http://lechebnaya-glina.ru » Материя организма

Перенос энергии

Автор: lenka   Май 8, 2015 Нет комментариев

При переносе энергии нейтральными возбуждениями (энергетическими солитонами) электрических явлений в цепи биополимера не возникает. Однако многие биологические явления напрямую связаны с переносом электронов от донорных молекул к акцепторным. Если перенос электронов происходит в химических межмолекулярных редоксреакциях, он может быть описан как процесс квантовомеханического туннелирования [139]. Но если перенос электрона происходит между удалёнными центрами по протяжённой молекулярной цепи, в которой атомы и атомные группы связаны между собой ковалентными, водородными или вандерваальсовскими силами, возможность простого туннелирования становится
очень маловероятной, а другие
механизмы
не представляются
физически обоснованными. Тем
не менее,

в биологической литературе перенос электронов по молекулярным структурам биополимера попрежнему постулируется как абсолютный факт, и даже сами цепи называют «цепями электронного транспорта».
Задача переноса энергии с участием электронов также была решена Давыдовым в рамках той же теории возбуждения. Он показал, что для этого случая механизм переноса электрона может быть найден, если учесть нелинейное взаимодействие между атомными группами в самой молекулярной цепи, по которой движется электрон, в виде смещений равновесных положений атомных групп молекулы. Было показано, что в этом случае по молекулярной цепи перемещается квазичастица, представляющая собой электрон с окружающей его локальной деформацией, названная Давыдовым «электросолитон». Стабильность электросолитона обусловлена взаимной компенсацией в молекулярной цепи эффектов нелинейности и дисперсии и наиболее проявляется в мягких одномерных цепочках из пептидных групп в белках. Двигаясь всегда со скоростью, меньшей скорости продольного звука, электросолитон не излучает фононов, т. е. не теряет своей энергии. Механизм образования электросолитона полностью решает задачу объяснения эффективности переноса электронов без потери энергии в цепях электронного транспорта. Из него также следует, что спиральные участки белковых молекул являются идеальными путепроводами для движения электронов в форме электросолитона от донорных к акцепторным концам молекул. Аналогичный механизм получен и для движения по молекулярной цепи двух спаренных электронов, также перемещающихся одновременно с деформацией молекулярной цепочки. Суммарный спин электронов в спаренном состоянии равен нулю. Такое состояние связанных электронов Давыдов назвал биосолитоном. Биосолитоны переносят пары электронов в синглетном спиновом состоянии вдоль цепочек биомолекул без потери ими энергии, что имеет особое значение для физического обоснования процессов синтеза и гидратации молекулы АТФ в живых организмах.
Образование солитона при самоканализации акустическими фононами было подтверждено в 80х годах в экспериментальных исследованиях Карери [137] на модели белка, в качестве которой была использована молекула ацетанилида СН3СОNНС6Н5 (молекула АЦН). Динамическое поведение этой молекулы сходно с динамикой молекул естественного белка, поскольку обе молекулы имеют близкие значения расстояний и углов в пептидной группе СОNН, причём и в кристаллическом АЦН и αспиральной структуре белка, исследованной А. С. Давыдовым, имеют место связанные водородной связью пептидные каналы с атомной структурой
Н–N–С=О∙∙∙H–N–C=O∙∙∙Н–N–С=О∙∙∙
Кристалл АЦН исследовался методом «накачкапрoба»,36 в котором накачка осуществлялась лазерным импульсом на частоте 1640 см–1 длительностью 150 фс. В инфракрасном спектре поглощения кристалла наблюдаются пик самоканализации (солитон) 37 при 1650 см–1 и стандартный делокализованный пик при 1665 см–1. Александер и Крумхастл [140] экспериментально показали, что существует и другое место самоканализации энергии — межатомная связь N–Н, где Н связан водородной связью с другим лигандом молекулы (или с молекулой воды, как показано в [141]). Методом накачкипробы в эксперименте были найдены локализованные моды 3260, 3195 и 3137 см–1. По мнению авторов работы [140], эта группа мод ведёт себя таким образом только тогда, когда протон участвует и в NНколебании и в водородной связи, что увеличивает параметр нелинейности .
Все результаты, относящиеся к самоканализации энергии, приводящей к образованию солитона — «одиночной волны» энергии, и к последующей транспортировке этого кванта по молекулярной цепи, были получены А. С. Давыдовым для описанной выше идеализированной «жёсткой» модели полипептидной цепочки белка. Однако принципы физической синергетики позволяют нам утверждать, что, поскольку в этой модели самоканализация акустическими фононами при действии внешней энергии возбуждения связана только лишь с коллективными нелинейными колебательными процессами, имеющими место в дипольной цепи с достаточным параметром нелинейности , то физическое решение этой задачи — солитон, переносящий энергию по белковой цепи, является решением и исходной «мягкой» модели, в качестве которой рассматривалась реакция белок—АТФ. Следует особо отметить, что квантовомеханическое рассмотрение этого процесса показывает, что солитон есть квант энергии, переносящий вдоль молекулярной цепи количество энергии, равное энергии продольного колебания С=Освязи. Кроме того, в жёсткой модели, для которой было получено решение, вообще говоря, отсутствует какаялибо биохимическая специфика молекулярной цепи, кроме её ангармонизма, а значит, полученное решение можно рассматривать как решение для любых биополимеров.
Таким образом, фундаментальный результат работ Давыдова состоит в следующем: энергия, вносимая внешними источниками в цепи биополимеров живых систем, преобразуются ими в когерентную, в квант энергии солитон (солитон, электросолитон, биосолитон). Эта энергия свободно и без потерь транспортируется по молекулярной цепи, обеспечивая возможность всех биохимических процессов живой клетки: эндоэргические реакции биополимеров, их конформации и их механическое перемещение в цитоплазме клетки. При этом солитоны транспортируются только по цепям биополимера и выйти за их пределы не могут. Они, таким образом, являются «биохимическим потоком энергии» живой клетки.
Революционность решения, полученного А. С. Давыдовым для задачи переноса энергии по цепи биополимера, состоит не только и не столько в самом решении — оно уже было многократно повторено, расширено и уточнено, — как в принципиальном введении в биологию методов и моделей нелинейной теоретической физики. То, что результатом взаимодействия некогерентной химической энергии с молекулярной цепью биополимера является её преобразование в энергию когерентную и квантованную, определяет ещё один эффект, не отмеченный до сих пор в биоматематике. Он состоит в том, что такая энергия поглощается молекулой не в любых, а только в резонансных процессах. Это обстоятельство может оказаться важнейшим при рассмотрении межмолекулярных взаимодействий.

1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (Еще не оценили)
Загрузка...

Выразить свое мнение:

Копирование и использование материалов сайта разрешено только при наличии прямой ссылки на источник.
Голубая глина и белая для масок для лица и волос. Фитотерапия и спирулина