ИСТИНА

Молекулярные и надмолекулярные биологические процессы происходят в вязких средах. Силы трения для частицы при движении в вязкой среде пропорциональны вязкости и приводят к диссипации энергии движения в тепло. Однако у вязкости есть еще одна важнейшая функция, смысл которой раскрывается в докладе. Рассматривается пример молекулярной динамики фолдинга полипептидной цепи из 150 остатков в среде с вязкостью порядка вязкости воды. Полипептидная цепь сворачивается в спиральную конформацию и далее формируется один из характерных фолдов, который встречается в белках. Анализ динамики двугранных углов полипептидной цепи показывает, что имеется высокая степень корреляции поворотов в вязкой среде. Моделирование динамики той же системы в среде с вязкостью ниже критической нарушает корреляцию вращений по торсионным углам и макромолекула сворачивается в стохастическую глобулу. Этот пример демонстрирует "организующее" влияние вязкости на динамику системы из большого числа взаимодействующих частиц. Проводится анализ динамики в сильно вязких средах из первых принципов с использованием методов многомерной геометрии. Показано, что динамика системы из большого числа взаимодействующих частиц в сильно вязкой среде подчиняется определенным статистическим закономерностям, которые работают тем точнее, чем большее число степеней свободы участвуют в процессе [1]. Используются простые и наглядные геометрические свойства многомерных сфер и теорема о практически постоянном значении хорошей физической функции большого числа переменных на поверхности гиперсферы конечного радиуса. Обсуждаются законы сохранения для механики системы взаимодействующих частиц в сильно вязких средах. Показано, что в сильно вязких средах реализуются несколько экстремальных принципов для динамики макромолекул, которые работают при спонтанном сворачивании: - Средняя скорость диссипации энергии практически равномерно распределена по всем степеням свободы. - Движение происходит таким образом, чтобы одновременно выполнялись условия максимально возможной скорости уменьшения потенциальной энергии системы и минимально возможной скорости диссипации энергии по сравнению со всеми другими виртуальными перемещениями. Обсуждаемые закономерности применены к проблемам спонтанного формирования пространственных структур линейных биополимеров в водной среде [1,2]. Показано, что движение репрезентативной точки по многомерному энергетическому ландшафту с наибольшей вероятностью происходит по условно гладким траекториям, избегая резких изменений потенциальной энергии по относительно небольшому числу степеней свободы. Это уменьшает вероятность попадания репрезентативной точки в "энергетические ловушки" по пути к глобальному минимуму энергии. Литература [1] Shaitan K.V. Variational Principles in the Mechanics of Conformational Motions of Macromolecules in a Viscous Medium. Biophysics, 63, 1(2018). DOI: 10.1134/S0006350918010165 [2] Shaitan K.V. Hidden Symmetry Effects in the Dynamics of Linear Polymers and Biopolymers. Biophysics, 67, 386(2022). DOI: 10.1134/S0006350922030204