А.Ю. Гросберг, А.Р. Хохлов - Физика в мире полимеров (1119325), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Все это довольно интересно, но читатель может задать попрос: прн чем здесь биология? Вот при чем. Фосфолнпнды имеют молекулы типа головастиков — правда, обычно с двумя, а иногда н стремя хвостами. Они представляют собой основную часть мембран — стенок, отделяющих жнвук! клетку от окружшшцей среды и раздела!ощих внутренность клетки на отсеки.
Вольшая толп!нна двойных хвостов не позволяет фосфолнпидзм образовывать мицеллы, и они формируют слои-стенки. Из фосфолипндов можно сделать даже своего рода модель клетки: взять взвесь фосфолипидов а воде и харон еиько потрясти ее у!!ыразвуком подходя!цей длины волны 47 при этом получаются так называемгяе липосомы, примерно соответствующие по структуре рис. 3.6; с помощью лнпосом изучают, например, проникновение через мембрану внутрь клетки различных лекарств. Правда, фосфолипидный слой — это еще не вся мембрана; в мембране есть еще белки, »плавающие» среди липидов (рис. 3.7). 1(роме того„форма мембраны, а с пею и форма ~l ~»~ Риа.
З.б Лик»гиии клетки, поддерживается цитоскелетом (от «цитос» — клетка), состоящим из белков и полисахарндов (т е. тоже из пол имер ов! ) . Изучение мембран — одна из наиболее быстро развивающихся областей современной биологии, у пее есть даже Рис. А7. С»рук»ура биомамбраиы название — мембранология. В этой области известно множество интереснейщих эффектов, в том числе и полимерных. Рассказывать здесь о ннх нет возможности, но сб одном примере не упомянуть нельзя. »Жирный» слой мембраны может, вообще говоря, пребывать в двух состояниях: почти твер- дом с упорядоченным параллельным расположением гидрофобных жирных «хвостов» и в жидком со свободно перепутываюгцпмнся хвостамп. Между этими состояниями воз можен фазовый переход (на самом деле важно, что в этом переходе участвует еще цнтоскелет), и нормальная клетка па разных стадиях своей жизнедеятельности должна име1ь разное состояние мембраны, иногда переходя от одного к другому.
(Но раковая опухолевая клетка, склонная м неуправляемому делению, к такому переходу не способна— ее мембрана всегда жидкая, и это, вероятно, важно, хотя мы еще не вполне понимаем, почему.) Итак, из молекул фосфолипидов в биологических системах строятся довольно сложные «сооружения». С еще более интересной «архитектурой» мы столкнемся при рассказе о белках и нуклеиновых кислотах.
Но прежде поясним, почему мы заговорили об архитектуре. 3.3. Молекулярная биология и молекулярная архитектура В книгах по истории архитектуры встречаегся од , конце, ция, которая очень привлекательна для люд«й. склонных к точному мышлению. Копн«яцик эта в нашем вольном пересказе выглядит так: основные особенности того нли иного архитектурного стиля можно определить, даже яичего не зная об эстетических воззрениях соответствующей эпохи, а только руководствуясь представлениями об упругих и прочности«ях свойствах применявшихся строительных материалов.
Для пояснения приведем примеры, которые не»шого уведут иас в сторону, но онп интересны, и без ннх мысль будет непонятна Конструкция из больших не скрепленных камещп ~х блоков прекрасно воспринимает сжатие, но плохо — сдвиг, прогиб же может воспринять только отдельный блок. Самое «островерхое», что можно построить нз материала, не воспринимающего сдвиг, это пирамида — отсюда форма гробниц египетских фараонов; если же ие стремиться к островерхостн, то речь может идти о колоннах (сжатие) и лежащих на ыих сплошных балках (прогиб) — н именнз ~ак устроен знаменитый Парфенон в Афинском акрополе.
Кирпичная кладка или система небольших, но скрепленных каменных блоков по-прежнему отлично работает на сжатие, удовлетворительно --- па сдвиг и совсем не воспринимает растяжения н прогиба; своды из такого материала могут быть только выпуклыми вверх — и именно таковы Грано- 69 витая валата Московского Кремля„белокзменн ае церкви в России или готи'юскне храмы в Западной Европе (при этом многочисленны1' башенки и коптрфорсь. Па самом деле нужны для того, >тобы спасти з>1е>кс11т1я степ от растяжений ценой роста сжатий). Бревна хорошо работают на сжатие в поперсчноы направлении и на растяжение в продольном — и можно убедиться, что именно с Н>етом этого построены деревянные храмы русского Севера.
Наконец, железобетон прекрасно воспринимает нагрузки почти любого типа — отсюда гигантские вертикальные и горизонтальные плоскости современных сооружений, вроде здания СЭБ а Москве или ООН в Нью-!!орке. Конечно, в любом стиле и из любого материала можно строить по-разному, гениально и бездарно, но это уж действительно другой вопрос. Если уподобить веществосооружени>о, а ьюлекулы— строительному материалу, то мы получим похожую ситуапи>о. Мы видели в предыдущей главе, как свойства разных полимерных веществ определя1отся в конечном итоге цепным строением молекул. Правда, положение техиологаполимерщика не могло бы присниться ни одному архитектору даже в самом дурном сне; технолог не может молекулу за молекулой поштучно водружать на предназначенные им места, как это делает строитель с кирпичами или бревнами, и принужден использовать косвенные способы, типа нагревания — охлаждения, растворения — осаждения и т.д., чтобы побудить молекулы самопроизвольно расположиться хотя бы приблизительно желаемым образом, (Попробювал бы архитектор что-нибудь построить, взяв большу1о груду кирпичей и имея возможность только трясти ее, полпвать водой и т.
п.1) Поэтому порядок в расположении молекул и структура искусственных материалов, в том числе полимерных, никогда не бывают совершенными, а всегда содержат множество дефектов (иапример, если бы полимерные цепи в волокне удалось сплести стой же степенью упорядочения, как волосы в косичках аккуратной девочки, то прочность такого волокна оказалась бы еще иа порядок Выше, чем у лучших сверхвысокопрочных волокон, приго>овлснных из жидкокристаллического раствора). НО так сбс>опт дело только с искусственными материалами.
Б биологии положение вещей другое. Молекулярная биология действительносродни молекулярной арю1тектуре Бо-псрвь1х, многие молекулы в биологических системах тзкОВЫ, что и1и подле;>живают О1епь ВысОк) ю степш1ь 1порядОчи1пОс>п — мь1 Впд(',г1и зто нз приме!югипилОВ ВОВторых, в >ьсз'1й кл1ткс пмсе>ск ряч систем, споссопых реально укладывать молекулу за молекулой по нмеюпсемус я главу — - например, такова рибосома, ведущая биосинтез белка. Именно поэтому в рассьсазе фн.ика о белках п нуклеиновых кислотах появляесся совсем новый язык, нспрн»1ычсссясй для рассказов о других всществах.
3.4. Белки, РНК н ДИК вЂ” молессулы-масспнсс» Глаассая особенность биолопгческнх мзкромолекул белков, РНК и ДНК состоит в том, что они, сшласно представлениям молекулярной биологки, вьпюлпяют свои бнолопщеские функции; можно сказать„что цепь белка, РНК илп ДНК вЂ” это не только молекула определен'юго пщцества, по и своего рода машина нлн а~томат, делающий опрсделенсссяе операции.
Соотьетствепно говорить о таких бнополпмерах удобнее всего на том языке, т. е. с по»сопСьсо тех терминов и с1онятни', которс се исссользукэтся в кибернетике прп опс«сасцсп днскретньх автоматов. В частности, как мы уже говорили, строго фиксированную последовательность разных звеньев в цепи биополимера ещественно уподобить тексту, написан»юхсу с помощью соответствующей молекулярной «азбуки». Поскольку э~а последовательность химически задает нндивидуалыюсть, скажем, белка, то, продолжая аналогию, говорят, что «белковый текст» описывает, или кодирует, функцию белка. Последовательно ть звеньев ДНК, как все знают, тоже содержит заки ь информации (генетической информации), и она кздируст «тексты» белков посредством так называемого генетического кода.
Именно такая кибернетическая терхппсолос ия принята в молекулярной биологии. Кибернст шеская аналогия красива и наглядна, но ничего не может сказать о том, как процессы протекают. Поюму белок с одним текстом принимает квакпы света в сетсатке глаза, с другим — создает усилие в мышце, с тре. тьим — работает в системе иммунитета, с четвертым...? (сйункссий белков не счесть: строгоспецифпческий катализ, в том числе в системах биоспнтеза белков и ДНК, строгоспецифпческая трасссссорт|сровка молекул через мембраны, развязывание п завязывание узлов на ДНК и т.
д.— а сущности, все процессы в клетке ведутся белками.) Каким образом прочитывается ДНКовын текст и как по содержагцейся в пем инструкции строится белок? Все эти и подобные вопросы, конечно, относятся к компетенции фианки биополимеров. )сйсогое о шсх известно, но до полной яс- ности епье далеко. Думается, что наги читатель, как бы оп ни был молод, сможет, если поднажмет, принять участие в исследованиях. Но пока обрисуем кратко то, что известно. З.б.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
