SlideShare a Scribd company logo
1 of 19
Немцева Елена Владимировна Биология клетки: биофизика Сибирский федеральный университет Институт фундаментальной биологии и биотехнологии 2011 8
Лекция  8 Концепция «Белок-машина» (по Д.С. Чернавскому) Чернавский Д.С., Чернавская Н.М. "Белок-машина". Биологические макромолекулярные конструкции. М: "Янус-К", 1999, 256 с.
Размеры - нм Белок как физическое тело ,[object Object],[object Object],[object Object],Молекулярный вес – десятки кДа Число а.к.о. -несколько сотен Макроскопическое тело в физическом понимании : Применимы такие понятия макрофизики как температура, упругость, диэлектрическая проницаемость и т.п.  К какому из известных классов макроскопических физических тел можно отнести белковую макромолекулу?  Масштаб объекта Число атомов- около тысячи Концепция «Белок-машина»  1
Белок как физическое тело Гипотезы относительно аналогий белковых макромолекул объектам неживой природы На что это похоже? ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],С чем аналогично? 2 - «Белок-кристалл» ? Но в белке нет периодичности  3 - «Белок-апериодический кристалл» ? =«безалкогольная водка»  4 - «Белок-стекло» ? Обсужается..  Концепция «Белок-машина»  2
Белок как физическое тело Гипотезы относительно аналогий белковых макромолекул объектам неживой природы АНАЛОГ? 4 - «Белок-стекло» ? Обсужается… Но не очень популярна, т.к. не отвечает на вопрос механизма функционирования белков-ферментов… ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],Концепция «Белок-машина»  3
Белок как физическое тело Гипотезы относительно аналогий белковых макромолекул объектам неживой природы АНАЛОГ? 5 – Теория агрегатных состояний полимерных цепей И. М. Лившица Рассмотрен гомополимер, методами стат. физики для ансамбля независимых частиц, но соединенных ковалентными связями ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],Концепция «Белок-машина»  4
Белок как физическое тело Белок строится «по плану», который предусматривает целесообразное использование этого объекта. «План» - информация о структуре создается в процессе эволюции биосферы, сохраняется в геноме и передается потомству. АНАЛОГ? Аналогом может служить объект, построенный по плану, предусматривающему его целесообразное использование. Что же это? БИОЛОГИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ! Концепция «Белок-машина»  5
Белок как физическое тело Конструкция  – механическая гетерогенная система, построенная по определенному плану и предназначенная для выполнения определенной функции АНАЛОГ? Теория машин и механизмов (ТММ) Информация о конструкции создается в процессе эволюции техники, хранится в архивах и используется при  ее построении. Выдвинута в 1967 г. в работе трех авторов: Ю.И. Хиругина, Д.С. Чернавского и С.Э. Шноля Аналогия между макромолекулами белков-ферментов и конструкциями является основой концепции «БЕЛОК-МАШИНА» Концепция «Белок-машина»  6
Из теории машин и механизмов АНАЛОГ? Макроскопические конструкции состоят из деталей нескольких типов: ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],Детали стандартизованы, т.е. взаимозаменяемы.  В случае необходимости возможно использование нестандартных деталей. Концепция «Белок-машина»  7
Из теории машин и механизмов АНАЛОГ? Классификация конструкций: ,[object Object],[object Object],[object Object],Концепция «Белок-машина»  8
Из теории машин и механизмов ,[object Object],АНАЛОГ? По отношению к биологическим макромолекулам: ,[object Object],[object Object],[object Object],Концепция «Белок-машина»  9
Использование концепции «белок-машина» ,[object Object],2.  Молекулярная эволюция – механизм возникновения сложных структур 3. Бионика – использование результатов исследования живых систем для создания искусственных конструкций Концепция «Белок-машина 10
Теория упругости и СопроМат для белков Основа теории упругости – зависимость между  приложенной к объекту силой и его деформацией. Направления силы и деформации совпадают далеко не всегда. ,[object Object],[object Object],[object Object],давление модуль упругости относительная деформация Концепция «Белок-машина»  11
Теория упругости и СопроМат для белков ,[object Object],[object Object],[object Object],Напрягаются слабые связи   они рвутся   напрягаются ковалентные связи    они рвутся   разрушение образца Концепция «Белок-машина»  12
Теория упругости и СопроМат для белков Модуль упругости  G l   ( эрг/см 3 ) зависит от того, какие именно силы и связи определяют механические свойства тела ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],Концепция «Белок-машина»  13
Теория упругости и СопроМат для белков В биологических полимерах  область текучести  связана с перезамыканием водородных связей Теоретическая оценка предела текучести   -спиралей дает  U cr = 0,05 Характерно для многих (не-биологических) материалов Концепция «Белок-машина»  14
Теория упругости и СопроМат для белков Другие виды деформаций: ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],Концепция «Белок-машина»  15
Энергоемкость и размеры белков Энергоемкость деформированного образца зависит от его объема   V , модуля упругости  G l   и величины деформации   U . Критическая (максимальная) энергия, запасаемая в резервуаре заданного объема  ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],V cr = 128  10 -21  c м 3 l cr   = 5     10 - 7  см   Белки не могут быть размером меньше энергетического резервуара (иначе не выполнят функцию), но быть много больше – уже непозволительная роскошь. Концепция «Белок-машина»  16
2 . С какими макроскопическими телами (не-биологическими) сходны белки по свойствам? Вопросы для самоконтроля по теме 3 . Какая аналогия лежит в основе концепции «Белок-машина»? 4 . На какие типы подразделяют детали макроскопических конструкций? Какие структуры белков играют роль этих деталей? 6 . Какие выводы относительно роли структурных элементов белков позволяет сделать теория упругости? 1 . Почему молекулу белка можно рассматривать как макроскопическое тело? 5 . Чем различаются простые конструкции «ферма» и «машина»? Как функционируют сложные конструкции? 7 . Как с точки зрения теории упругости можно объяснить характерный размер белков? Концепция «Белок-машина»  17

More Related Content

Similar to Биофизика2011-8

Similar to Биофизика2011-8 (9)

лекция 3.основные понятия в химии вмс
лекция 3.основные понятия в химии вмс лекция 3.основные понятия в химии вмс
лекция 3.основные понятия в химии вмс
 
клетка
клеткаклетка
клетка
 
881
881881
881
 
Sulimov 2009 10_30
Sulimov 2009 10_30Sulimov 2009 10_30
Sulimov 2009 10_30
 
lesson 1
lesson 1lesson 1
lesson 1
 
структуры белков
структуры белковструктуры белков
структуры белков
 
384
384384
384
 
Биофизика2011-11
Биофизика2011-11Биофизика2011-11
Биофизика2011-11
 
Дыбнов Никита
Дыбнов НикитаДыбнов Никита
Дыбнов Никита
 

More from nemelev

Otchet_lab_2013
Otchet_lab_2013Otchet_lab_2013
Otchet_lab_2013nemelev
 
Биофизика2011-12
Биофизика2011-12Биофизика2011-12
Биофизика2011-12nemelev
 
Биофизика2011-6а
Биофизика2011-6аБиофизика2011-6а
Биофизика2011-6аnemelev
 
Биофизика201-5
Биофизика201-5Биофизика201-5
Биофизика201-5nemelev
 
Биофизика2011-4
Биофизика2011-4Биофизика2011-4
Биофизика2011-4nemelev
 
Биофизика2011-3
Биофизика2011-3Биофизика2011-3
Биофизика2011-3nemelev
 
Биофизика2011-2
Биофизика2011-2Биофизика2011-2
Биофизика2011-2nemelev
 
Биофизика2011-1
Биофизика2011-1Биофизика2011-1
Биофизика2011-1nemelev
 

More from nemelev (8)

Otchet_lab_2013
Otchet_lab_2013Otchet_lab_2013
Otchet_lab_2013
 
Биофизика2011-12
Биофизика2011-12Биофизика2011-12
Биофизика2011-12
 
Биофизика2011-6а
Биофизика2011-6аБиофизика2011-6а
Биофизика2011-6а
 
Биофизика201-5
Биофизика201-5Биофизика201-5
Биофизика201-5
 
Биофизика2011-4
Биофизика2011-4Биофизика2011-4
Биофизика2011-4
 
Биофизика2011-3
Биофизика2011-3Биофизика2011-3
Биофизика2011-3
 
Биофизика2011-2
Биофизика2011-2Биофизика2011-2
Биофизика2011-2
 
Биофизика2011-1
Биофизика2011-1Биофизика2011-1
Биофизика2011-1
 

Биофизика2011-8

  • 1. Немцева Елена Владимировна Биология клетки: биофизика Сибирский федеральный университет Институт фундаментальной биологии и биотехнологии 2011 8
  • 2. Лекция 8 Концепция «Белок-машина» (по Д.С. Чернавскому) Чернавский Д.С., Чернавская Н.М. "Белок-машина". Биологические макромолекулярные конструкции. М: "Янус-К", 1999, 256 с.
  • 3.
  • 4.
  • 5.
  • 6.
  • 7. Белок как физическое тело Белок строится «по плану», который предусматривает целесообразное использование этого объекта. «План» - информация о структуре создается в процессе эволюции биосферы, сохраняется в геноме и передается потомству. АНАЛОГ? Аналогом может служить объект, построенный по плану, предусматривающему его целесообразное использование. Что же это? БИОЛОГИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ! Концепция «Белок-машина» 5
  • 8. Белок как физическое тело Конструкция – механическая гетерогенная система, построенная по определенному плану и предназначенная для выполнения определенной функции АНАЛОГ? Теория машин и механизмов (ТММ) Информация о конструкции создается в процессе эволюции техники, хранится в архивах и используется при ее построении. Выдвинута в 1967 г. в работе трех авторов: Ю.И. Хиругина, Д.С. Чернавского и С.Э. Шноля Аналогия между макромолекулами белков-ферментов и конструкциями является основой концепции «БЕЛОК-МАШИНА» Концепция «Белок-машина» 6
  • 9.
  • 10.
  • 11.
  • 12.
  • 13.
  • 14.
  • 15.
  • 16. Теория упругости и СопроМат для белков В биологических полимерах область текучести связана с перезамыканием водородных связей Теоретическая оценка предела текучести  -спиралей дает U cr = 0,05 Характерно для многих (не-биологических) материалов Концепция «Белок-машина» 14
  • 17.
  • 18.
  • 19. 2 . С какими макроскопическими телами (не-биологическими) сходны белки по свойствам? Вопросы для самоконтроля по теме 3 . Какая аналогия лежит в основе концепции «Белок-машина»? 4 . На какие типы подразделяют детали макроскопических конструкций? Какие структуры белков играют роль этих деталей? 6 . Какие выводы относительно роли структурных элементов белков позволяет сделать теория упругости? 1 . Почему молекулу белка можно рассматривать как макроскопическое тело? 5 . Чем различаются простые конструкции «ферма» и «машина»? Как функционируют сложные конструкции? 7 . Как с точки зрения теории упругости можно объяснить характерный размер белков? Концепция «Белок-машина» 17