Поиск статей, книг, роликов и т.д.
Сообщений: 25 Страница 1 из 2
1.Э.Шредингер "Что такое жизнь с точки зрения физика" (1943)
2.Б.Пюльман "Электронная биохимия" (русс.изд. 1966)
3.К.Райд "Курс физической органической химии" (русс.изд. 1972)

Что могут сказать специалисты о степени старения этих текстов в свете научных достижений последних десятилетий?
По-моему, такие труды устаревать не должны. Ведь законы физики пока неустаревают. Другое дело, что Шредингер в 1943 г. мог попытаться упростить суть "жизни". Но все равно, наверное, их изучение будет полезным.
Только физич. органическая химия вообще причем? В смысле включения туда термодинамики, что ли?
Главным образом - квантовой ("электронной") химии: в термодинамике вроде бы ничего принципиально нового с тех пор не открылось.
Поясню свой интерес.

"Известно более тысячи различных ферментов. С их участием реакции идут быстрее в сотни миллионов раз." (Выделено мной. - З.) С.Вертьянов, учебник "Общая биология" для 10-11 классов с преподаванием на православной основе, стр. 16 (Свято-Троицкая Сергиева Лавра, 2005).
Меня поразила здесь именно мощь катализации: восемь (уточнил: http://www.mathcell.ru/show_topic.php?file=ferm - до десяти) порядков - не шутка! Можно ли объяснить такую эффективность ферментов лишь точностью их конфигурации? Пробовал ли кто-нибудь анализировать квантовую статистику процессов? Я подозреваю, что они могут протекать с такой огромной скоростью лишь в том случае, если поведение электронов, определяющее в конечном счете всю "химию", закономерно и целенаправлено.
"Квантовая механика была экстремально успешной в объяснении широчайшего круга явлений. Эта область простирается от излучения до свойств транзисторов и от физики элементарных частиц до действия ферментов и других больших молекул, которые являются строительными кирпичиками жизни."
Lee Smolin, The trouble with physics

Физик-теоретик утверждает это вполне уверенно; но кто и когда занимался теоретическим применением квантовой статистики - именно к изучению скорости работы ферментов?
Зырянин писал(а):"Квантовая механика была экстремально успешной в объяснении широчайшего круга явлений. Эта область простирается от излучения до свойств транзисторов и от физики элементарных частиц до действия ферментов и других больших молекул, которые являются строительными кирпичиками жизни."
Lee Smolin, The trouble with physics

Физик-теоретик утверждает это вполне уверенно; но кто и когда занимался теоретическим применением квантовой статистики - именно к изучению скорости работы ферментов?


ну, если физик-теоретик говорит, значит что-то посчитали :wink: кстати без шуток.

Вообще насчёт скорости не знаю, это всё-таки очень трудоёмкая задача (но может и считали на суперкомпьютерах где-то), а вот энергия связи субстрата с ферментом вполне правильно считается. Даже сам немного с этим имел дело.

Насчёт сотен миллионов раз скажу так: те реакции, они без ферментов в целом не идут, так что ускорение относительно ничтожной величины, поэтому оно такое большое в "разах".
И ещё: фермент стабилизирует переходное состояние реагентов. В растворе, чтобы реакция пошла, надо, чтобы реагенты случайно оказались взаимно расположены соответствующим образом, в определённой конформации. И только в нём "электроны пойдут куда надо". Обычно это не свободное состояние с напряженными связями, неестественными для свободного состояния углами, поворотами вокруг связей. И это маловероятное состояние, в растворе бывает редко. А фермент, который связывает свободный субстрат (хоть и хуже чем в переходной конформации) переводит его в нужное состояние. Это основное отличие от катализаторов вроде щелочей и кислот. Те просто дают и забирают протоны-электроны, т.е. увеличивают вероятность реакции, если правильное столкновение реагентов произошло, но не увеличивают вероятность такого столкновения.
Ceterum censeo Carthaginem esse delendam
Большое спасибо.

Со скоростями - относительно бесконечно малой "базы" - более-менее понятно. И все-таки меня не оставляет чувство, что пептидные связи возникают по принципу: случайные, ненужные, которые "все равно распались бы" (скажем, из-за специфической конфигурации молекулы фермента) - не возникают изначально; а правильные - образуются сразу, как только соответствующие атомы "дотягиваются" друг до друга своими электронными оболочками. Таким образом, время не тратится впустую - отсюда и десятки тысяч соединений в секунду.

Что же касается Ли Смолина, то как раз о скоростях у него ничего не говорится. Считать их в 50-60-х гг, когда в основном сформировалась современная биохимия (в т.ч. квантовая), было еще не на чем, не та техника; а вручную, аналитически - тем более не осилить. (IMHO, конечно: не специалист.) И придет ли кому-то в голову (кроме зловредных креационистов) считать вероятности, проверяя тем самым самую возможность, наблюдаемого процесса? Происходит - и происходит, вероятность единица. :)
Дано: аминокислоты выстраиваются в первичную белковую структуру. Все работает исправно, субстрат содержит нужные компоненты в требуемых пропорциях, молекулы поступают в должной последовательности, аминогруппа - к карбоксильной. Десятки тысяч соединений в секунду.

Вопрос: что получится, если нужные молекулы сблизились - а спины электронов у атомов углерода и азота совпали? А вдруг это происходит не раз, не два, а регулярно, постоянно? Если я не путаю, ковалентная (в т.ч. пептидная ) связь требует антисимметрии спинов образующих ее электронов. Случайности тут быть не может; поправьте меня, пожалуйста, если я ошибся!
Что-то я смысл не улавливаю... Кажется вы не понимаете о чём пишете. К тому же, понимаете, я сам не особо-то эти кванты помню, чтобы правильно ответить, но попробуем разобраться.

Зырянин писал(а):Вопрос: что получится, если нужные молекулы сблизились - а спины электронов у атомов углерода и азота совпали?


А если не совпали? А если не совпали, но молекула перевернулась и совпали, или наоборот? Частоты вращения - миллиарды и триллионы раз в секунду, по-моему, в зависимости от размера молекулы, среды, температуры. Правда при белковом синтезе аминокислотный остаток присоединяется как надо системой трансляции.

Зырянин писал(а):А вдруг это происходит не раз, не два, а регулярно, постоянно?


Я всё-таки не понимаю. Объясните, как вы себе это представляете.

Зырянин писал(а):Если я не путаю, ковалентная (в т.ч. пептидная ) связь требует антисимметрии спинов образующих ее электронов. Случайности тут быть не может; поправьте меня, пожалуйста, если я ошибся!


Ну как сказать. Два электрона не могут находиться в абсолютно одинаковом состоянии. Если у них совпадает спин, они должны различаться "положением в пространстве", если они одинаково локализованы, у них будет различаться спин. А что значит: "Случайности тут быть не может"? Где?

В любом случае, о том, чтобы биохимия противоречила где-либо квантовой физике, я не слышал.
Ceterum censeo Carthaginem esse delendam
Для начала хотел бы определиться: спин - характеристика постоянная или нет? Я так понимаю, он не должен зависеть от каких бы то ни было перемещений-поворотов электрона в пространстве (разве что выворачивания наизнанку; но за этим уже - к Перельману, к топологам). Впрочем, могу ошибаться.

Представляю я себе "это", на пальцах, примерно так.

Огромная ж/д станция ("Москва-Сортировочная"). Комплектуются поезда. Вагоны подаются в точнейшем порядке. Но при соединении каждой пары вагонов некоторый сцепщик кидает монетку: соединять? не соединять? (Поскольку вариантов проекции спина - "орел-решка", +- 1/2 h Планка.)

Вот для того, чтобы такая "Сортировочная" не закупорилась, синтез белка шел без остановки, необходимо постоянное выпадение "орел-решка" либо "решка-орел", без дублей. Т.е. налицо телеология. То, о чем мы можем лишь гадать применительно к абиогенезу и ароморфозам - возможно (не настаиваю, а предлагаю обсудить) постоянно реализуется в пептидных связях. Самый что ни на есть наглядный ID!

Пока что могу выдвинуть лишь одно возражение: электроны-то при указанных атомах - не единственные, они блуждают по общей орбите молекулы (или соответствующей группы, карбоксильной либо аминной? не знаю...) Но тогда все равно требуется механизм привлечения в нужный момент соединения именно "правильного" электрона; известен ли он?
Я там похоже фигню какую-то написал. Местами.

Спин - характеристика постоянная. Проекция - нет. У электрона спин = 1/2.

Возьмём свободный электрон. Проекция спина на любую ось +1/2 или -1/2. Вероятности получения проекций зависят от оси. Естественно, может и перевернуться при взаимодействиях.

Электроны в молекуле не различимы, спины их по отдельности смысла не имеют. Молекулярные орбитали (довольно условное понятие) заполнены парами электронов, у одного спин вверх, у другого вниз. Нет кидания монетки, есть состояние А до взаимодействия и Б после взаимодействия. Отношение переходов А в Б и Б в А в единицу времени определяется ими. А скорость процесса определяется ими и переходными состояниями.

Чтобы говорить о спинах и вероятностях, надо знать квантовую механику и квантовую химию. Я знаю недостаточно.
Ceterum censeo Carthaginem esse delendam
Кстати, поиск гуглем показал, что константы скорости уже на курсовых считают. :)
Ceterum censeo Carthaginem esse delendam
Я тоже недостаточно. С того, собственно, ветку и начал: каких бы книжек почитать? :-)
Видимо, я не учел 2 момента:
1. Юрий Петрович писал(а):Электроны в молекуле не различимы, спины их по отдельности смысла не имеют.
Действительно: выражение "тот самый электрон, который состоял при атоме углерода (азота) в момент соединения" не имеет физического смысла. Можно лишь утверждать, что спины электронов, образовавших ковалентную связь, ортогональны (так, кажется?); но "те" это электроны или "другие" - понять принципиально невозможно: это столь же фундаментальный принцип квантовой механики, что и принцип Паули (из которого как раз и следует вышеприведенное утверждение об ортогональности).
2. Время контакта электронов сопоставимо с периодом их колебания, т.е. на много (14?) порядков меньше срока формирования молекулы. Возвращаясь к моему примеру "Москва Сортировочная": поезд составляется за тысячелетия, и в каждой смене очередной сменщик кидает монетку.

Что ж, идея, возможно, и красивая - но неверная. Буду думать дальше.
Зырянин писал(а):Можно лишь утверждать, что спины электронов, образовавших ковалентную связь, ортогональны


:lol: антипараллельны :-)

Зырянин писал(а):Я тоже недостаточно. С того, собственно, ветку и начал: каких бы книжек почитать? :-)


А я вот тут лекции кое-какие нашёл, правда сам не читал http://www.qchem.ru/lectures

Вообще, дело это тяжёлое, и только из любопытства им не овладеть. Я, когда задачки для зачётов решал, вроде понимал, а сейчас забывать стал без практики применения.
Ceterum censeo Carthaginem esse delendam
Выложил в своем ЖЖ дальнейшие соображения, которыми хотел бы поделиться с уважаемыми софорумчанами.

В 1968 г. Сайрус Левинталь сформулировал известный парадокс: "Промежуток времени, за который протеиновая цепочка приходит к своему скрученному состоянию, на много порядков меньше, чем оно могло бы быть, если она просто перебирала все возможные конфигурации". Он подробно разобран в книге Финкельштейна и Птицына "Физика белка".

Итак, будем считать доказанным утверждение: "нативное состояние белка не является случайным, оно определенным образом выделено из других возможных - и именно по этой причине молекула белка сворачивается в строго определенную, а не произвольную форму".

Остается открытым вопрос: каким образом природе удалось достичь совпадения "кинетического оптимума" белка (т.е. быстрейшего принятия им определенной формы) и функциональности этого белка? Ведь та работа, которую предстоит выполнять ткани, частью которой является клетка, синтезировавшая данный белок, может быть выполнена "лучше" или "хуже". Оптимальная "макроработа" (т.е. обеспечивающая нормальную работу организма и в конечном счете выживание особи и вида) и оптимальная "микроработа" (быстрый синтез) - это два совершенно разных оптимума, они могут влиять друг на друга лишь отрицательно: плохой синтез - плохо работает ткань; плохо работает ткань - самый быстрый синтез прекратится со смертью организма. Но совпадение "именно та форма белковой молекулы, которая выделена термодинамически, одновременно является функциональной для организма в целом" - должно достигаться сразу, а не методом последовательных итераций в процессе естественного отбора.

Изложу свое видение ситуации менее строго, но более наглядно.

За доли секунды полипептидная цепочка (первичная структура белка) завязывается в хитрый морской узел (вторичную структуру). Если бы это происходило случайно - процесс занял бы время, на порядки большее предполагаемого существования Вселенной. Долгое изучение механизма такого "завязывания" показало: оно происходит именно таким, а не иным способом потому, что как раз такая конфигурация - энергетически наиболее выгодна, оптимальна.

Однако "узлы" должны быть ровно такими, как есть - поскольку являются, условно говоря, буквами и словами некоторого "узелкового языка"! (Не следует путать с генетическим кодом, о котором - чуть позже: сказанное относится не только к хромосомам/ДНК, а ко всем белкам, функции которых весьма разнообразны.) Иными словами, мы наблюдали некий фокус природы, который долго не могли понять: длинная и сложная цепочка мгновенно связывалась причудливым и всегда (почти) единообразным образом. Наконец поняли, почему так происходит (разрешив тем самым парадокс Левинталя). Но главное осталось вне рассмотрения: почему столь хитрые узелки не просто всегда одинаковы, но еще и функциональны, т.е. целесообразны, "осмысленны"?!

Знаю, знаю незыблемую мантру гг./тт. эволюционистов: целесообразности в природе не бывает и быть не может, она всегда получается сама собою, в результате сочетания случайных мутаций и естественного отбора. Вот и давайте рассматривать, как в данном случае они будут сочетаться. Случайное изменение ДНК (вот подошли мы и к генетике, как обещал) привело к тому, что в первичной структуре белка, мономерной цепочке-полипептиде, что-то изменилось (две аминокислоты поменялись местами, или между ними встала новая, третья, или... да мало ли что!) Что от этого изменится? цепочка, скорее всего, станет завязываться в узелок совершенно иначе! Будет ли новый белок функционален? Из общих соображений - с какой бы стати? "Случайно так совпало"? Нет уж, давайте в таком случае считать вероятность подобной случайности; когда столкнулись с парадоксом Левинталя - не поленились десятилетиями искать, где же там загвоздка...

Моя первая попытка "в лоб" решить проблему поиска проявлений квантовой телеологии, т.е. неслучайности, целесообразности квантовых состояний электронов живой ткани (что наглядно подтверждало бы теорию Тайнова) не увенчалась успехом: амино- и карбоксильным группам не требуется "санкция электронов" на вступление в ковалентную связь. Совпадут у двух электронов спины - отыщутся более подходящие, с разными значениями спинов и не конфликтующие в силу этого с принципом Паули. (Ну, или "довернут" свои спины: электроны все равно принципиально неразличимы, так что в данном случае это одно и то же.)

Но, продолжая углубляться в биофизические дебри, я обнаружил то, что знает (надеюсь!) любой абитуриент биофака провинциального педагогического "университета": химические связи возникают в полипептиде не только "по горизонтали", связывая последовательные аминокислоты - они (только уже не ковалентные, а водородные, N-H:::O) еще и скрепляют между собою "по вертикали" витки спирали вторичной структуры. Тут, на мой взгляд, возникает уже принципиально новая проблема: необходимо не "санкционировать" нужные, правильные связи - а "запрещать" случайные, ошибочные!

Пускай стереометрия "узелка" в принципе задана заранее (о чем сказано выше). Но ведь в процессе закручивания в спираль соприкоснуться и вступить в водородную связь могут атомы H и O не только строго определенных амино- и кислотных групп, но и ближайших к ним. Предположим, обычно в спирали 3-я по счету пептидная группа первого витка спирали соединяется с такой же по счету группой 2-го витка - которая по порядку номеров от начала цепочки является, скажем, 12-й. Ну, а если в каких-то случаях это соединение произойдет с 11-й или с 13-й (притом, что в своем витке они являются третьими)? Допускаю, что с вторичными формами этого не происходит, поскольку размеры витков строго определены. (*Здесь я некорректно сформулировал. Имелось в виду: допустим, небольшое изменение размера каких-то витков незаметно; но не скажется ли оно в дальнейшем... и т.д. по тексту.) А с третичными? Какая-то петля узелка получилась чуть длиннее или, наоборот, короче стандарта - и дальше-то расхождение результата синтеза с эталоном накапливается по нарастающей, и в итоге синтез вообще пойдет вразнос, молекула белка завяжется не в нужный узелок, а в черт-те что! При этом, как уже было сказано, с точки зрения энергетической оптимальности образовавшейся структуры все может быть в полном порядке; а что нарушена функциональность - так молекуле-то до нее какое дело?

Пусть вероятность такого печального исхода невелика: 1%, хоть 0,01%. Этого вполне достаточно для того, чтобы белковый синтез в клетках нарушался регулярно - что, очевидно, несовместимо с жизнью. (Если же описанная вероятность исчезающе мала - это необходимо как-то обосновать.) Но это не происходит. Мое объяснение: потому и не происходит, что умные электроны (вернее, управляющие ими духовные субстанции-пастыри) заранее знают, какую водородную связь строить, а какую - запрещать. Оказались рядом 3-я и 12-я аминокислоты полипептида - зеленый свет, связывайтесь. Окажется на месте нужной 12-й соседняя - красный свет: пока не вернется "хозяйка", опасная для будущего белка связь так и не состоится.
Шредингер актуален. Есть и другой вариант: "Что такое жизнь. С точки зрения физика". Кажется, он поэт. Жизнь -"Это апериодический кристалл". Определение парадоксальное; конечно, Шредингер идет дальше (физики), в философию. И вот, сегодня научное сообщество знает как представить (наблюдать) вечность. бессмертие. Да он - христианин.
Вот так всегда среди христиан: вдруг, встретились два блестящих ума, Зырянин и Юрий Петрович, и вот, между ними - гений.
Зырянину.

Извините, что не писал долго. Вечно у меня руки не доходят до того, что важно.

Я не знаю с чего начать свой комментарий, так уж получилось, что темой моих бакалаврской и магистерской работ была связана как раз с изучением укладки полипептидной цепи и я в этом кое-что понимаю, в отличие от квантовой физики (которую я, скажем так, местами знаю, но не понимаю глубоко, и к тому же подзабыл). И те скудные познания, которыми я обладаю, говорят мне, что здесь надо лекции устраивать, по химии, физики, биохимии и биологии, и только потом продолжать дискуссию. Я не ёрничаю, я действительно готов какие-то основы преподать в популярном виде (хотя это тяжело для меня, т.к. требует с моей стороны весьма глубокого понимания излагаемого, большего чем для повседневной работы).

В общем, извините, но с такими познаниями нельзя рассуждать. Далее то, что, кажется наиболее важным (но о квантовой физике не буду). Вы неправильно понимаете природу водородных связей. Вы пишите так, как будто это какие-то нерушимые связи, но на деле, они довольно легко разрушаются и заново образуются. Вы неправильно понимаете процесс укладки белка. Это не укладка кирпичной стенки - "застыло и всё". Не всё, наверное, у Птицина прочитали? Про экспериментальное изучение процесса укладки, про "расплавленную глобулу", про то, что в растворе недосвёрнутого белка существует множество "несовсем правильных" вариантов укладки, про термодинамический расчёт переходов из несвёрнутого состояния в альфа-спираль? Ещё, совершенно не понятно, почему вы считаете, что "кинетический оптимум" и "функциональный" могут влиять друг на друга лишь отрицательно. Это как будто значит, что они не могут достигаться одновременно, но из вашего пояснения следует, что они просто не имеют смысла по отдельности. Наверное, вы просто коряво выразились. Тут ещё есть некоторые тонкости с "энергетической выгодностью", но думаю об этом лучше позже.

Нельзя создавать теории "из головы". Ничто из нормальной науки не было создано таким образом. Все эти волновые функции и электроны взялись не из головы, за ними наблюдаемый мир и огромный труд учёных (прошу не видеть здесь сциентизма), а духовные пастыри электронов из головы, некая "чёрная материя", только по другую сторону баррикад. Что бы говорить, что что-либо происходит не так, как требуют известные законы природы (которые открыты из наблюдений за другими явлениями) надо, прежде всего эти законы знать. И понимать откуда они взялись. Потому что иначе, вы не сможете понять, что же должно произойти согласно этим законам. А если не сможете понять, что должно произойти, не сможете и сказать, происходит ли как должно или нет на самом деле. Интуиция не поможет.

"Ибо мудрость мира сего есть безумие пред Богом, как написано: уловляет мудрых в лукавстве их." (1Кор 3:19).
Ceterum censeo Carthaginem esse delendam
Николай писал(а):Жизнь -"Это апериодический кристалл".


Мне казалось он про молекулы белка это сказал. Или, по крайней мере, думая о них. По отношению к белковой молекуле термин апериодический кристалл очень удачен.

Николай писал(а):И вот, сегодня научное сообщество знает как представить (наблюдать) вечность. бессмертие. Да он - христианин.


Не понял. (скорее даже "нипоэл!" :x ) Пантеист он скорее. А про бессмертие совсем непонятно. Можно на примерах пояснить?

Николай писал(а):Вот так всегда среди христиан: вдруг, встретились два блестящих ума, Зырянин и Юрий Петрович, и вот, между ними - гений.


Вы нам льстите :lol:
Ceterum censeo Carthaginem esse delendam
Сообщений: 25 Страница 1 из 2

Кто сейчас на форуме

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 4