JARiNS. – 2020. – № 10
https://doi.org/10.26160/2572-4347-2020-10-40-58
Hysteresis way of biological systems evolution from the perspective of non-equilibrium thermodynamics
Tsegelskiy V.G.
Гистерезисный способ эволюции биологических систем с позиции неравновесной термодинамики
Цегельский В.Г.
Full text (Полный текст) PDF
Keywords: membrane, protein, cell, hysteresis, non-equilibrium thermodynamics, protein self-organization.
Ключевые слова: мембрана, белок, клетка, гистерезис, неравновесная термодинамика, самоорганизация белка.
Abstract. The paper investigates from the perspective of non-equilibrium thermodynamics the processes in biological systems such as cell membrane, single-domain and multi-domain globular protein, alga cell Chara corallina. State change process of these biological systems follows the same general evolution laws of non-equilibrium thermodynamics systems researched previously for physicochemical processes. It is noted that the lower to higher entropy generation state transitions of these biological systems and reverse transitions are realized through hysteresis. In the course of the transition, the membrane structure (gel or liquid-crystal state), globular protein (denatured or globular state) or alga cell structure, thermophysical and other parameters change dramatically. Transitions occur abruptly with the formation of unsteady structures. The self-organization process of single-domain and multi-domain proteins is described from the perspective of non-equilibrium thermodynamics. Thermodynamic analogues of these processes from “inanimate” nature are given.
Аннотация. Проанализированы с позиции неравновесной термодинамики процессы, протекающие в таких биологических системах, как мембрана клетки, однодоменный и многодоменный глобулярный белок, клетка водоросли Chara corallina. Показано, что процесс изменения состояний рассматриваемых биологических систем подчиняется одним и тем же общим закономерностям эволюции неравновесных термодинамических систем, выявленным для физико-химических процессов. Отмечается, что переходы в рассматриваемых биологических системах из стационарного состояния с меньшим производством энтропии в стационарное состояние с бóльшим производством энтропии и в обратном направлении реализуются через гистерезис. При переходах резко изменяются структура мембраны (гель-состояние или жидкокристаллическое), структура глобулярного белка (развернутое или глобулярное состояние) или клетки водоросли, а также теплофизические и другие параметры. Переходы осуществляются достаточно резко, скачкообразно с образованием нестационарных структур. Описывается процесс самоорганизации однодоменных и многодоменных белков с позиции неравновесной термодинамики. Приводятся термодинамические аналоги этим процессам из «неживой» природы.
