Индекс материала
Молекулярная физика и биологическая активность
Основные особеннсти конформации биополимеров
Спиральные структуры
Коллаген
Спиральная спираль
Структура глобулярных белков
Структура нуклеиновых кислот
Структура полисахаров
Общие принципы биологической активности
Все страницы

В минувшие годы ученые все больше и больше убеждались в том, что физико-химические закономерности могут быть основой для изучения истоков жизненных явлений. Поэтому не удивительно, что в последние два десятилетия возникла новая область исследований — молекулярная биология, различные аспекты которой сейчас бурно развиваются. Один из них — использование основных концепций теоретической физики для исследований в области биологии.

Мы попытаемся дать краткое описание современного состояния этих исследований и попутно проследить, как исторически возникли идеи, послужившие основой для современного прогресса в этой области науки.

В основном здесь будет идти речь об одном из разделов молекулярной биологии, известном как молекулярная биофизика, которая имеет дело главным образом с физикой биомолекул и их ролью в объяснении химических процессов в биологических системах.

Биохимия как самостоятельная отрасль биологии возникла в начале этого столетия. Интересно заметить, что Индийский институт науки, членом которого является автор, имел биохимический отдел уже в 1920 г., когда во многих лабораториях Европы и США биохимию еще не считали самостоятельной отраслью биологии. Биохимики стали изучать химические реакции, происходящие в живых системах, и очень скоро обнаружили, что они имеют сходство с реакциями, осуществляемыми в пробирках, хотя между ними есть и ряд важных различий, обусловленных главным образом большей сложностью реакций в живых организмах. Например, для живых систем возможны реакции, которые в условиях .пробирки не могут проходить без значительного повышения температуры. Однако химикам с давних времен известны способы, позволяющие облегчить протекание реакций. Для этого используются различные катализаторы. Специфические катализаторы, управляющие реакциями в живых системах, называются ферментами. Механизм действия ферментов исследовался весьма обстоятельно. Очень скоро стало известно, что ферменты, по существу, построены из тех же самых химических материалов, из которых формируются «строительные блоки» живых организмов в животном мире, а именно — из белков. В то же время для них характерно многообразие, которое делает возможным для однотипных в химическом отношении соединений выполнение всего комплекса процессов, связанных с жизнедеятельностью. В самом деле, белки, например, образуют структурную основу живого организма, составляя его самую существенную часть, которая подвержена метаболизму, т. е. обмену веществ, и в то же время они являются соединениями, ответственными за поддержание жизненных процессов. Кроме метаболизма и роста существует еще одна важная особенность, характерная для живых систем, — способность к репродукции, т. е. самовоспроизведению.

Как известно, наследственные особенности организма связаны с ядром клетки, с содержащимися в нем хромосомами. Хромосомы состоят из соединений двух типов: белков и нуклеиновых кислот. Таким образом, белки являются важными компонентами наследственного ашвдрата клетки.

Как проявляется специфическая биологическая активность молекул, почему они ведут себя так, как это необходимо для протекания определенных процессов? Например, как ферменты ускоряют реакции? Каким образом нуклеиновые   кислоты могут хранить информацию, которая преобразуется в форму, определяющую течение жизненных процессов в данной системе, и которая в конечном счете приводит к возникновению дупли-катной копии самого организма? Оказывается, изучение этих явлений тесно связано с рядом других интересных биологических проблем, таких, как возникновение болезней и резистентности по отношению к ним, т.е. с проблемами иммунологии, с исследованиями механизма действия ядов и т. д.

ris 1

Рис. 1. Механизм действия антител, основанный на представлении о комплементарной форме патогенного тела, и ловушки антитела, которая его захватывает. Три разные молекулы, имеющие одинаковые по форме участки структуры, могут захватываться таким антителом

Все это при детальном рассмотрении может быть сведено к одной из проблем молекулярной физики — к проблеме соответствия одних молекул другим. Молекулярное соответствие давно связывалось с широким кругом различных явлений и в первую очередь с явлением иммунитета — свойством антител подавлять активность особых патогенов. Основная идея состояла в том, что антитело будет иметь форму, комплементарную активному центру патогена (рис. 1), и, закрывая этот активный центр, будет лишать его патогенных свойств. Но это особое свойство можно рассматривать не только как свойство биологической системы — можно также свести проблему на молекулярный уровень. В самом деле, две разные комплементарные по своей форме   молекулы   могут   подходить   друг к другу наподобие ключа и замка. Представление о таком механизме узнавания может быть использовано для объяснения очень широкого круга явлений; и мы попытаемся остановиться на принципиальных особенностях этого механизма, если говорить главным образом о биомолекулах. Мы приведем несколько примеров того, как использование этих представлений позволило объяснить сущность некоторых важных биологических явлений.



Похожие Материалы

Поиск