Дополнительно к размышлениям об энергиях (температуре): Горячее и кислое: Уточнение условий, http://www.scorcher.ru/journal/show_news.php?id=352


03.05.2011г. 16:43:32

Sergish: «…заметка натолкнула на размышления. Что температура - тоже фактор эволюции. В смысле двигатель». Это, по-видимому, как очевидность, но если разбираться по-сути, то температуру можно рассматривать как индикатор изменения потоков энергии. То есть, при тех или иных условиях поток, обладающей определенной энергией (или температурой) распадается на струи, образуя два и более потока, каждый из которых обладает энергией меньшей, чем до распада. А условия распада/слияния могут заключаться в структуре (отношением между элементами системы) молекулярного комплекса (белок, вирус и т.п.). Понятно, что приток (эндергоническая реакция) и отток (экзергоническая) в таком комплексе будет зависеть от состояния такой структуры. Я это к тому, что по температурному индикатору( энергия) можно отслеживать функционал таких комплексов. А если при этом еще и разобраться с внутренним перераспределением в нем, то можно достаточно точно прогнозировать «поведение» таких комплексов.

03.05.2011г. 16:44:41

Sergish:Тут есть ещё такая тонкость. Когда был студентом и на втором курсе изучал биохимию, то для меня стал откровением один простой факт, достойный школьного учебника - в живых организмах почти вся энергия извлекается одним общим способом - передачей электронов.
Фотосинтез - поглощение фотона вызывает переход электрона на более высокий энергетический уровень, а его передача молекуле воды сопровождается выделением энергии, идущей на синтез АТФ.
Хемосинтез - электроны передаются от донора (восстановителя - водород, железо (II) и др.) к акцептору (окислителю - нитрат, углекислый газ и др.)
У гетеротрофов и автотрофов - окисление органических соединений - тот же перенос электронов.
Процесс передачи электронов сопряжён или с переносом энергетически конвертируемой форме (электрохимическому градиенту или АТФ) или же запасается.

Другие способы прямого извлечения энергии для живых организмов неизвестны - все остальные формы рассеиваются, даже такие, казалось бы выгодные, как расщепление полимеров (белков, углеводов) до мономеров.
Белки не могут поглощать механическую энергию в той форме, в которой они могут использовать энергию для метаболизма.

О температуре. Белки - это катализаторы. Они могут быть стабильны лишь в ограниченном диапазоне температур. А скорость катализируемых ими реакций с возрастанием температуры должна возрастать (см. уравнение Аррениуса). Поэтому температурный оптимум связан с температурой стабильности белка. Почему именно два пика стабильности - не совсем понятно.

04.05.2011г. 6:06:41

Вопросы, без ответов (хотя бы гипотетических) на которые, по-видимому, вряд ли можно понять феномен описанный в статье:
Температура причина или следствие эволюции?
Механическая энергия – что это?
Какова причина и каков механизм, обеспечивающий температурную «бистабильность» (динамическое равновесие) белков?


04.05.2011г. 7:41:03

Попробую ответить в меру своего знания (они основаны на основе одной книжке по ферментативной кинетике, автор Корниш-Боуден)
В основе представлений о температурной стабильности белков лежит представление о том, что структура белков "дышит". Этот термин подразумевает, что структура белков обратимо (это очень важно!) денатурирует. То есть есть конформации, в которых белок активен как фермент, а есть денатурирующие конформации, в которых он неактивен.
Предполагается, что с повышением температуры всё большая часть белка переходит в денатурируемую форму, правда при этом и повышается скорость катализируемых реакций.
Дойдя до определённой температуры, доля ненатурируемых форм белка становится настолько большой, что скорость катализируемых реакций начинает уменьшаться.
Начиная с определённой температуры, часть белка настолько кардинально начинает изменять конформацию, что денатурация становится необратимой.
Есть правда белки, котрые можно кипятить, а они всё равно не теряют ферментативной активности. В таких белках много аминокислот цитстеина (кстати непременный атрибут железо-серных белков!), которые сшивают различные фрагменты белков дисульфидными мостиками.

Но вопрос о дискретности температурных оптимумов катализа остаётся открытым.

Есть ещё один интересный факт - максимальная теплоёмкость воды (образно говоря, "сопротивляемость" изменению температуре при нагревании и охлаждении) - 37 градусов. Случайно ли эта температура совпадает с температурой теплокровных?

А многие ли задумывались, почему у теплокровных температура более-менее стабильна. Почему бы не быть множеству вариантов теплокровных - и 45 градусов, и 20 градусов?


04.05.2011г. 9:01:04

"Температурный оптимум" можно сравнить с явлением резонанса, когда получаем пики химической активности при определенной температуре. "Тепло" ведь как известно - колебания молекул. Хим. реакция сопровождается выделением тепла определенной температуры (определенная частота колебаний). Накладываем на нее аналогичную внешнию температуру - получаем резонанс.
А температура хим реакции зависит от свойств веществ в ней учатсвующих, в данном случае белка, как основного катализатора. Мы все белковые существа - потому "любим" 37гр.

Может по дилетански, но как то так

04.05.2011г. 9:05:35

автор: LUCA сообщение 8152

Есть ещё один интересный факт - максимальная теплоёмкость воды (образно говоря, "сопротивляемость" изменению температуре при нагревании и охлаждении) - 37 градусов. Случайно ли эта температура совпадает с температурой теплокровных?

Ну это просто Все передохли, кто ставил датчики на другую температуру.

04.05.2011г. 9:08:53

LUCA: «То есть есть конформации, в которых белок активен как фермент, а есть денатурирующие конформации, в которых он неактивен». Это вполне правомерно при условиях постоянного притока/оттока энергии (динамическое равновесие, резонанс). Изменение отношения притока/оттока ведет к изменению конформаци (структуры) белка, а значит и перераспределению потоков внутри белка. Здесь уместно вспомнить работу о солитонах лямбда (http://www.scorcher.ru/articles/art.php?id_art=1403). Это твое предположение по третьему вопросу.
Что же касаемо 1 и 2, то тоже хотелось бы и по ним услышать хотя бы предположения.
У меня же по первому было высказывание, что температура не причина, а следствие (индикатор). А по-второму, я больше склонен «механическую» энергию отнести к гравитационным процессам, нежели к электромагнитным. Но, здесь есть поле для дискуссии.


04.05.2011г. 11:17:14

Сами живые организмы способны приспособиться, размножаться и эволюционировать в диапазоне температур где-то от -10 (во льдах и подлёдных водоёмах Антарктиды) до +130 градусов.

Но если определять оптимум работы ферментов даже в таких маргинальных организмах, то они вряд ли совпадут с температурой их обитания. Большинство ферментов, как правило, оптимально работают в диапазоне от +30 до +60 градусов. Так что здесь я согласен - температура - это следствие, а не причина. Это выражается в том, что популяции, обитающие в крайних температурных вариантах, будут рано или поздно, стремиться освоить потенциально температурные диапазоны, более для них благоприятные, в которых возможна и большая биомасса, и большее разнообразие видов.

Что касается механической энергии, то я уже писал, что живые организмы не умеют её преобразовывать в энергию, пригоднуую для метаболизма. Здесь вектор преобразования энергии однозначен - из потока электронов (электрохимического градиента) - во все остальные формы энергии, но не наоборот.

04.05.2011г. 11:33:09

По поводу «механической» энергии есть два варианта: либо отказаться от понятия «механический» в предметной области молбио, так как данное явление касается макрообъектов, в пределах ньютоновской физики, либо попытаться объяснить его с помощью гравитационных и/или электромагнитных градиентов.
LUCA: «…популяции, обитающие в крайних температурных вариантах, будут рано или поздно, стремиться освоить потенциально температурные диапазоны…». Есть еще один вариант, это изменять температуру за счет связывания «лишней» энергии в молекулярные комплексы (или наоборот).


04.05.2011г. 11:47:39