<!DOCTYPE article
PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.4 20190208//EN"
       "JATS-journalpublishing1.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" article-type="research-article" dtd-version="1.4" xml:lang="en">
 <front>
  <journal-meta>
   <journal-id journal-id-type="publisher-id">Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty</journal-id>
   <journal-title-group>
    <journal-title xml:lang="en">Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty</journal-title>
    <trans-title-group xml:lang="ru">
     <trans-title>АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ</trans-title>
    </trans-title-group>
   </journal-title-group>
   <issn publication-format="print">2499-9962</issn>
  </journal-meta>
  <article-meta>
   <article-id pub-id-type="publisher-id">55165</article-id>
   <article-id pub-id-type="doi">10.29039/rusjbpc.2022.0559</article-id>
   <article-categories>
    <subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="ru">
     <subject>Общая биофизика</subject>
    </subj-group>
    <subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="en">
     <subject>General biophysics</subject>
    </subj-group>
    <subj-group>
     <subject>Общая биофизика</subject>
    </subj-group>
   </article-categories>
   <title-group>
    <article-title xml:lang="en">SYMMETRY BREAKING IS THE PHYSICAL BASIS FOR THE PERFORMANCE OF &quot;USEFUL WORK&quot; BY BIOLOGICAL MOLECULAR MACHINES</article-title>
    <trans-title-group xml:lang="ru">
     <trans-title>НАРУШЕНИЕ СИММЕТРИИ – ФИЗИЧЕСКАЯ ОСНОВА СОВЕРШЕНИЯ «ПОЛЕЗНОЙ РАБОТЫ» БИОЛОГИЧЕСКИМИ МОЛЕКУЛЯРНЫМИ МАШИНАМИ</trans-title>
    </trans-title-group>
   </title-group>
   <contrib-group content-type="authors">
    <contrib contrib-type="author">
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Твердислов</surname>
       <given-names>Всеволод Александрович</given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Tverdislov</surname>
       <given-names>Vsevolod Aleksandrovich</given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <email>tverdislov@mail.ru</email>
     <bio xml:lang="ru">
      <p>доктор физико-математических наук;</p>
     </bio>
     <bio xml:lang="en">
      <p>doctor of physical and mathematical sciences;</p>
     </bio>
     <xref ref-type="aff" rid="aff-1"/>
    </contrib>
   </contrib-group>
   <aff-alternatives id="aff-1">
    <aff>
     <institution xml:lang="ru">Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова</institution>
     <city>Москва</city>
     <country>Россия</country>
    </aff>
    <aff>
     <institution xml:lang="en">Lomonosov Moscow State University</institution>
     <city>Moscow</city>
     <country>Russian Federation</country>
    </aff>
   </aff-alternatives>
   <pub-date publication-format="print" date-type="pub" iso-8601-date="2022-11-24T11:58:29+03:00">
    <day>24</day>
    <month>11</month>
    <year>2022</year>
   </pub-date>
   <pub-date publication-format="electronic" date-type="pub" iso-8601-date="2022-11-24T11:58:29+03:00">
    <day>24</day>
    <month>11</month>
    <year>2022</year>
   </pub-date>
   <volume>7</volume>
   <issue>4</issue>
   <fpage>552</fpage>
   <lpage>556</lpage>
   <history>
    <date date-type="received" iso-8601-date="2022-08-09T00:00:00+03:00">
     <day>09</day>
     <month>08</month>
     <year>2022</year>
    </date>
   </history>
   <self-uri xlink:href="https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/55165/view">https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/55165/view</self-uri>
   <abstract xml:lang="ru">
    <p>Физической основой функционирования живых систем являются молекулярные машины. Выполнение «полезной работы» составляет существо их биологических функций. Молекулярные машины являются хиральными иерархически организованными устройствами (конструкциями). Они циклически осуществляют преобразование формы энергии за счет смены или переключений симметрий в её хиральных структурных элементах, которые как раз и реализуют в них выделенные «квазимеханические» степени свободы. Феномен хиральности позволяет формировать дискретные хирально знакопеременные иерархии структур в макромолекулярных машинах в процессе фолдинга: начиная с уровня асимметричного углерода в дезоксирибозе и аминокислотах. Ранее нами была выявлена и проанализирована тенденция чередования знака хиральности внутримолекулярных структурных уровней D-L-D-L для ДНК и L-D-L-D для белков. Проявлениями хиральности выступают также спиральность и суперспиральность внутримолекулярных и надмолекулярных структур. Также, в рамках развиваемых представлений, хиральное расщепление свойств элементов структур обеспечивает однонаправленное движение машин по энергетическому циклу за счет нелинейных вентильных свойств спиральных структур. Спиральные структуры могут служить несимметричными, нелинейными, механическими, в том числе переключающими, элементами конструкций молекулярных машин (подобно устройству «храповик-собачка») по вращательным степеням свободы.</p>
   </abstract>
   <trans-abstract xml:lang="en">
    <p>The physical basis for the functioning of living systems are molecular machines. The performance of &quot;useful work&quot; is the essence of their biological functions. Molecular machines are chiral hierarchically organized devices (constructions). They cyclically transform the form of energy by changing or switching symmetries in its chiral structural elements, which just realize the selected “quasi-mechanical” degrees of freedom in them. The phenomenon of chirality allows the formation of discrete chirally sign-alternating hierarchies of structures in macromolecular machines in the process of folding: starting from the level of asymmetric carbon in deoxyribose and amino acids. Previously, we have identified and analyzed the tendency of alternation of the sign of chirality of the intramolecular structural levels D-L-D-L for DNA and L-D-L-D for proteins. Helicity and superhelicity of intramolecular and supramolecular structures are also manifestations of chirality. Also, within the framework of the developed ideas, the chiral splitting of the properties of the elements of the structures ensures the unidirectional movement of machines along the energy cycle due to the nonlinear valve properties of the spiral structures. Spiral structures can serve as asymmetric, non-linear, mechanical, including switching, structural elements of molecular machines (like a ratchet-pawl device) in terms of rotational degrees of freedom.</p>
   </trans-abstract>
   <kwd-group xml:lang="ru">
    <kwd>молекулярные машины</kwd>
    <kwd>белки</kwd>
    <kwd>термодинамика</kwd>
    <kwd>симметрии</kwd>
    <kwd>хиральность</kwd>
    <kwd>самоорганизация</kwd>
    <kwd>нелинейность</kwd>
    <kwd>фолдинг</kwd>
    <kwd>спирали</kwd>
    <kwd>суперспирали</kwd>
    <kwd>вентильность</kwd>
   </kwd-group>
   <kwd-group xml:lang="en">
    <kwd>molecular machines</kwd>
    <kwd>proteins</kwd>
    <kwd>thermodynamics</kwd>
    <kwd>symmetries</kwd>
    <kwd>chirality</kwd>
    <kwd>self-organization</kwd>
    <kwd>nonlinearity</kwd>
    <kwd>folding</kwd>
    <kwd>helices</kwd>
    <kwd>supercoils</kwd>
    <kwd>ventilarity</kwd>
   </kwd-group>
  </article-meta>
 </front>
 <body>
  <p></p>
 </body>
 <back>
  <ref-list>
   <ref id="B1">
    <label>1.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Пригожин И., Кондепуди Д. Современная термодинамика. От тепловых двигателей до диссипативных структур. М.: УРСС, 2002, 461 с.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Prigogine I., Kondepudi D. Modern thermodynamics. From heat engines to dissipative structures. M.: URSS, 2002, 461 p. (In Russ.)</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B2">
    <label>2.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Блюменфельд Л.А. Проблемы биологической физики. Изд. 2-е. М.: Гл. ред. физ.-мат. лит.изд-ва «Наука», 1977, 336 с.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Blumenfeld L.A. Problems of biological physics. Ed. 2nd. M.: Ch. ed. Phys.-Math. lit.izd-va &quot;Nauka&quot;, 1977, 336 p. (In Russ.)</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B3">
    <label>3.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Шноль С.Э., Чернавский, Д.С., Хургин Ю.И. Молекула белка-фермента как механическая система. В сб. Колебательные процессы в биол. и хим. системах. М.: Наука, 1967, с. 42-50.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Shnol S.E., Chernavsky D.S., Khurgin Yu.I. The protein-enzyme molecule as a mechanical system. In comp. Oscillatory processes in biol. and chem. systems. M.: Nauka, 1967, pp. 42-50. (In Russ.)</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B4">
    <label>4.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Чернавский Д.С., Чернавская Н.М. Белок - машина. Биологические макромолекулярные конструкции. М.: Янус-К, 1999, 256 с.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Chernavsky D.S., Chernavskaya N.M. Protein is a machine. Biological macromolecular structures. Moscow: Janus-K, 1999, 256 p. (In Russ.)</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B5">
    <label>5.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Drexler K. Eric Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology. Anchor Books, New York, 1986.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Drexler K. Eric Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology. Anchor Books, New York, 1986.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B6">
    <label>6.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Kolomeisky A.B. Motor Proteins and Molecular. Motors CRC Press Taylor &amp; Francis Group 2015 by Taylor &amp; Francis Group, LLC CRC Press is an imprint of Taylor &amp; Francis Group, an Informa business, 195 p.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Kolomeisky A.B. Motor Proteins and Molecular. Motors CRC Press Taylor &amp; Francis Group 2015 by Taylor &amp; Francis Group, LLC CRC Press is an imprint of Taylor &amp; Francis Group, an Informa business, 195 p.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B7">
    <label>7.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Блюменфельд Л.А. Молекулярные машины живой клетки. Природа, 1981, № 6, с. 66-73.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Blumenfeld L.A. Molecular machines of the living cell. Nature, 1981, no. 6, pp. 66-73. (In Russ.)</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B8">
    <label>8.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Либроком, 2017, т. 4, 264 с.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Feynman R., Layton R., Sands M. Feynman Lectures on Physics. Librocom, 2017, vol. 4, 264 p. (In Russ.)</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B9">
    <label>9.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Аветисов В.А. Молекулярные машины, и как их делать.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Avetisov V.A. Molecular machines and how to make them. https://www.youtube.com/watch?v=NWP1eaR9Zj4 (In Russ.)</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B10">
    <label>10.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Твердислов В.А., Тихонов А.Н., Яковенко Л.В. Физические механизмы функционирования биологических мембран. Изд. МГУ, М.: 1987, 189 с.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Tverdislov V.A., Tikhonov A.N., Yakovenko L.V. Physical mechanisms of functioning of biological membranes. Ed. Moscow State University, Moscow: 1987, 189 p. (In Russ.)</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B11">
    <label>11.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Твердислов В.А., Малышко Е.В. О закономерностях спонтанного формирования структурных иерархий в хиральных системах неживой и живой природы. Успехи физических наук, 2019, т. 189, № 4, с. 375-385.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Tverdislov V.A., Malyshko E.V. On the patterns of spontaneous formation of structural hierarchies in chiral systems of inanimate and living nature. Uspekhi fizicheskikh nauk, 2019, vol. 189, no. 4, pp. 375-385. (In Russ.)</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B12">
    <label>12.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Tverdislov V.A., Malyshko E.V. Chiral dualism as an instrument of hierarchical structure formation in molecular biology. Symmetry, 2020, vol. 12, no. 4, p. 587.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Tverdislov V.A., Malyshko E.V. Chiral dualism as an instrument of hierarchical structure formation in molecular biology. Symmetry, 2020, vol. 12, no. 4, p. 587.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B13">
    <label>13.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Малышко Е.В., Муртазина А.Р., Твердислов В.А. Хиральность как физическая основа иерархической периодизации структур биомакромолекул. Биофизика, 2020, т. 65, № 2, с. 213-218.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Malyshko E.V., Murtazina A.R., Tverdislov V.A. Chirality as a physical basis for hierarchical periodization of biomacromolecule structures. Biophysics, 2020, vol. 65, no. 2, pp. 213-218. (In Russ.)</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B14">
    <label>14.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Финкельштейн А.В., Птицын О.Б. Физика белка: Курс лекций с цветными и стереоскопическими иллюстрациями и задачами. М.: КДУ, 2012, 524 с.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Finkelstein A.V., Ptitsyn O.B. Protein Physics: A course of lectures with color and stereoscopic illustrations and tasks. M.: KDU, 2012, 524 p. (In Russ.)</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B15">
    <label>15.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Твердислов В.А., Малышко Е.В., Ильченко С.А. От автоволновых механизмов самоорганизации к молекулярным машинам. Известия Российской академии наук. Серия физическая, 2015, т. 79, № 3, с. 1728-1732.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Tverdislov V.A., Malyshko E.V., Ilchenko S.A. From autowave mechanisms of self-organization to molecular machines. News of the Russian Academy of Sciences. Physical series, 2015, vol. 79, no. 3, pp. 1728-1732. (In Russ.)</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B16">
    <label>16.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Сидорова А.Э., Левашова Н.Т., Малышко Е.В., Твердислов В.А. Автоволновая самоорганизация в фолдинге белков. ВМУ, 2019, № 3, с. 3-14.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Sidorova A.E., Levashova N.T., Malyshko E.V., Tverdislov V.A. Autowave self-organization in protein folding. VMU, 2019, no. 3, pp. 3-14. (In Russ.)</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B17">
    <label>17.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Шайтан К.В. Эффекты скрытой симметрии в динамике линейных полимеров и биополимеров. Биофизика, 2022, т. 67, № 3, с. 492-515.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Shaitan K.V. Effects of hidden symmetry in the dynamics of linear polymers and biopolymers. Biophysics, 2022, vol. 67, no. 3, pp. 492-515. (In Russ.)</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B18">
    <label>18.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Левин А. Великой теореме Эмми Нётер - 100 лет. Элементы. https://elementy.ru/novosti_nauki/433257/Velikoy_teoreme_Emmi_Nyoter_100_let</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Levin A. Emmy Noether's Great Theorem - 100 years. Elements. https://elementy.ru/novosti_nauki/433257/Velikoy_teoreme_Emmi_Nyoter_100_let (In Russ.)</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B19">
    <label>19.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Шрёдингер Э. Что такое жизнь? Физический аспект живой клетки, 3-е изд., Ижевск: РХД, 2002, 176 с.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Schrodinger E. What is life? Cambridge: University Press, 1944, 176 p. (In Russ.)</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B20">
    <label>20.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Корниш-Боуден Э. Основы ферментативной кинетики. М.: Мир, 1979, 280 с.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Cornish-Bowden E. Fundamentals of enzymatic kinetics. M.: Mir, 1979, 280 p. (In Russ.)</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B21">
    <label>21.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Уэй Т. Физические основы молекулярной биологии. Учебное пособие, Долгопрудный: Издательский дом «Интеллект», 2010, 363 с.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Way T. Physical foundations of molecular biology. Textbook, Dolgoprudny: Intellect Publishing House, 2010, 363 p. (In Russ.)</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
  </ref-list>
 </back>
</article>
