Молекулярные машины являются важнейшим физическим атрибутом живых систем и представляют собой иерархически организованные конструкции. Обосновывается концепция, согласно которой хиральный дуализм углеродных соединений является физической симметрийной основой структурообразования в молекулярной биологии, а гомохиральность аминокислот, рибозы и дезоксирибозы является ресурсом свободной энергии и инструментом стратификации внутримолекулярных и надмолекулярных структурных уровней. Обсуждаются причины и особенности чередования знака хиральности внутримолекулярных структурных уровней L-D-L-D для белков и D-L-D-L для ДНК. Фолдинг в макромолекулах рассмотрен как автоволновой процесс самоорганизации в активных средах с изменяющейся размерностью. Отмечено, что при межмолекулярных взаимодействиях в каждой из названных биомакромолекул доминирует знак хиральности внутримолекулярной структуры высшего уровня, непосредственно участвующей во взаимодействиях. Введение общего симметрийного фактора - хиральности - в рассмотрение пространственной организации макромолекул позволяет единым образом как периодическую систему хиральных структур рассмотреть физическую природу иерархий, а также пространство превращений и взаимодействий веществ в метаболизме и биосинтезе. Обосновывается точка зрения, согласно которой знакопеременная хиральная иерархичность сопряженных уровней макромолекулярных структур в белках и нуклеиновых кислотах имеет общебиологическую значимость: обуславливает их дискретность, служит инструментом фолдинга, структурной основой «выделенных механических» степеней свободы в конструкциях макромолекулярных машин, а также одним из механизмов блочного/сальтаторного развития эволюционного процесса.
хиральность, структурные уровни, спирали, суперспирали, фолдинг, автоволновая самоорганизация, молекулярные машины
1. Dill K.A., MacCallum J.L. The Protein-Folding Problem, 50 Years On. Science, 2012, vol. 338, p. 1042.
2. Финкельштейн А.В. 50+ лет самоорганизации белков. Успехи биологической̆ химии, 2018, т. 58, с. 7-40. [Finkelshtein A.V. 50+ years of protein self-organisation. Uspekhi biologicheskoj himii, 2018, vol. 58, pp. 7-40. (In Russ.)]
3. Шайтан К.В., Ложников М.А., Кобельков Г.М. Релакcационный фолдинг и пpинцип минимума cкоpоcти диccипации энеpгии для конфоpмационныx движений в вязкой cpеде. Биофизика, 2016, т. 61, вып. 4, с. 629-637. [Shaitan K.V., Lozhnikov M.A., Kobelkov G.M. Relaxation Folding and the Principle of the Minimum Rate of Energy Dissipation for Conformational Motions in a Viscous Medium. Biofizika, 2016, vol. 61, iss. 4, pp. 629-637. (In Russ.)]
4. Твеpдиcлов В.А. Хиpальноcть как пеpвичный пеpеключатель иеpаpxичеcкиx уpовней в молекуляpно-биологичеcкиx cиcтемаx. Биофизика, 2013, том 58, вып. 1, c. 159-164. [Tverdislov V.A. Chirality as a Primary Switch of Hierarchical Levels in Molecular Biological Systems. Biofizika, 2013, vol. 58, iss. 1, pp. 159-164. (In Russ.)]
5. Блюменфельд Л.А. Решаемые и нерешаемые проблемы биологической физики. М.: Эдиториал УРСС, 2002. [Bluemenfeld L.A. Solved and unsolved problems of biological physics. Moscow: Editorial URSS, 2002. (In Russ.)]
6. Чеpнавcкий Д.C. Проблема происхождения жизни и мышления с точки зрения современной физики. УФН, 2000, т. 170, с. 157-183. [Chernavskii D.S. The origin of life and thinking from the viewpoint of modern physics. Phys. Usp., 2000, vol. 170, pp.157-183. (In Russ.)]
7. Kaku М. Introduction to superstrings and M-Theory. Springer-Verlag New York, Inc., 1999.
8. Твердислов В.А., Малышко Е.В., Ильченко С.А. От автоволновых механизмов самоорганизации к молекулярным машинам. Известия РАН. Серия физическая, 2015, т. 79, с. 1728-1732. [Tverdislov V.A., Malyshko E.V., Ilchenko S.A. From Autowave Mechanisms of Self-Assembly to Molecular Machines. Izvestiya RAN. Seriya fizicheskaya, 2015, vol 79, pp. 1728-1732. (In Russ.)]
9. Твеpдиcлов В.А., Малышко Е.В., Ильченко C.А., Жулябина О.А., Яковенко Л.В. Периодическая система хиральных структур в молекулярной биологии. Биофизика, 2017, т. 62, с. 421-434. [Tverdislov V.A., Malyshko E.V., Il'chenko S.A., Zhulyabina O.A., Yakovenko L.V. A Periodic System of Chiral Structures in Molecular Biology. Biofizika, 2017, vol. 62, pp. 421-434. (In Russ.)]
10. Levinthal C. in Mossbauer Spectroscopy in Biological Systems: Proc. meeting held at Allerton House, Monticello, Illinois (Eds J T P DeBrunner, E Munck) (University of Illinois, 1969), p. 22.
