной термодинамики. Будем считать, что на протяжении всего процесса структурной самоорганизации белка наша система не обменивается с 460
окружающим пространством ни энергией, ни веществом, т.е. принадлежит к замкнутому типу систем. Исходим из того, что в начальный момент белковая молекула находится в состоянии флуктуирующего клубка. Аттрактором спонтанно возникающего изотермо-изобариче-ского процесса свертывания полипептидной цепи является равновесное состояние, в котором белок приобретает высокоорганизованную, устойчивую трехмерную структуру. Процесс идет без нарушения второго начала термодинамики, т.е. протекает с повышением энтропии всей системы, и заканчивается, когда она достигает максимума. Очевидно, предлагаемая модельная система не может быть объектом рассмотрения классической равновесной термодинамики (см. раздел 15.1). Последняя оперирует только усредненными характеристиками и функциями состояний, а потому ограничена исследованием макроскопических систем с чисто случайным, полностью неупорядоченным и независимым движением микроскопических частиц. Равновесная термодинамика, как известно, в состоянии анализировать коллективное поведение огромного числа частиц, не вдаваясь при этом в детали их внутреннего строения и не конкретизируя механизм равновесного процесса. Особенно важно отметить то обстоятельство, что для классической термодинамики все случайные флуктуации системы неустойчивы, обратимы и, следовательно, не могут оказывать заметного, а тем более конструктивного воздействия на протекающий процесс и его инициацию. Все самопроизвольно совершающиеся явления в изолированной системе должны быть направлены, согласно равновесной термодинамике, на достижение однородности системы, т.е. на нарушение существующих структур, а не на их создание. Равновесные процессы всегда идут с увеличением энтропии не только всей системы, но и каждой ее подсистемы. Общим условием равновесия многофазной системы является равенство температур, давлений и химических потенциалов всех компонентов. В равновесной термодинамике отсутствуют какие-либо следствия из ее фундаментальных начал, которые указывали бы на принципиальную возможность диспропорционирования энтропии между различными фазами изолированной системы.
Предыдущая << 1 .. 215 216 217 218 219 220 < 221 > 222 223 224 225 226 227 .. 232 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed