Введение к работе
Конец 60-х годов XX века ознаменовался большим интересом к аналогиям систем живой и неживой природы и, как следствие этого интереса, зарождением новой науки -бионики. Бионика - это наука о системах, функции которых копируют функции живых систем, о системах, которым присущи специфические характеристики природных систем или которые являются их аналогами [см. Л. Жерарден, 1971]. Однако проводимые аналогии между системами живой и неживой природы, будь то аналогии на макроскопическом уровне [н/р, Прохоров,1966] или же аналогии на микроскопическом уровне, преследующие цель использовать биологические материалы для микроустройств (биоголоника, нейробионика, молекулярная микроэлектроника) [Иваницкий, 1984], не затрагивали глубинные идеи, позволяющие с единых позиций рассматривать множество процессов живой и неживой природы. Между тем, в настоящее время такое единое рассмотрение вполне возможно на базе синергетики [Николис, 1979; Хакен, 1991], включающей в себя три основных фактора, характеризующих рассматриваемую систему, система должна быть достаточно сложна и состоять из большого числа подсистем; эти подсистемы нелинейно взаимодействуют друг с другом; вся система находится в условиях сильной неравновесности. В этом случае в подобной системе в соответствующих условиях возникает процесс самоорганизации, ведущий к иерархичности структур, обладающих адаптационными способностями.
Следует отметить, что макромолекулярные структуры представляют собой именно такие системы:
ВО-ПЕРВЫХ, они всегда многокомпонентны, т.е. состоят как минимум из нескольких подсистем.
ВО-ВТОРЫХ, для макромолекулярных структур чрезвычайно характерна способность к весьма широкого типа конформационным перестройкам, под которыми понимают изменение геометрии: либо локальной области, либо области, охватывающей всю длину макромолекулярной структуры.
В-ТРЕТЬИХ, в большом числе случаев исключительная сложность макромолекулярных структур как объектов исследования искупается возможностью применения к ним представлений об иерархическом строении.
В-ЧЕТВЕРТЫХ, макромолекулярные структуры одинаково широко распространены как в неживой, так и в живой природе. При этом, на современном этапе, можно провести принципиально важное разделение между реализацией макромолекулярных структур в неживой и живой природе. Суть дела состоит в том, что на протяжении долгого времени не смотря на, в принципе, близкое строение макромолекуляных структур в обоих случаях, считалось, что функционирование их происходит по двум различным законам: в случае неживой природы вполне адекватна квантовая мехг.ника, статистическая физика, электродинамика, тогда как в живой природе реализуются особые биотонические закономерности [Elsasser, 1958; Вигнер,1971.]. Однако после создания синергетики стало ясно [см. нап. Николис, 1979], что здесь имеет место "один закон, но два различных случая его реализации". Речь идет о том, что термодинамика неравновесных процессов включает в себя возможность анализа явлений как живой, так и неживой природы; отличие состоит лишь в том, что в неживой природе реализуется слабое отклонение от состояния равновесия, тогда как в живой природе все макромолекулярные структуры функционируют в условиях сильного отклонения от состояния равновесия, что приводит к процессам самоорганизации на различных уровнях сложной иерархической системы [Николис, 1979.]. Интересно отметить, что подобное представление о взаимосвязи живой и неживой природы может явиться основой для нового концептуального подхода*, где проявляются глубочайшие аналогии явлений живой и нежігвой природы на макромолекулярном уровне.
Из сказанного выше следует, что сложные макромолекулярные системы, обладающие целым рядом специфических свойств, могут функционировать в самых различных условиях;
*Это новое направление, которое может быть представлено как бионика нового поколения, развивается ИХФП АН РУ, руководимом член.-корр. С.Ш.Рашидовой, которой автор признательна за научно-организационную поддержку.
4 их иерархическое строение делает их потенциально способными реагировать на самь разнообразные воздействия самым разнообразным образом. Поэтому при анализе реакції сложной макромолекулярной системы на внешние воздействия, несомненно, необходим следовать некоторому альянсу между физико-химическими подходами, в которых на первы план выделяются электронное строение этих систем и представления об иерархичности і структуры, включающие (в общем случае) необходимость учета синергетически самоорганизующихся эффектов.
В качестве наиболее сильных внешних факторов выведения макромолекулярных систе из состояния равновесия, принципиально важных как для систем живой природы, так и д; систем неживой природы, следует, несомненно, отметить роль радиации (хотя существует много других типов воздействия) и химического воздействия.
Таким образом, из всего вышесказанного следует, что АКТУАЛЬНОСТЬ даннь исследований определяется в первую очередь выбором объектов исследования макромолекулярных структур, являющихся "кирпичиками" как живой так и неживо природы, а так же состоянием этих объектов - их частичной или сильной неравновесносты в результате чего возникают обратные связи, приводящие к сннергетйческим эффекта! Указанные выше обстоятельства позволяют считать, что представляемая диссертационнг работа охватывает один из аспектов нарождающегося нового направления науки - бионик нового поколения.
Подводя итог, сформулируем ЦЕЛЬ ДАННОЙ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЬ теоретическое изучение отклика различных иерархических уровней сложны макромолекулярных структур на внешнее физико-химическое воздействие с акцентом t исследования электронного спектра макромолекулярных структур в их различно конформации.
Для реализации поставленной цели РЕШАЛИСЬ СЛЕДУЮЩИЕ ЗАДАЧИ:
-на микроскопическом уровне - исследование отклика электронного спектра длиннь квазиодномерных периодических полимерных цепей на определенный тип изменения I конформации.
на мезоскопическом уровне - влияние радиационной 6-вспышкн, происходящей клетке или органе на перестройку молекулярной структуры ДНК;
на макроскопическом уровне - изучение синергетических эффектов на приме{ сорбционных явлениий.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА данной диссертационной работы состоит
во-первых, в получении спектров длинных квазиодномерных макромолекулярны цепей с различным числом петель, изменяющих топологию системы;
во-вторых, в рассмотрении механизма мутаций под действием 9-вспьішкі стимулирующей таутомерные переходы атомов водорода в молекуле ДНК;
в-третьнх. в развитии феноменологического метода функции памяти асимптотическом приближении для описания синергетических эффектов сложны макромолекулярных структур и его апробации на примере немонотонной сорбции влаг семенем хлопчатника.
НАУЧНАЯ И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ данной диссертации связана возможностью идентификации изменения электронного спектра длинных цепей при и петлеобразовании, а также с введением метода функции памяти для описания синергетически эффектов в некоторых макромолекулярных системах.
-
При образовании петель(а также дефектов) различного типа на длинны квазиодномерных макромолекулах образуются локальные электронные состояни универсального типа, которые изменяют реакционную способность этих макромолекул, чт показано на основе метода функции Грина.
-
Радиационная 8-вспышка способна стимулировать изменение таутомерных фор пар оснований ДНК, что является исходным этапом в мутационных процессах по механизм
5 водородного ключа Левдина-Уотсона-Крика.
3. Метод функции памяти в ассимптотическом приближении является адекватным способом анализа спнергетнческнх режимов немонотонной сорбции сложными макромолекулярнымн структурами, что показано на примере немонотонной сорбции влаги семенем хлопчатника.
Доля личного участия автора высока как в постановке задачи, так и в проведении всех расчетов, а также в формулировке научных выводов из полученных результатов.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы также были представлены на ряде республиканских и международных форумах, по результатам которых опубликованы тезисы:
1.12 Конференция молодых ученых ИХФП РУ, Ташкент, 1992;
-
34th IUPAC International symposium on macromolecules, 1992;
-
Конференция молодых ученых по химии и физикевысокомолекулярных соединений, посвящ. 2-й годовщине независимости РУ и 50-летию АН РУ, ИХФП РУ, Ташкент, 1993;
-
8-Международная конференция по радиационной физике и химии неорганических материалов, РФХ. Томск, 1993, 10-12 Ноября.
-
International Conferense on Science and Technology of Synthetic Metals, July 24-29, Seoul, Korea, 1994.
-
16th Pecar International Conferense of Theory of Semiconductors: Session of computer modelling of the properties of the condensed matter, October 4-7, Odessa, 1994.
7.15th International Congress of Heterocyclic chemistry .Taipei, Taiwan, August 6-11,1995.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 12 печатных работ, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и выводов. Работа содержит 140 страниц машинописного текста, 23 рисунка и 1 таблицу. Список литературы включает 103 наименования.
