Физическая теория живой клетки. Незамеченная революция

[Vladimir Matveev]

В ноябре 2008 года выйдет в свет книга

Гильберт Линг
Физическая теория живой клетки
Незамеченная революция
Санкт-Петербург, "Наука"

Подробности здесь: http://www.bioparadigma.spb.ru/russianl ... anling.htm

[Cherep]

Это типа реаклама штоле? Вы что сказать то хотели?

[Vladimir Matveev]

Это типа реаклама штоле? Вы что сказать то хотели?

Извините, не знал, что кликнуть по ссылке --- проблема.

[Cherep]

Тааак... Реклама стало быть?
Если нет и у Вас есть что сказать, открою.

[Cherep]

Автор обещал написать свои мысли

[Vladimir Matveev]

Все мы со школьной скамьи знаем, какую важную роль в жизни клетки играет мембрана. Автор книги считает, что ее роль во многом преувеличена и даже искажена. Барьерную функцию между клеткой и средой играет, согласно автору, структурированная вода, а не билипидный слой, покрывающий, как принято думать, ее поверхность. Это свойство внутриклеточной воды не имеет ничего общего с некими «тайнами живой воды», ставшими предметом многочисленных спекуляций. В основе особого состояния воды в клетке лежит простое физическое явление: возрастание дипольного момента молекулы воды при взаимодействии с фиксированными зарядами на белках, в результате чего прочность водородных связей между молекулами возрастает, что и способствует появлению обширных и упорядоченных водных структур. Далее Линг утверждает, что молекулы белков являются электронными машинами. Благодаря изменению электронной плотности на функциональных группах белков изменяется характер их взаимодействия с водой, с ионами и другими веществами. В одном состоянии карбоксильные группы белков селективно связывают ионы K+, в другом — Na+. Главный вызов, который бросает Линг общепринятым представлениям — это утверждение, что теория натриевого насоса нарушает закон сохранения энергии. Его подсчеты показывают, что для поддержания наблюдаемого обмена ионами K+ и Na+ между клеткой и средой насосу требуется в несколько тысяч раз больше энергии, чем клетка способны произвести. В книге с новых позиций рассматриваются четыре фундаментальных свойства клетки: полупроницаемость, избирательность в поглощении веществ из среды, осмотическая стабильность и способность генерировать электрические потенциалы. Нет сомнения, что эта книга даст пищу для размышлений всем любознательным. Прав автор или нет, но одно бесспорно: его подход дает толчок активному переосмыслению самых разнообразных проблем биологии и физиологии клетки, включая азбучные истины. Книга рассчитана на студентов старших курсов, аспирантов и специалистов в области биофизики, биохимии и физиологии клетки.

Хотелось бы, чтобы эта книга привлекла внимание специалистов по физической и коллоидной химии. Линг --- приверженец коллоидного подхода к структуре и функции клетки, проводит интересные параллели между живой клеткой и коацерватами, растворами полимеров. В 40-х этот подход был незаслуженно дискредитирован, но теперь химики могли бы сказать свое веское слово. 60 лет всё-таки прошло! Чистым биологам этого не поднять!!!

[Marxist]

В основе особого состояния воды в клетке лежит простое физическое явление: возрастание дипольного момента молекулы воды при взаимодействии с фиксированными зарядами на белках, в результате чего прочность водородных связей между молекулами возрастает, что и способствует появлению обширных и упорядоченных водных структур.

А вот где доказательства этих структур? желательно инструментальными методами. Понятно, что рядом с поверхностью белка вода упорядочена. Но это максимум три-четыре молекулярных слоя, дальше тепловое движение должно всё размывать. Какое среднее расстояние между белками в клетке? сотни ангстрем? там уже очень слабые взаимодействия, и через воду ничего не будет передаваться, поскольку тепловое движение пересилит.

P.S. По ссылке не ходил

[Vladimir Matveev]

Линг, на основании соотвествующих экспериментальных данных, утверждает, что шести слоев воды вокруг белков достаточно, чтобы связать всю воду клетки. Это обусловленно высокой плотностью упаковки белков в клетке, когда можно говорить о концентрации белка 50-100 мг/мл (как минимум). В результате, поверхности белков разделяет сравнительно небольшое пространство.

А по ссылкам ходит надо!

[Cherep]

Барьерную функцию между клеткой и средой играет, согласно автору, структурированная вода, а не билипидный слой, покрывающий, как принято думать, ее поверхность.

Я надеюсь, он не утверждает, что липидного бислоя нет?

Думаю, аналогично идее автора, что белки "структурируют" воду вркруг них, ионы липидного бислоя аналогично влияют на строение несколько слоёв молекул воды А структурированая вода и липидная мембрана вместе определяют физические свойства оболочки клетки. А сколько белков всяких и разных в мембране есть - уууу!!!

[VTur]

Опять биохимики взялись за тонкие плёнки. Этой теории в физике уже лет 100, разработана до мелочей. Но опять изобретают велосипед.
to Vladimir Matveev. Скажите, автор рассматривает в этом слое "расклинивающее давление"?

[Vladimir Matveev]

Cherep: Я надеюсь, он не утверждает, что липидного бислоя нет?

Самая богатая липидами мембрана у эритроцитов. У всех остальных клеток содержание липидов в мембране колеблется около 30%, а во внутренней мембране митохондрий их почти нет. Так, спрашивается, что в действительности является структурным материалом мембран? Да, не липиды... Типичной трехслойной структурой, которую нам показывают на электронных микрофотографиях мембран, обладает и поверхность протеиноидных микросфер, которые липидов и не нюхали... Значит наличие трёхслойной структуры --- НЕ ДОКАЗЫВАЕТ наличие липидного бислоя.

Что касается расклинивающего давления, то нет, не рассматривает. Но никто не мешает рассмотреть его роль...

[VTur]

А поверхностное межфазовое натяжение? А кооперативные эффекты?

[Iskander]

Линг, на основании соотвествующих экспериментальных данных, утверждает, что шести слоев воды вокруг белков достаточно, чтобы связать всю воду клетки. Это обусловленно высокой плотностью упаковки белков в клетке, когда можно говорить о концентрации белка 50-100 мг/мл (как минимум). В результате, поверхности белков разделяет сравнительно небольшое пространство.

Чёта, вроде многовато у него белка в клетке. Ссылко на эти данные есть? Самоцитирование не считается.

[Cherep]

Видимо эти данные как раз таки в книге.

[Vladimir Matveev]

Линг, на основании соотвествующих экспериментальных данных, утверждает, что шести слоев воды вокруг белков достаточно, чтобы связать всю воду клетки. Это обусловленно высокой плотностью упаковки белков в клетке, когда можно говорить о концентрации белка 50-100 мг/мл (как минимум). В результате, поверхности белков разделяет сравнительно небольшое пространство.

Чёта, вроде многовато у него белка в клетке. Ссылко на эти данные есть? Самоцитирование не считается.

Цыфры найдете в этой статье: http://www.inbi.ras.ru/ubkh/47/Chebotareva.pdf

[Cherep]

Да, не липиды... Типичной трехслойной структурой, которую нам показывают на электронных микрофотографиях мембран, обладает и поверхность протеиноидных микросфер, которые липидов и не нюхали... Значит наличие трёхслойной структуры --- НЕ ДОКАЗЫВАЕТ наличие липидного бислоя.

Да, "липидный бислой" - это я некорректно выразился. Если открыть современный западный учебник по биохимии, то там описывается модель, согласно которой "клеточная мембрана" состоит из липидов и белков. Липиды разных классов. Опять же всякие plasma membrane microdomains есть. Они отличаются составом\ относительным количеством липидов.

То, что самих липидов в мембране мало (30 % у эритроцитов - каких процентов, кстати?!) ещё не говорит о том, что их присутсвие не имеет значения. Наверняка их значение - нечто большее, чем быть просто "связующим цементом" между белками плазматической мембраны

[Myrsten]

Vladimir Matveev, Если, по Вашему, калий внутри клетки удерживавется исключительно вследствии удержания его внутриклеточными белками, то почему при гибели клетки калий очень быстро выходит наружу ? За это время еще не успевает пройти заметный гидролиз или денатурация белка, а калий уже снаружи. Ведь трудно предположить, что ионы калия могут удерживать только очень длинные, в тысячи аминокислотных остатков, а цепочки длиной порядка сотен остатков (продукты распада при автолизе сдохшей клетки) уже не удерживают ничего ?
Зато производство АТФ прекращается гораздо быстрее - перстает насос качать - разве не в этом причина ?
Известный факт - с опозданием отцентрифугованная кровь дает ложный повышенный калий в плазме - говорят, распространенный глюк в наших полуклиниках.

Насчет клеточных мембан - а гемато-энцефалический барьеры тоже структурированной водой, а не липидами обусловлен ? А как объснить тогда, если во всем виновата только вода, что его наличие онаруживается наже на фиксированном, высушенном, препарате ?

[Vladimir Matveev]

Да, не липиды... Типичной трехслойной структурой, которую нам показывают на электронных микрофотографиях мембран, обладает и поверхность протеиноидных микросфер, которые липидов и не нюхали... Значит наличие трёхслойной структуры --- НЕ ДОКАЗЫВАЕТ наличие липидного бислоя.

Да, "липидный бислой" - это я некорректно выразился. Если открыть современный западный учебник по биохимии, то там описывается модель, согласно которой "клеточная мембрана" состоит из липидов и белков. Липиды разных классов. Опять же всякие plasma membrane microdomains есть. Они отличаются составом\ относительным количеством липидов.

То, что самих липидов в мембране мало (30 % у эритроцитов - каких процентов, кстати?!) ещё не говорит о том, что их присутсвие не имеет значения. Наверняка их значение - нечто большее, чем быть просто "связующим цементом" между белками плазматической мембраны

Липиды несомненно нужны, но для чего? Мембранная теория утверждает, что именно липидный бислой является гидрофобным БАРЬЕРОМ (с вкраплениями белков), который удерживает содержимое клетки от смешивания с окружающим раствором. Но для того чтобы служить барьером липидов должно быть достаточно для этой роли у любой клетки, а не только у эритроцитов.

Фазовая теория утверждает, что содержимое клетки не смешивается со средой потому, что это содержимое является стабильной коллоидной системой, в которой вода находится в связанном состоянии. Где бы не находилась структурированная вода - в глубине клетки или прямо на ее поверхности - она везде выполняет БАРЬЕРНУЮ функцию потому, что растворимость веществ в ней НИЖЕ, чем в обычной воде (при замерзании воды примеси вытесняются льдом в еще не замершую часть раствора).

[Vladimir Matveev]

Vladimir Matveev, Если, по Вашему, калий внутри клетки удерживавется исключительно вследствии удержания его внутриклеточными белками, то почему при гибели клетки калий очень быстро выходит наружу ? За это время еще не успевает пройти заметный гидролиз или денатурация белка, а калий уже снаружи. Ведь трудно предположить, что ионы калия могут удерживать только очень длинные, в тысячи аминокислотных остатков, а цепочки длиной порядка сотен остатков (продукты распада при автолизе сдохшей клетки) уже не удерживают ничего ?
Зато производство АТФ прекращается гораздо быстрее - перстает насос качать - разве не в этом причина ?
Известный факт - с опозданием отцентрифугованная кровь дает ложный повышенный калий в плазме - говорят, распространенный глюк в наших полуклиниках.

Калий, согласно Лингу, связывается с карбоксильными группами белков. АТФ, являясь сильным акцептором электронов, снижает плотность электронов на этих карбоксильных группах, присодиняясь к белку, и они начинают селективно связывать К+ в присутствии Na+. При повреждении или гибели клетки содержание в ней АТФ снижается вплоть до полного исчезновения. Электронная плотность на карбоксильных группах возрастает и они теряют селективность к К+, начинают связывать Na+.

Аналогия: в гомологичном ряду уксусная - монохлоруксусная ... трихлоруксусная кистлота сродство карбонильной группы к протону снижается...

Насчет клеточных мембан - а гемато-энцефалический барьеры тоже структурированной водой, а не липидами обусловлен ? А как объснить тогда, если во всем виновата только вода, что его наличие онаруживается наже на фиксированном, высушенном, препарате ?

Гемато-энцефалический барьер - это ткань, если хотите - орган. Давайте для начала с клеткой разберемся.

[Myrsten]

Ну хорошо, ткань. Т.е. интима капилляров мозга ? Но ее разделительное, защитное действие обусловлено ведь строением ее отдельных клеток ? , т.е. их липидными оболочками.
Пример - сила наркотического действия галогенорганики (и много чего другого) кореллирует с коэффициентом распределения в системе вода/октанол для данного вещества. Тоже и для спиртов - в ряду этанол - пропанол - бутанол токсичность растет (метанол - отдельная песня, токсичен не спирт, а формальдегид). А если бы все объяснялось именно с позиций действия на водородные связи, а не растворимостью сей гадости в липидах клеточной оболчки, то токсичность должна была бы гипотетически непрерывно падать с ростом цепи. - меньше полярность, меньше спитровых групп на ед. массы - меньше взаисодействие с внутриклеточной водой путем образования водородных связей.