Физическая теория живой клетки. Незамеченная революция

[Smol]

Нет, что такое гидрогель, я естественно, знал... Но вот как там в нем себя вода ведет - не знал, ибо гидрогелями не занимаюсь... В общем, пока, как я понял, мнение науки такое - ведет он себя как сетка, если узлы частые - то воду задерживает, а вот если редкие - то она через него как через решето течет...
А как же тогда он до 1000 весов воды сам собой набирает (обычно рекламируют где-то до 400 весов), как же она в нем удерживается, в "желе" этом, почему не вытекает?... Может она в нем (в статическом состоянии) и правда, как-то структурирована?.. А нажмешь на эту "губку" - излишки воды "отцепятся от соседей" и потекут...
Это я про редкосшитый гель на основе крахмала и сополимера акриламида и калиевой соли полиакриловой кислоты (типа Зеба), он для растениеводства широко применяется...

Вы не думайте, я ведь и не за, и не против Линга, я просто пытаюсь разобраться...
И, повторю, даже у нас в бермудологии: практика - критерий истины...
"Ах, вы изобрели летающую тарелку, хотите объяснить, как она работает? Не надо, лучше просто прилетайте"...

[Polychemist]

А что такого необычного в гидрогелях? Кстати, сшитую ПМАК со степенью набухания 1500 я сам делал. Ну вот такая редкая сетка, в хорошем растворителе набухает по максимуму, мех. прочности никакой, ну не течет, как свободная вода, и все. Ну вот такое ТД равновесное состояние системы полимер/растворитель, выгоднее ей, когда полимер максимально развернут в хорошем растворителе, а удаление (вытекание) р-рителя - ТД невыгодно, т.к. сопряжено со сжатием полимера, что ТД невыгодно. И вода тут не исключение, см. напалм и т.п. А в рамках нашей темы вопрос немного другой - даже прилично сшитые гели легко проницаемы для молекул, которые существенно меньше полимерной сетки, т.е. если они могут легко пролезть, не задевая сетку (задевания чреваты сорбцией), то они и пролазят, т.е. растворитель (вода, и другие), находящийся между полимерных цепей сохраняет обычные свойства и для проявления свойств мембраны нужна мембрана .

[Smol]

... такое ТД равновесное состояние системы полимер/растворитель, выгоднее ей, когда полимер максимально развернут в хорошем растворителе, а удаление (вытекание) р-рителя - ТД невыгодно, т.к. сопряжено со сжатием полимера, что ТД невыгодно...

Спасибо, коллега Polychemist! Так я и понимаю, что вопрос идет о том, сколько слоев воды прицепится к развернутой цепи полимера... Обычно считают, что два-три слоя, а Линг говорит - шесть... Собственно, о том и теоретический спор...
А сколько на самом деле там слоев - я по этому поводу своего мнения не имею, ибо не знаю... Если чисто теоретически - то коллеги правы, крайние слои диполей сильно будут страдать от теплового движения всей цепочки, так что много их быть не может, крайние молекулы цепочка водяных диполей как бы "с хвоста сбрасывает" при тепловых биениях... Но это теоретически... Линг почему-то утверждает, что цепочка диполей "крепкая", не порвешь (почему это вдруг там так сильно дипольный момент возрастает - пока неясно), вот никакого "сбрасывания последних диполей с хвоста" не происходит, посему она длиннее, чем мы все считаем... Если бермудологию в это дело не привлекать - логика Линга не совсем понятна...

А то, что сжатие полимерной цепи гидрогеля ТД невыгодно (кстати, интересно, почему? я эти полимеры ведь не знаю) - это как бы понятно, чего я и бунтую против вопроса коллеги VTurа относительно того, с чего бы то вдруг полимеру начинать скручиваться, если ему в развернутом состоянии неплохо живется...
По моей наивной бермудологии все это выглядит так: вот эти "прилипшие" к полимеру слои воды свой порядок теряют от внешних воздействий на дальней границе слоя (естественно, при достаточно сильном воздействии на эти водяные кластеры со стороны некоего нового активного элемента системы), далее за счет спонтанной цепной реакции разрушения порядка в "водяных цепочках" уже "реакционный центр" полимера связь с водяным диполем теряет и его освободившаяся водородная связь на соседнюю такую же свободную водородную связь замыкается, цепь полимера гнуться начинает... А как только в системе порядок и спокойствие восстанавливаются (как все это конкретно происходит - это отдельный разговор), так все обратно по-старому возвращается, ибо термодинамически для полимера и для воды так выгоднее...
Но это по моей наивной бермудологии, как по Лингу - мне так и непонятно, вроде по нему все со свертывания полимера начинается (а как это полимер узнает, что ему уже надо начинать свертываться, если какой "чужой", инициирующий это дело ион от полимера несколькими слоями воды экранирован?), а вода - вторична, она лишь "безвинно страдает от конвульсивных изгибов змеи"... А как по "правильной науке" это все происходит - тоже пока не знаю, может коллеги расскажут...
И при чем здесь мембрана? Разве кто против необходимости мембраны для клетки спорит? Мы же вроде про нервные импульсы говорим...
В общем, темное для меня это дело...

[Marxist]

А то, что сжатие полимерной цепи гидрогеля ТД невыгодно (кстати, интересно, почему? я эти полимеры ведь не знаю) - это как бы понятно, чего я и бунтую против вопроса коллеги VTurа относительно того, с чего бы то вдруг полимеру начинать скручиваться, если ему в развернутом состоянии неплохо живется...
<...>
Но это по моей наивной бермудологии, как по Лингу - мне так и непонятно, вроде по нему все со свертывания полимера начинается (а как это полимер узнает, что ему уже надо начинать свертываться, если какой "чужой", инициирующий это дело ион от полимера несколькими слоями воды экранирован?), а вода - вторична, она лишь "безвинно страдает от конвульсивных изгибов змеи"... А как по "правильной науке" это все происходит - тоже пока не знаю, может коллеги расскажут...

Сворачивание полимеров (в частности, белков), для которых наиболее стабильна глобулярная форма, инициируется переходом гидрофобных фрагментов от контактов с водой к контактам друг с другом. Есть книжка Финкельштейна "Физика белка", где это строго описано с точки зрения классической термодинамики.

[Smol]

Неплохо написано, хорошая книжка... Спасибо, коллега Marxist!
Интересно, в свете теории Линга - что надо бы поправить в этой книжке? Это вопрос к Владимиру Матвееву...

[treygol]

Smol

Извините, мое личное мнение.
1. Берегите себя. Это не тот случай, где Вам стоит "ломать копья". Там (по-моему, не чего защищать).
2. Там нет, и не может быть ни какой физической химии. Есть разночтения в определении понятий. Структурной и структурированной воды. Вот Вам начнут давать советы из 30 годов по теории полимеров, ... выдавая их за самые сверх современные теоретические изыски .... Ведь пошлете куда подальше ... Бермудского треугольника... Это по физ. химии.
3. А насчет биологии... Кроме Вас и никто не рассматривает передачу нервного импульса. Декларации все это, а не наука. Жаль, конечно.

[Smol]

Да, честно говоря, у меня уже голова кругом идет... Трудно ориентироваться в чужой тематике...
В общем, пока ехал с работы - подумал, к чему бы там мембрана, потом понял - видимо Линг имеет в виду, что через "желе" внутри клетки вода как-то затрудненно фильтруется... Типа водяной слой вокруг полимера толстый и проход свободной воде затруднен (особенно, если эта вода тоже не молекулы, а ассоциаты)... Поэтому вроде как клеточная мембрана становится не нужна, и без нее обойтись можно...
Если это действительно так, то это немного напоминает явление "Дельта-фильтрование", Владимиру Матвееву стоит с его автором пообщаться... В теме про "человек-грызлов чистит воду" я давал ссылки на труды и сайт этого человека... Может, удастся и мне с ним тоже пообщаться...
А так, Вы, коллега Треугол правы - не моя это "война", нет у меня на это дело вдохновения... Простите, коллеги!

[treygol]

К вопросу о терминологии.
Дискуссия (а также гипотезы Линга, "Дельта-фильтрование" и аналогичные) была бы более прозрачной, если выделят термины:

1.
Нано структурная вода (жидкость) первые слои (около 10 ангстрем) прилегающие к конденсированной фазе (твердой, жидкой) в объемной границе раздела фаз. Молекулы, в котором, имеют избыточную энергию поверхностного натяжения. И размещены в поле действия не скомпенсированных молекулярных сил по границе раздела фаз. То есть имеют наведенный электрический дипольный момент, согласованно ориентированный по нормали к границе раздела фаз. Таким образом, выделяется фаза вещества протяженностью около 10 ангстрем (по нормали к границе раздела фаз), имеющая отличительные от соседствующих фаз свойства.
2.
Гель структурная вода (жидкость) - жидкая фаза структурированной коллоидной системы (геля, золя и .....) молекулы, которой не обладают величиной избыточной энергии поверхностного натяжения (не имеют согласованно направленного электрического дипольного момента наведенного не скомпенсированными молекулярными силами по границе раздела фаз), то есть все последующие молекулы жидкости, расположенные вне действия не скомпенсированным молекулярных сил по границе раздела фаз.

[Smol]

Коллега Треугол, простите, но если в гель-структурированной воде нет согласованно направленного дипольного момента, то с чего это она структурирована-то?
Ну, "нано-структурированная вода" - это понятно, это "линии железных опилок, прилипших к постоянному магниту" ("магнит" - это в данном случае амидная группа белка) , а вот если нет магнитного поля и среди опилок - хаос, то слово "структура" как-то к ним неприменимо, ИМХО...
Тогда уж про "домены" стоит вспомнить, что ли... Типа: "нано-структура - это один общий домен однонаправленных диполей воды у поверхности раздела фаз, а "гель-структура" - это совокупность разнонаправленных доменов за границами нано-структуры"... Только что удерживает "в системе Линга" воду одной доменной структуры относительно воды другой доменной структуры - непонятно...
Но вся такая структура "воды Линга" (в своей совокупности) немного структуру "пачек" аморфно-кристаллического полимера напоминает... С перемежеванием в материале кристаллических и аморфных областей конгломератов полимерных цепочек, причем физические свойства этих областей достаточно разные... Смотри физико-химию полимеров...

[Vladimir Matveev]

Vladimir Matveev": ...О желатине. Указанное различие между желатинами надо искать в характере их взаимодействия с водой. Кроме того, для геля важны белок-белковые взаимодействия. Они необходимы для формирования трехмерной сети из молекул белка.

А можете ли Вы сказать, чем химически/биохимически может отличаться желатин "из свиньи" от желатина "из рыбы"? Почему-то характер их взаимодействия с водой различный... Непонятна первопричина этого, может что-то здесь можно нам в соответствии с теорией Линга объяснить... Понятно, что не ответите сразу, но может быть, подумаете...

Первопричину нужно искать в особенностях аминокислотного состава и аминокислотной последовательности в этих белках. Мне эта тема не интересна потому, что интересных тем очень и очень много. Но попробуйте сами поискать литературу в специальном поисковике: http://scholar.google.com/

И попутно: в чем разница в "технологии сворачивания-разворачивания" белков (при прохождении нервного импульса в клетке) по "мембранной" теории и по теории Линга? Или этот процесс везде рассматривается одинаково и различий в нем нет? Может ли теория Линга что-то новое предсказать, что-то дополнительно объяснить в этом процессе?

Представители мембранной теории о "сворачивании-разворачивании" белков вообще не говорят. Они оперируют представлениями о каналах, специфичных к K+ и Na+: нужные каналы в нужный момент закрываются или открываются. Линг в своей книге обратил внимание на одну публикацию, в которой показано, что при прохождении нервного импульса мембрана становится проницаемой для многих веществ, а не только к K+ и Na+. Это играет в пользу его теории, т.к. при разрушении слоев адсорбированной воды (главного барьера между клеткой и средой) путь в клетку открывается любым веществам, омывающим клетку (за исключением, конечно, слишком больших молекул - белков, например, - скорость диффузии которых не велика и в водном растворе, не говоря уже о клетке "забитой" белками).

[Vladimir Matveev]

А сколько на самом деле там слоев - я по этому поводу своего мнения не имею, ибо не знаю... Если чисто теоретически - то коллеги правы, крайние слои диполей сильно будут страдать от теплового движения всей цепочки, так что много их быть не может, крайние молекулы цепочка водяных диполей как бы "с хвоста сбрасывает" при тепловых биениях... Но это теоретически... Линг почему-то утверждает, что цепочка диполей "крепкая", не порвешь (почему это вдруг там так сильно дипольный момент возрастает - пока неясно), вот никакого "сбрасывания последних диполей с хвоста" не происходит, посему она длиннее, чем мы все считаем... Если бермудологию в это дело не привлекать - логика Линга не совсем понятна...

В клетке, забитой белками, тепловое движение белков ничтожно. Относительная неподвижность белка - серьезный вклад в стабилизацию водной шубы - адсорбированной белком воды.

Но это по моей наивной бермудологии, как по Лингу - мне так и непонятно, вроде по нему все со свертывания полимера начинается (а как это полимер узнает, что ему уже надо начинать свертываться, если какой "чужой", инициирующий это дело ион от полимера несколькими слоями воды экранирован?)...

Водная шуба вокруг белка - не железобетон. Она динамична. Поэтому об ЭКРАНИРОВАНИИ говорить не стоит.

[Smol]

...Представители мембранной теории о "сворачивании-разворачивании" белков вообще не говорят. Они оперируют представлениями о каналах, специфичных к K+ и Na+: нужные каналы в нужный момент закрываются или открываются...

Коллеги VTur и Marxist, это правда? Что-то я помню, коллега VTur о сворачивании-разворачивании белков только под действием температуры писал... Это как бы факт известный, яйца все варят... Но как связаны между собой температура и нервный импульс?

[treygol]

Коллега Треугол, простите, но если в гель-структурированной воде нет согласованно направленного дипольного момента, то с чего это она структурирована-то?

Вы безусловно правы. Я добавил в определение про электрический дипольный момент, наводимый именно не скомпенсированными молекулярными силами по границе раздела фаз. Просто подчеркивается разница этого наведенного электрического дипольного момента. Разница в энергии. На границе раздела фаз (для физической адсорбции) эта энергии равна энергии избыточного поверхностного натяжения. Имеет место быть для любой границы раздела фаз, и не зависит от электрического заряда конденсированной фазы.

Ну, "нано-структурированная вода" - это понятно, это "линии железных опилок, прилипших к постоянному магниту" ("магнит" - это в данном случае амидная группа белка) , а вот если нет магнитного поля и среди опилок - хаос, то слово "структура" как-то к ним неприменимо, ИМХО...

Не скомпенсированные молекулярные силы имеют место для любой границы раздела фаз. Также как величина избыточной энергии поверхностного натяжения на границе раздела фаз, - которая этими не скомпенсированными молекулярными силами и "наводится" на молекулы вещества - придавая им согласованно направленный (по нормали к границе раздела фаз) электрический дипольный момент. Суперпозиция, которых и есть избыточная энергия поверхностного натяжения.

[Smol]

...В клетке, забитой белками, тепловое движение белков ничтожно. Относительная неподвижность белка - серьезный вклад в стабилизацию водной шубы - адсорбированной белком воды.

Я тут коллеге Треуголу про "пачечную структуру воды" написал, пока на работу ехал - понял, что он прав, что в "бутылке" вода структурируется как бы сама собой, вот сейчас думаю над механизмом этого структурирования...
Ну вот не могу я применять его терминологию (поверхностное натяжение, дипольный момент и т.д.), не чувствую я ее физического смысла, когда речь идет о столь малых объектах... Не давите, коллеги, дайте не спеша подумать, нас же пока еще никто не гонит...

Вот лучше, коллега Треугол скажите: как Вам "доменная" теория строения воды?... Домены, естественно, разделены аморфными областями, состоящими из разнонаправленных диполей, областями, в которых единый общий дипольный момент отсутствует (а в домене в целом, он, конечно, присутствует)...

[Marxist]

...Представители мембранной теории о "сворачивании-разворачивании" белков вообще не говорят. Они оперируют представлениями о каналах, специфичных к K+ и Na+: нужные каналы в нужный момент закрываются или открываются...

Коллеги VTur и Marxist, это правда?

Дык Матвеев до сих пор не ответил, какую же природу, по его мнению, имеют каналы. А процессы денатурации и ренатурации к нервному импульсу мало имеют отношения

Но как связаны между собой температура и нервный импульс?

Никак

[treygol]

Вот лучше, коллега Треугол скажите: как Вам "доменная" теория строения воды?... Домены, естественно, разделены аморфными областями, состоящими из разнонаправленных диполей, областями, в которых единый общий дипольный момент отсутствует (а в домене в целом, он, конечно, присутствует)...

Да, ..., задали Вы вопрос! Тут много-много думать надо.

1. Если рассматривать область "Гель структурной вода" - безусловно, да.
2. Ели рассматривать область жидкой чистой воды, то, как посмотреть. Если "долго" в течение миллисекунды то нет. А если быстро - пикосекунду, то да. При обдумывании у меня даже фраза появилась (направленность (вектор) флуктуации). Так что не могу ответить однозначно, буду думать, читать литературу, медитировать и т.д. Может и приду к какому то собственному согласованию по этому вопросу, но вряд ли быстро. Лет десять надо подумать. Извините, не могу ответить.

[Vladimir Matveev]

Дык Матвеев до сих пор не ответил, какую же природу, по его мнению, имеют каналы. А процессы денатурации и ренатурации к нервному импульсу мало имеют отношения

Товарищ Marxist, по-моему, Вы здесь стоите на защите мембранных представлений. Вот и расскажите нам о ПРИРОДЕ ионных каналов. Когда я уясню с Ваших слов ПРИРОДУ, тогда и отвечу.

Но как связаны между собой температура и нервный импульс?
Marxist: Никак

При температурах выше физиологической нормы начинается деполяризация мембран. По мере деполяризации, амплитуда нервного импульса начинает снижаться. В конечном счете, передача нервного импульса блокируется.

[Vladimir Matveev]

Неплохо написано, хорошая книжка... Спасибо, коллега Marxist!
Интересно, в свете теории Линга - что надо бы поправить в этой книжке? Это вопрос к Владимиру Матвееву...

В физике белка ничего не нужно исправлять, ее законы нужно знать и следовать им.

[Smol]

... буду думать, читать литературу, медитировать и т.д. Может и приду к какому то собственному согласованию по этому вопросу, но вряд ли быстро. Лет десять надо подумать...

На самом деле все просто, и Вы это уже все знаете... "Бутылка с водой" - это некий микрокосм, как бы "государство", в котором кроме "людей" (молекул воды) есть и их объединения (например, отрасли промышленности, отдельные предприятия, а внутри этих предприятий - цеха, отделы и другие подразделения, включающие отдельных людей)... Каждая из этих структур имеет "свой интерес", поэтому можно говорить о том, что в "бутылке" имеются "разнонаправленные домены", дипольный момент которых никак не согласован между собой, а "отдельные молекулы" постоянно то "прибиваются" к каким-то из доменов, то "уходят" из них...
Но если на все "государство в целом" оказывается какое-то внешнее давление (представьте себе, если "бутылка-граница государства" не жесткая, а как бы подвижная, скажем, она может сжиматься), то все эти разнородные структуры "выстраиваются" в некий порядок, их "взаимные трения" отходят на второй план и образуется как бы дополнительная "структура структур" (свою "самобытность" отдельные структуры в ней чаще всего сохраняют, хотя в каких-то случаях и "слияние" возможно)...
Кстати, при "сжимании бутылки" граница раздела фаз (про которую Вы любите говорить) действительно становится не гладкой, а морщинистой...
Еще интересно, что не обязательно именно физическое "сжимание бутылки", если системе "сделать плохо" каким-то другим способом (скажем, облучать ее какими-то резонансными, неприятными ей колебаниями), то эффект, возможно, будет тот же... А если еще вспомнить про принцип Ле-Шателье (о том, что система, находящаяся в состоянии равновесия, реагирует так, чтобы максимально нейтрализовать внешнее воздействие, нарушающее это равновесие) - то и неожиданные "прыжки", выбросы энергии из такой "безвинно обижаемой" системы объяснить становится возможно...
Извините, коллеги за флуд, это мы о своем, о "девичьем", о "бермудологическом"...

Сейчас я и про то, как в этом свете представляется мне ситуация в "системе Линга" напишу...

[Marxist]

Товарищ Marxist, по-моему, Вы здесь стоите на защите мембранных представлений. Вот и расскажите нам о ПРИРОДЕ ионных каналов. Когда я уясню с Ваших слов ПРИРОДУ, тогда и отвечу.

ROFL. Я не стою на защите каких-либо представлений, я просто немножко биохимию знаю. Даже школьникам известно, что каналы имеют белковую природу.