Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Созданная на основе бифуркацнонной теории и обобще ния ряда физических свойств белковых молекул физическая теория, в свою очередь, стала исходной для разработки специального метода расчет а трехмерной структуры белка по известной аминокислотной последовательности. Решающую роль в создании количественного метода сыграли положения о гармонии всех внутриостаточных и межостаточных взаимодействий и их преобладающем энергетическом влиянии над взаимодействиями белковой цепи с молекулами и ионам и окружающей среды. Одно нз этих положений позволило разделить проблему структурной организации белка на три менее громоздкие и поддающиеся последовательному решению частные проблемы: ближних, средннх и дальних взаимодействий. В результате специально разработанной классификации пептидных структур на конформации, формы и шейпы стало возможным получение достоверных количественных данных о конфор мационных состояниях целых наборов структурных вариантов различных таксономических групп, ограничившись детальным анализом их отдельных представителей.
Классификация настолько сократила объем вычислительных работ, что сделала реальным расчет трехмерных структур белков, на первых порах низко- молекулярных. Изложенные в книге результаты априорных расчетов структур трипсинового ингибитора, сложного фрагмента нейротоксина 11 и большого числа олигопептидов, состоящих из десятков аминокислотных остатков, свидетельствуют об адекватною отражении предложенными теориями (бифуркационной и физической) структурной самоорганизации белков и пептидов и реальности предсказания их натнвных конформаций.
В рамках теоретического направления рассмотрен подход к решению обратной структурной задачи пептидов и белков, позволяющий целенаправленно конструировать наборы искусственных аналогов природных аминокислотных последовательностей по ззаперед заданным пространственным формам. Третье направление исследований механизма свертывания белковой цепи в иативную конформацию строится на предположении о наличии особого стереохимнческого кода (второго гене'л~ческого кода). Автор выражает глубокое чувство признательности В.В.
Егоровой, Н.Н. Шумаковой, Т.И. Яковлевой, Л.И. Петровой и И.М. Приваловой за неоценимую помощь в подготовке рукописи к печати. Введение БИОСФЕРА, НАУЧНОЕ МЫШЛЕНИЕ И ПРОБЛЕМА БЕЛКА Сегодня, в самом конце ХХ в., уместен вопрос о том, какие в уходящем столетии произошли события фундаментальной важности в физике, химии и биологии, которые не только оказали глубочайшее воздействие на естественнонаучную и техническую сферы деятельности человека, но н кардинальным образом затронули его духовный мир, культуру, восприятие природы н самого себя. Каким в конечном счете, если иметь в виду все естествознание, назовут наш век потомки? Полагаю, онн назовут его веком становления квантовой механики, молекулярной биологии и физики опсрытых систем.
Появление квантовой механики (1920-1930-е годы) проявилось в созда- нии теории строения атомов, квантовой теории валентности, теории строения молекул и квантовохимическнх методов расчета. Огромное зна- чение имела разработка квантовой теории дисперсионных взаимодействий атомов и молекул. Квантовая механика объединила науку о микромире с классической физикой, установила, обосновав периодическую систему злементов Д.И.
Менделеева, неразрывность физики и химии н стала единой основой изучения физических и химических явлений. Рождение молекулярной биологии (1940-1960-е годы) означало опре- деление химического и пространственного строения белков, нуклеиновых кислот и молекул других соединений живой материи, а также установле- ние универсальности генетического кода и молекулярного механизма наследственности и изменчивости, общности биохимических приш1ипов метаболизма и морфологнческого построения всего живого и многое другое. В результате органический мир предстал не как хаотическая н устрашающая своим многообразием совокупность видов и форм, а как иерархически упорядоченная система, имеющая единую молекулярную структурную организацию, Вплоть до середины ХХ в.
развитие биологии происходило путем ступенчатой редукции — последовательного перехода от изучения более сложных биосистем к изучению менее сложных, в соответствии с субор- динационной структурной организацией живой природы. В своем движении от высшего к низшему, от функции к структуре биология, наконец, подошла к исследованию простейшего уровня биологических систем — нх молекулярного "дна", С появлением молекулярной биологии и ее состав- ной части — молекулярной генетики, наука обрела качественно новое представление о единстве, целостности н субординационной взаимосвязи всего живого и универсальности процессов жизнедеятельности. Перед биологией открылся принципиально новый, холосгический путь познания.
Она впервые получила возможность развиваться в диаметрально противоположном направлении — от простого к сложному, от структуры к функции, от изучения организации элементарных биосистем вверх по ступенькам иерархии живого. Открылась перспектива становления биологии как точной науки, имеющей единый, объемлющий все ее направления, теоретический базис. Но это не все. Биология, приступив к физико- химическому исследованию атомно-молекулярных систем, соединилась на том же уровне с физико-химическим изучением явлений неорганического мира. Таким образом, у науки о живой природе появилась возможность строить исследования простейших биосистем иа атомно-молекулярной основе, созданной ранее физикой и химией, а естествознание благодаря молекулярной биологии впервые обрело общую элементарную основу для познания сущности живой и неживой природы. Перечень достижений естествознания ХХ в.
фундаментальной важности был бы неполным без еще одного эпохального события, которое лронзошло совсем недавно — в конце 70-начале 80-х годов. Речь идет о возникновении нелинейной неравновесной термодинамики, или физики открытых систем. Ее становление обязано прежде всего И.Р.
Пригожину, разработавшему теорию динамических состояний макроскопических систем особого типа — диссипативных самоорганизующихся структур— и теорию бифуркаций, дифференцирующую беспорядочные флуктуации на обратимые (равновесные) и необратимые (неравновесные). Они составили основу для изучения явлений, суть которых определяется неразрывной связью макроскопических свойств большого ансамбля с индивидуальными свойствами микроскопических составляющих. В открытых системах, находящихся вдали от положения равновесия, могут протекать процессы, приводящие к спонтанному возникновению порядка из хаоса. Источником самопроизвольного конструирования пространственного и пространственно-временного порядка на всех уровнях структурной организации системы является необратимость бифуркационных флуктуаций.
Нелинейная неравновесная термодинамика осуществила синтез вероятности и необходимости, кумулятивного развития и скачкообразных изменений, физической концепции развития Клаузиуса и эволюционной теории Дарвина, равновесной термодинамики, изучающей макроскопическое проявление множественных систем вне связи с конкретным механизмом, свойствами и строением микросоставляющих, и классической физики (как и квантовой механики), изучающей детали процессов, свойства и строение микро- и макросистем, состоящих из малого числа компонентов.
Новая область знаний собрала воедино то, что было разъято на составные части, и установила соотношения между тем, что противопоставлялось друг другу, казалось взаимоисключающим нли отрицалось как иллюзия или результат неполного знания. Представление о мире исключительно как о стационарной системе, в которой необходимость порождает только необходимость, оказалось несостоятельным и было опрокинуто многочисленными фактами из всех областей естествознания. Мир явился качественно многообразным, темпоральным, полным случайных и непредсказуемых 10 иррациональных событий. Возникла убежденность, что вероятность и необратимость представляют собой объективные реальности, имманентные свойства материи, обусловливающие эволюционные процессы усложнения и совершенствования структур и способность живой и неживой природы спонтанно конструировать порядок из хаоса. Таким образом, благодаря становлению квантовой механики, молекулярной биологии и нелинейной неравновесной термодинамики вступающее в ХХ1 в.
естествознание имеет единый элементарный фундамент и представляет собой обобщенную науку о совершающихся в природе деградации и созидании структур, обратимых и необратимых процессах, вероятностных и каузальных явлениях. Возросшие совокупные возможности физики, химии и биологии, происшедшие глубинные синтезы понятий о времени и динамике, случайности и необходимости, порядке и хаосе означали вступление науки о живой и неживой природе в новую фазу своего развития — фазу обобщенного естествознания.
Оно все чаще начинает выступать как цельная наука, как натурфилософия наших дней, изучающая органический мир, неорганический мир и взаимоотношения между ними с общей естественнонаучной позиции. Во все времена предпринимались попытки понять, что такое жизнь, почему существует живая и неживая природа, в чем причина особенностей растительных и животных организмов и неорганических тел, чем обусловлены постоянная изменчивость и эволюционное развитие органического мира на фоне кажущегося неизменным или даже деградирующим неорганического мира, есть ли между ними что-либо общее и, наконец, подчиняются ли оба мира единым законам. Вплоть до наших дней эти и многие другие вопросы, затрагивающие структурную организацию биосферы, а также научное мышление и различные аспекты проблемы белка, могли рассматриваться лишь на философском уровне или, в лучшем случае, на чисто эмпирической основе.
Истинно научная постановка многих проблем стала возможной только сейчас, после возникновения обобщенного естествознания. Некоторые из перечисленных выше вопросов общего характера обсуждаются во введении, которое следует рассматривать идейным вступлением к изложению основного материала, посвященного теории и методу расчета молекулярной структурной организации природных аминокислотных последовательностей — центральной задаче проблемы белка. Биосфера и научное мышление. Поверхностный слой нашей планеты и примыкающий к нему слой тропосферы, с которыми связана жизнь, образуют особое биологическое пространство, названное еще Ж.Б. Ламарком "областью жизни", или "биосферой". Появившись первоначально в водной стихии, биосфера со временем распространилась на весь материковый слой и атмосферную оболочку, образовав саморазвивающуюся систему открытого типа, обменивающуюся с космосом веществом и энергией, К моменту появления в четвертичном периоде вида "Ното зар!епз" биосфера обладала внеземной структурной организацией.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
