А.В. Финкельштейн, О.Б. Птицын - Физика белка - Курс лекций с цветными и стереоскопическими иллюстрациями и задачами (1123404), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Ведь в реальных лекциях невозможны отсылки типа «смотри рисунок 2 и формулу 3 в пред-предыдущей лекции»; однако мы приложили всестарания к тому, чтобы такие повторы были минимальны.Мы приносим свою глубокую благодарность всем соавторам нашихработ, использованных в предлагаемых вашему вниманию лекциях, атакже — А. Б. Четверину, д. И. Харакозу, В. Е. Бычковой, ю. В. Митину,А. с. спирину, В. А. колбу, М. А. ройтбергу, В. В. Велькову, А. В. Ефимову, И. Г. Птициной, Г.
И. Гительзону, д. с. рыкунову, Г. В. семисотнову,А. В. скугареву и д. Н. Иванкову за чтение рукописи, дискуссии и многочисленные полезные замечания.Мы благодарны всем сотрудникам нашего Института белка рАН, и особенно — всем, кто работает и работал в нашей Лаборатории физики. Безпостоянного общения с ними, научного и просто человеческого, эта книганикогда бы не была написана.Мы признательны всем слушателям этих лекций — как нашим студентам, так и участникам международных и российских школ — чьи вопросыи замечания позволили авторам уточнить, прежде всего для самих себя,многие из затрагиваемых в этих лекциях вопросов.Наша особая благодарность — Г.
А. Морозову, д. с. рыкунову, А. В. скугареву, д. Н. Иванкову, М. ю. Лобанову, Н. ю. Марченко, И. В. соколовскому, А. А. Шумилину, М. Г. дашкевичу, т. ю. сальниковой, Н. с. Богатыревой, А. Э. жумаеву и А. А. Финкельштейну за помощь в оформлениирисунков и текста лекций, а также — российскому фонду фундаментальных исследований за финансовую поддержку издания этой книги.10Предварительные и полуфилософские замечанияО «лекторе».
Все лекции написаны так, как они читаются в аудитории:от первого лица — от лица «лектора».О «внутреннем голосе». Личность «лектора» объединяет в одном лицеобоих соавторов — А.В.Ф. и О.Б.П. Однако это не значит, что соавторыбыли неизменно согласны друг с другом по всем излагаемым пунктам.Более того, каждый из соавторов порой чувствовал, что лекция касаетсяспорных, далеко не до конца выясненных вопросов. Мы не стали затушевывать все эти противоречия и споры, и потому плавный рассказ «лектора» порой прерывает или оспаривает его «внутренний голос».
А порой«внутренний голос» просто озвучивает часто задававшиеся нам вопросы иуточняет или развивает рассказ «лектора».Почему — «физика белка»? Потому, что нас поражает картина того, какбиологическая эволюция многократно усиливает, закрепляет и предъявляет нам последствия тех физических принципов, на которых основываютсямолекулярные взаимодействия в белке. Нас поражает также то, как сильнонаше понимание основных биологических, и, в частности, белковых систем было продвинуто использованием физических методик. Мы можемпроследить это от масс-спектрометрии до электронной микроскопии, дорентгена и ядерного магнитного резонанса белков. Наверно, нет ни однойдругой области современной науки, где традиционные границы междунауками и их философиями были бы взломаны с такой большой пользой.О физике и о биологии в этих лекциях. По ходу курса мы не упустимвозможности изложить те физические идеи и, в частности, те элементыстатистической физики и квантовой механики, которые, с нашей точкизрения, абсолютно необходимы не только для понимания строения ифункционирования белков, но и для общей научной культуры — и которые«нормальный» студент-биолог либо уже прочно забыл ко времени началаспециализации, либо не знал никогда.А вот из моря информации о функциях белков мы зачерпнем только то,что абсолютно необходимо для иллюстрации роли, играемой пространственными структурами белков в их биологической — точнее, биохимической — деятельности.Об эксперименте, физической теории и о расчетах. Эксперимент даеткак основные факты, на которых основываются все наши представления оявлениях, так и массу уточняющих их деталей.
теории позволяют понятьсуть явлений и связь между ними, помогают планировать содержательныеэксперименты. расчеты позволяют связать теорию с экспериментом и подвергнуть ее проверке в ее ключевых точках. Надо заметить, однако, что невсе, что можно рассчитать, следует рассчитывать: так, плотность белка —11или воды — проще просто померить. И не только проще — но и надежнее:детальный расчет зависит от массы параметров, едва ли поддающихсяочень точной оценке.рассказ о нескольких базовых физических теориях — естественно,в самой упрощенной форме — также включен в наши лекции.
И не толькопотому, что эти теории позволяют с единой точки зрения охватить, упорядочить и понять огромный экспериментальный материал. Не менее важното, что эти теории красивы. кроме того, мы считаем, что знание базовыхфизических теорий и моделей необходимо просто для общей культуры.Об эксперименте “in vivo” и “in vitro”. Говоря об эксперименте “invivo”и “in vitro”, физики и биологи часто имеют в виду разные вещи. И, вообще говоря, не без оснований: между чистым “in vivo” и чистым “in vitro”есть много допускающих двоякое толкование ступеней. Например, сворачивание белка в бесклеточной системе (со всеми ее рибосомами, факторами инициации и терминации, шаперонами и т.
д.) — это столь же явноэксперимент “in vivo” с точки зрения физика (для которого “in vitro” —это отдельный белок в растворе; а бесклеточная система… — уж больномного здесь жизненных реалий!), сколь явно он является экспериментом“in vitro” с точки зрения биолога (для которого “in vivo” — это в живом ижелательно неповрежденном организме). Однако структурное, например,исследование отдельного белка в организме практически невозможно. такчто на практике всегда идут на разумный компромисс: на приближениебиологически интересного явления in vivo доступным экспериментальному наблюдению явлением in vitro.О физических моделях, грубых оценках и о компьютерном (in silicio) эксперименте. По ходу лекций мы часто будем рассматривать простые, т.
е.резко упрощенные по сравнению с реальностью модели, и прибегать к прикидочным оценкам. И мы хотели бы, чтобы, проштудировав эти лекции,вы тоже научились и делать прикидочные оценки, и использовать простыемодели интересующих вас событий. казалось бы, зачем все это вообщенужно? Многие думают, что, имея мощный компьютер, можно ввести в него«все как есть»: молекулы воды, соль, координаты атомов белка, дНк, и такдалее, задать температуру, — и «все посчитать точно». На самом деле этакартина утопична. расчет — имеется в виду детальный расчет (обычно онведется при помощи так называемой «молекулярной динамики»; квантовомеханический расчет целого белка и его окружения вообще невозможен) —займет дни и охватит при этом лишь какую-то наносекунду из жизни белка:ведь вам надо будет рассмотреть и тепловые движения, и взаимное влияниедесятков тысяч атомов.
И, кстати, совсем точным этот расчет все равно небудет: все элементарные взаимодействия мы знаем лишь приблизительно.12А чем подробнее описывается система, чем больше элементарных взаимодействий принимается во внимание, тем больше мелких погрешностей проникает в наши расчеты (не говоря уже росте затраченного времени). так чтовсе равно получится не окончательная «истина в последней инстанции», акакая-то более или менее приближенная оценка, — оценка, на которую уйдут дни работы суперкомпьютера. А ведь вас, скорее всего, будет интересовать простая, но быстрая прикидка типа: можно ли ввести в такое-то местобелка заряд, или белок при этом взорвется? так что одна из наших целей —научить вас делать такие прикидки.Однако это вовсе не означает, что мы будем игнорировать компьютерные эксперименты.
такие эксперименты дают массу полезной информации. Но компьютерный эксперимент — это именно эксперимент (пусть insilicio, а не in vitro или in vivo), причем с очень сложными системами: онпоставляет факты, нуждающиеся в дальнейшей интерпретации, и вот тутна помощь приходят упрощенные, но прозрачные теории.О том, как относиться к формулам. Понимая, что математическиеформулы сложны для биологов, мы постарались по возможности избегатьих — и оставили их лишь там, где они действительно нужны. И хотим датьсовет: при чтении «поверяйте слова формулами»! конечно, проще читатьтолько слова, но они часто допускают неоднозначное толкование; так что,поверяя слова формулами и наоборот, вы сами проверите свое понимание.О мелком шрифте. Им даны полезные, но не необходимые отступления, добавления и пояснения.О вкусах. Эти лекции, безусловно, отражают наши личные вкусы ипристрастия.
Они направлены более на понимание сути явлений, чем наскрупулезное описание их деталей; в них много теории и физическихпроблем — и лишь необходимый минимум экспериментальных фактов (ипочти нет экспериментальной техники; в частности, мы практически ничего не расскажем о технике рентгеновской кристаллографии и спектроскопии ЯМр — методов, которым мы обязаны львиной долей наших знанийо структурах белков). Поэтому наши лекции никак не заменяют обычные,богатые множеством фактов биофизические и биохимические «белковые»курсы и не должны использоваться как справочник. Говоря о конкретныхбелках, мы даем лишь важнейшие (с нашей точки зрения!) примеры; таблицы включают лишь абсолютно необходимые данные; рисунки намеренно схематичны; все цифры округлены, и т.
д.О личном элементе в этих лекциях. Мы не упустим возможности отметить то, что сделали по физике белка мы и наши коллеги в Институтебелка рАН. Это, конечно, усилит «личный элемент» лекций — и, мы надеемся, немного оживит их…13ВВЕдЕНИЕЛекция 1Основные функции белков. Аминокислотная последовательностьопределяет пространственную структуру, пространственная структура — функцию. Обратное — неверно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
