"МИС-РТ" - 2011. Сборник №50-1-10-15.

НЕЛИНЕЙНЫЕ КОЛЕБАНИЯ НА
МОЛЕКУЛЯРНОМ И КЛЕТОЧНОМ УРОВНЯХ
В БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

Воейков В.Л.
МГУ им. М.В. им. М.В.Ломоносова, Биологический факультет
Кафедра Биоорганической Химии
ТЕМАТИЧЕСКИЕ ЧТЕНИЯ В ШКОЛЕ "ПИЛОТ"ОТ ПЕРВЫХ ЛИЦ
sb50-1.pdf

10 декабря 2011 г.

РИТМИЧЕСКАЯ ЖИДКОСТНАЯ ЦЕЛОСТНОСТЬ ОРГАНИЗМА

 

     До конца прошлого века изучение колебательных процессов не относилось к приоритетным направлениям исследований в молекулярной и клеточной биологии. Традиционно эти разделы биологии базируются на представлениях классической термодинамики и органической химии, энзимологии и фармакологии. Так, считается, что скорость биохимических процессов определяется концентрациями участвующих реагентов (закон действующих масс) и соотношением констант элементарных реакций. Чрезвычайно высокая скорость протекания реакций в клетке объясняется каталитической активностью соответствующих ферментов, а строгая избирательность этих процессов, практически полное отсутствие побочных реакций - молекулярной комплементарностью участников химических превращений (принцип "ключ-замок"). Протекание в клетке энергопотребляющих процессов объясняют тем, что они сопряжены с термодинамически выгодными реакциями, в ходе которых энергия освобождается. А увеличение степени упорядоченности продуктов при синтезе специфических биополимеров из мономеров, явное понижение энтропии в ходе развития живых организмов объясняют тем, что как структура полимеров, так осуществляемые с их участием процессы жизнедеятельности, включая весь ход биологического развития, закодированы в последовательностях эволюционно отобранных генов.
     Благодаря развитию новых методов исследования, позволяющих наблюдать в реальном времени и с высокой степенью разрешения за ходом внутриклеточных процессов, установлено множество фактов, которые не согласуются со сложившимися в классической биохимии взглядами. В клеточную и молекулярную биологию стали проникать представления неравновесной термодинамики, синергетики, теории диссипативных динамических систем, теории нелинейных колебаний. Хотя экспериментальные исследования колебательных режимов в биохимических реакциях, протекающих как в живых клетках, так и in vitro, стали развиваться только недавно и затрагивают пока весьма ограниченный круг реакций, уже ясно, что колебательные режимы играют фундаментальную роль в нормальных процессах жизнедеятельности.
     В докладе будут приведены примеры биохимических процессов, для которых характерны нелинейные колебания во времени и в пространстве живых систем и будет рассмотрена роль колебательных режимов в регуляции процессов жизнедеятельности. Мы обсудим вопрос о наиболее общих эндогенных причинах возникновения осцилляций в ходе биохимических процессов. Мы полагаем, что в основе биоритмов лежат окислительные реакции c участием активных форм кислорода, протекающие в водных системах. В ходе этих реакций в условиях, характерных для существования жизни, могут спонтанно возникать осцилляции, играющие роль ритмоводителей для процессов более высоких уровней организации.