АВТОКАТАЛИТИЧЕСКИЕ ХИМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
В биологии особое значение имеют автокаталитические химические системы. Достаточно указать, что авторепродукция КДеток и организмов эквивалентна автокатализу. Вернемся сначала к феноменологическому термодинамическому рассмотрению. Как мы видели, для химических процессов критерий …
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ
Неотъемлемой особенностью биологических объектов — клеток и организмов — является их историчность, т. е. возникновение и развитие изучаемой системы в конечном интервале времени. Развитие биологической системы всегда необратимо, и в …
ЭЛЕКТРОННО-КОНФОРМАЦИОННЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
Самые общие соображения показывают, что перенос электрона, сдвиг электронной плотности в конденсированной ср. еде должны сопровождаться изменениями положений атомов, атомных ядер среды. Все степени свободы молекулярной системы, т. е. системы, …
НЕЛИНЕЙНЫЕ ХИМИКО-ДИФФУЗИОННЫЕ СИСТЕМЫ
Рис. 8.14. Фазовые траектории на плоскости X, Y. Результаты численного интегрирования уравнений (8.61) с А = 1 В = 3 при начальных значеннях: л=У = -0(1), Х=У = 1 (2), …
ТЕОРИЯ ДОБИОЛОГИЧЕСКОЙ ЭВОЛЮЦИИ
Основные проблемы, с которыми имеет дело теория добиоло- гической эволюции, это проблема возникновения самоорганизующихся полимерных систем из первоначальной хаотической смеси различных мономеров и проблема последующей эволюции таких систем. Сходные проблемы …
ФОТОСИНТЕЗ
В главах 3—5 рассмотрены биоэнергетические явления — трансформация химической энергии, запасенной в АТФ, в осмотическую и механическую работу. В гл. 6 описан обратный процесс — образование АТФ в результате работы …
ПЕРИОДИЧЕСКИЕ ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ
T Для понимания периодических биологических процессов важно исследовать периодические процессы в относительно простых гомогенных химических системах, реализуемые in vitro. Такие процессы действительно существуют. Белоусов впервые наблюдал периодические колебания окраски раствора …
ПОЛИНУКЛЕОТИДНЫЕ И ПОЛИПЕПТИДНЫЕ СИСТЕМЫ
Экспериментально установлено матричное автокопирование полирибоадениловой кислоты при низких рН, а также автокопирование полирибоцитидиловой кислоты. Представим себе автокопирование нуклеиновой кислоты с X разных нуклеотидов. Считая узнавание равновесным, имеем Вероятность пары И …
ХЛОРОФИЛЛ И ДРУГИЕ ПИГМЕНТЫ
Во всех фотосинтезирующих клетках, за исключением фото- синтезирующих бактерий, фигурирует хлорофилл а (Chi а). В бактериях вместо Chi а наличествует бактериохлорофилл Сн. НС (р Л І, ІЩ— }-N4 N=/ ¥- …
НЕЛИНЕЙНЫЕ ФЕРМЕНТАТИВНЫЕ ПРОЦЕССЫ
В ферментативных процессах могут проявляться различные типы нелинейных зависимостей от концентраций реагентов; в частности, удается наблюдать и периодические ферментативные реакции (см. § 8.7). Стационарная кинетика ферментативных процессов может быть нелинейной …
ТЕРМОДИНАМИКА И ЭВОЛЮЦИЯ
Теория Эйгеиа согласуется с термодинамикой нелинейных необратимых процессов (см. гл. 2 и 8). При постоянных потоках стационарное состояние характеризуется относительным минимумом производства энтропии. Такому состоянию соответствует доминирование отобранных гиперциклов. Если …
ФЕРМЕНТАТИВНЫЕ ПРОЦЕССЫ ФОТОСИНТЕЗА
Основными продуктами двух первичных фотохимических реакций являются восстановленное промежуточное соединение ХН и окисленное Z (см. рис. 7.1). Окислитель Z окисляет Н20 до 02, ХН восстанавливает С02 до углевода. Процессы эти …
АВТОКОЛЕБАНИЯ В ФЕРМЕНТАТИВНЫХ РЕАКЦИЯХ
Нелинейности в кинетике биохимических, ферментативных, процессов проявляются в ряде случаев в наблюдаемой их периодичности. Происхождение колебаний в биохимических системах в целом понятно — они определяются автокаталитической системой реакций и в …
ТЕОРИЯ ПЕРЕХОДА К БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЭВОЛЮЦИИ
В теории Эйгена селекция и эволюция реализуются в системе нуклеиново-белковых гиперциклов. Ответ на вопрос о том, что было ранее — «законодательная» нуклеиновая кислота или «исполнительный» белок — гласит: и то, …
ПЕРВИЧНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ФОТОСИНТЕЗА
Рассмотрим в заключение физику элементарных процессов, определяющих фотосинтез. Классификация этих процессов — первичных процессов фотосинтеза — дана Борисовым [75]. Рассмотрению подлежат следующие четыре типа явлений. А. Поглощение света хлорофиллом и …
АВТОКОЛЕБАНИЯ ПРИ ФОТОСИНТЕЗЕ
Периодические процессы непосредственно проявляются в физиологии как животных, та'.с и растительных организмов. Речь идет прежде всего о процессах, связанных с вращением Земли вокруг ее оси, со сменой дня и ночи, …
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЭВОЛЮЦИИ И ЦЕННОСТЬ ИНФОРМАЦИИ
Модельная теория Куна, изложенная в предыдущем параграфе, естественно, не претендует на то, чтобы реконструировать истинный путь эволюции на Земле. Как пишет Кун, задача теории состоит в том, чтобы «описать модель, …
ЗРЕНИЕ
Воздействие света на живые организмы не ограничивается фотосинтезом. Гетеротрофные организмы для своего существования должны получать информацию о пище, а на более высоких уровнях развития и о других факторах жизни, связанных …
ПЕРИОДИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В МЕМБРАНАХ
Мембраны клеток и внутриклеточных органоидов в значительной степени определяют их свойства. Естественно думать, что и периодические процессы, присущие живым организмам, связаны с периодическими явлениями в мембранах. Нелинейное поведение возбудимых мембран …
БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ
Биоэнергетические процессы, приводящие к синтезу АТФ, к зарядке «биологических аккумуляторов», протекают в специализированных мембранах митохондрий. Именно здесь локализованы и пространственно организованы молекулярные системы, ответственные за энергетику живых организмов. Синтез АТФ …
ЦЕННОСТЬ ИНФОРМАЦИИ И ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД
Рассмотрим в связи с изложенным количество и ценность ин- формаций в кодонах [75]. Информация (количество информации) любого из 61 функциональных кодонов, определяемая безотносительно к кодированию аминокислотного остатка, равна log2 61 …
МОЛЕКУЛЯРНЫЙ МЕХАНИЗМ ФОТОРЕЦЕПЦИИ
Исходя из общих принципов физики, биофизики и биологии, легко прийти к заключению, что первичный акт фоторецепции должен состоять в поглощении света молекулами некоего пигмента. Человек и высшие животные воспринимают свет …
ФИБРИЛЛЯЦИЯ ВОЗБУДИМОЙ СРЕДЫ
Рис. 8.40. Кооперативное изменение проницаемости мембраны при Q = Q0. Из изложенного в гл. 5 очевидно, что любая мышечная ткань представляет собой возбудимую среду, — возбуждение, сообщаемое сетью нервных волокон, …
СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА МИТОХОНДРИЙ
Митохондрии фигурируют во всех аэробных клетках животных и растений, за исключением некоторых примитивных бактерий, где функции митохондрий выполняет плазматическая мембрана. Число этих органоидов в клетке различно — от 20—24 в …
ОНТОГЕНЕЗ
Индивидуальное, онтогенетическое развитие многоклеточного организма, начинающееся в яйцеклетке еще до ее оплодотворения, представляет собой сложнейшую совокупность процессов, упорядоченных во времени и в пространстве. Приведем в этом разделе некоторые основные факты, …
МЕМБРАНЫ ФОТОРЕЦЕПТОРОВ
Как уже сказано, фоторецепторные клетки содержат стопки ламелл или дисков — мембран, в которых и локализованы зрительные пигменты. Число таких дисков в одной клетке велико, оно достигает 500—1000. Мембраны содержат …
НЕЛИНЕЙНОСТЬ И РЕГУЛЯЦИЯ
Биологические макромолекулы, надмолекулярные структуры, органоиды клетки, клетки, организмы представляют собой сложные системы, т. е. совокупности элементов, взаимодействующих друг с другом. Изучение явлений жизни исходит из исследования этих взаимодействий. Вместе с …
ТЕРМОДИНАМИКА ОКИСЛИТЕЛЬНОГО ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ
Как уже сказано, окислительное фосфорилирование сопряжено с ионным транспортом в митохондриальных мембранах. И субстраты, и продукты окисления и фосфорилирования являются ионами, и, очевидно, их транспорт должен влиять на скорость соответствующих …
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОНТОГЕНЕЗА
Краткие сведения об онтогенезе, приведенные выше, показывают, что он представляет собой необычайно сложную совокупность процессов. В сущности, это самые сложные процессы из всех, с которыми до сих пор встречалась наука. …
НЕЛИНЕЙНЫЕ ДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
Поведение динамической системы описывается физикой на языке детерминистической теории, пользующейся дифференциальными уравнениями. Динамические системы линейны, если их кинетическое поведение может быть представлено линейными дифференциальными уравнениями, т. е. уравнениями, коэффициенты которых …
НЕЛИНЕЙНЫЕ ДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ
Нелинейные системы характеризуются фазовыми портретами с различными особенностями, в частности, с устойчивыми и неустойчивыми особыми точками. Нелинейные системы способны переходить из одних состояний в другие под действием малых флуктуаций, нарастающих …
ХЕМИ0СМ0ТИЧЕСК0Е СОПРЯЖЕНИЕ
Механизм фосфорилирования в окислительно-восстановительной цепи до сих пор нельзя считать точно установленным. Важное значение для его исследования имеет теория хемиосмотиче - ского сопряжения, развитая Митчеллом. Эта теория была предложена впервые …
ИММУНИТЕТ
Специфические процессы клеточной дифференцировки ответственны за иммунитет, в частности, за продукцию антител в организмах позвоночных. Имеющаяся сейчас информация об этих процессах позволяет сформулировать физические проблемы, относящиеся к иммунитету, и подойти …
ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КИНЕТИКИ НЕЛИНЕЙНЫХ ПРОЦЕССОВ
Определим метод изучения биологической системы как построение кинетической модели и описание модели дифференциальными уравнениями, т. е. как построение математической модели и исследование решений этих уравнений. Достаточно общая форма математической модели …
ЖИВАЯ ПРИРОДА
Прежде чем попытаться дать физическую трактовку наиболее общих проблем биологии — проблем развития — полезно отойти в сторону и задуматься о живой природе в целом. Войдем в лес. Мы окружены …
