XIX. Кино 2 страница. М., содержащие единичные связи, или сигма-связи, могут существовать в различных конформациях, возникающих при поворотах атомных групп вокруг единичных связей

М., содержащие единичные связи, или сигма-связи, могут существовать в различных конформациях, возникающих при поворотах атомных групп вокруг единичных связей. Важные особенности макромолекул синтетич. и биологич. полимеров определяются именно их кон-формационными свойствами.

Взаимодействие атомов в молекуле. Природа хим. связей в М. оставалась загадочной вплоть до создания квантовой механики - классич. физика не могла объяснить насыщаемость и направленность валентных связей. Основы теории хим. связи были созданы В. Гейтлером и нем. учёным Ф. Лондоном в 1927 на примере простейшей молекулы Н₂. В дальнейшем теория и методы расчёта были значительно усовершенствованы, в частности на основе широкого применения молекулярных орбиталей метода, и квантовая химия позволяет вычислять межатомные расстояния, энергии М., энергии хим. связей и распределение электронной плотности для сложных М.; при этом расчётные данные хорошо согласуются с экспериментальными.

Хим. связи в М. подавляющего числа органич. соединений являются кова-лентными. Напротив, в ряде неорганич. соединений существуют ионные, а также донорно-акцепторные связи (см. Химическая связь), реализуемые в результате обобществления неподелённой пары электронов данного атома. Энергия образования М. из атомов во мн. рядах сходных соединений приближённо аддитивна. Иными словами, в этих случаях можно считать, что энергия М. есть сумма энергий её связей, имеющих постоянные значения в рассматриваемом ряду. Отсюда следует практич. возможность приписать хим. связям приближённо автономные электронные оболочки.

Аддитивность энергии М. выполняется не всегда. Яркий пример нарушения аддитивности представляют плоские М. органич. соединений с т. н. сопряжёнными связями, т. е. с кратными связями, чередующимися с единичными. В этих случаях валентные электроны, определяющие кратность связей, т. н. я-электроны, становятся общими для всей системы сопряжённых связей, делокализованными. Такая делокализация электронов приводит к дополнительной стабилизации М. Напр., энергия образования М. 1, 3-бутадиена Н₂С = СН - СН = СН₂ больше ожидаемой по аддитивности на 16, 8 кдж/молъ (на 4 ккал/моль). Выравнивание электронной плотности вследствие обобществления л-электронов по связям выражается в удлинении двойных связей и укорочении единичных. В правильном шестиугольнике межуглеродных связей бензола (см. формулу) все связи одинаковы и имеют длину, промежуточную между длиной единичной и двойной связи. Сопряжение связей ярко проявляется в молекулярных спектрах (см. ниже).

Совр. квантовомеханич. теория хим. связи учитывает частичную делокали-зацию не только я-, но и а-электронов, наблюдающуюся в любых молекулах. Вообще говоря, это не нарушает аддитивности энергий молекул.

В подавляющем большинстве случаев суммарный спин валентных электронов в М. равен нулю, т. е. спины электронов попарно насыщены. М., содержащие неспаренные электроны - радикалы свободные (напр., атомный водород Н', метил СН'з), обычно неустойчивы, т. к. при их соединении друг с другом происходит значит, понижение энергии вследствие образования валентных связей. Наиболее эффективным методом изучения строения свободных радикалов является электронный парамагнитный резонанс (ЭПР).

Электрические и оптические свойства молекул. Поведение вещества в электрич. поле определяется основными электрич. характеристиками М.- постоянным ди-польным моментом и поляризуемостью. Дипольный момент означает несовпадение центров тяжести положит, и от-рицат. зарядов в М., т. е. электрич. асимметрию М. Соответственно М., имеющие центр симметрии, напр. Н₂, лишены постоянного дипольного момента; напротив, в НС1 электроны смещены к атому С1 и дипольный момент равен 1, 03 D (1, 03-10-¹⁸ ед. СГС). Поляризуемостью характеризуется способность электронной оболочки любой М. смещаться под действием электрич. поля, в результате чего в М. создаётся индуцированный дипольный момент. Значения дипольного момента и поляризуемости находят экспериментально с помощью измерений диэлектрической проницаемости. В случае аддитивности свойств М. дипольный момент М. может быть представлен суммой дипольных моментов связей (с учётом их направления), то же относится к поляризуемости М.

Оптич. свойства вещества характеризуют его поведение в переменном электрич. поле световой волны - тем самым они определяются поляризуемостью М. вещества. С поляризуемостью непосредственно связаны преломление и рассеяние света, оптическая активность и др. явления, изучаемые молекулярной оптикой - разделом физич. оптики, посвящённым изучению оптич. свойств вещества.

Магнитные свойства молекул. М. и макромолекулы подавляющего большинства хим. соединений диамагнитны (см. Диамагнетизм). Магнитная восприимчи-
[ris]

вость М. (х) в ряде органич. соединений может быть выражена как сумма значений х Д^ля отдельных связей; однако аддитивность х выполняется хуже, чем аддитивность поляризуемостей а. И х, и а определяются свойствами внешних электронов М.; эти две величины связаны одна с другой.

Парамагнитны М., обладающие постоянным магнитным моментом (см. Парамагнетизм). Таковы М. с нечётным числом электронов во внешней оболочке (напр., NO и любые свободные радикалы), М., содержащие атомы с незамкнутыми (незаполненными) внутр. оболочками (переходные металлы и др.). Магнитная восприимчивость парамагнитных веществ зависит от темп-ры, т. к. тепловое движение препятствует ориентации магнитных моментов в магнитном поле. Строение парамагнитных М. эффективно изучается методом ЭПР.

Атомные ядра элементов, у к-рых атомный номер или массовое число нечётны, обладают ядерным спиновым парамагнетизмом. Для таких ядер характерен ядерный магнитный резонанс (ЯМР), спектр к-рого зависит от электронного окружения ядер в М. Поэтому спектры ЯМР служат источником очень подробной информации о строении М., в т. ч. и весьма сложных, напр, белков (см. также Ядерный квадруполъный резонанс, Магнетизм, Магнетохимия).

Спектры и строение молекул. Элект-рич., оптич., магнитные и др. свойства М. в конечном счёте связаны с волновыми функциями и энергиями различных состояний М.; через них выражаются и электрич. дипольный момент, и магнитный момент, и поляризуемость, и магнитная восприимчивость. Прямую информацию о состояниях М. и вероятностях перехода между ними дают молекулярные спектры.

Частоты в спектрах, соответствующих вращат. переходам, зависят от моментов инерции М., определение к-рых из спект-роскопич. данных позволяет получить наиболее точные значения межатомных расстояний в М.

Общее число линий или полос в колебательном спектре М. зависит от её симметрии. Частоты колебаний, наблюдаемые в спектрах, определяются, с одной стороны, массами атомов и их расположением, с другой - динамикой межатомных взаимодействий. Теория колебаний многоатомных М. соответственно опирается на теорию хим. строения и классическую механику связанных колебаний. Исследование колебательных спектров позволяет сделать ряд выводов о строении М., о межатомных и межмолекулярных взаимодействиях, изучать явления таутомерии, поворотной изомерии.

Электронные переходы в М. характеризуют структуру их электронных оболочек, состояние хим. связей. Спектры М., обладающих большим числом сопряжённых связей, характеризуются длинноволновыми полосами поглощения, попадающими в видимую область. Вещества, построенные из таких М., обладают цветностью, к ним относятся все органич. красители. Изучение электронно-колебательных спектров М. необходимо для понимания естественной и магнитной оптич. активности.

Молекулы в химии, физике и биологии. Понятие о М.- основное для химии, и большей частью сведений о строении и функциональности М. наука обязана хим. исследованиям. При хим. реакции происходит превращение одних М. в другие. Для такого превращения обычно необходима нек-рая избыточная энергия М.-энергия активации (см. Кинетика химическая). В акте хим. взаимодействия М. проходят через конфигурацию т. н. активированного комплекса, или переходного состояния М. Характер и скорость хим. реакции определяются этим состоянием, в свою очередь зависящим от строения взаимодействующих М. Химия решает две главные задачи, относящиеся к М., -устанавливает строение М. на основании хим. реакций и, наоборот, на основе строения М. определяет ход реакций. Широкая совокупность важнейших проблем совр. химии, в т. ч. и нерешённых, сводится к теории хим. реакционной способности. Исследование этих проблем требует применения как теоретич. методов квантовой химии, так и экспериментальных данных, получаемых хим. и физ. методами. Физ. явления, определяемые строением и свойствами М., изучаются молекулярной физикой. Термодинамич. свойства любого вещества, построенного из М., в конечном счёте выражаются через значения энергий всех возможных состояний М., находимых из спектроскопич. данных. Строение М. и межмолекулярные взаимодействия ответственны за равновесные свойства вещества. То же относится к неравновесным, кинетич., свойствам. Установление равновесия требует нек-рого времени - времени релаксации. При быстрых изменениях состояния вещества равновесие может не успеть установиться. Эти явления наблюдаются, напр., при прохождении ультразвука через вещество и сказываются на поглощении и дисперсии звуковых волн (см. Молекулярная акустика). Равновесие устанавливается в результате взаимодействия М. при их соударениях в газе и жидкости, в результате поглощения и излучения света и т. д. Время релаксации М. в конденсированной среде существенно зависит от темп-ры, с ростом к-рой увеличивается подвижность М. В ряде случаев М. в жидкости практически утрачивают свою подвижность ещё до кристаллизации: происходит стеклование вещества. Подвижностью М. определяются способность веществ к диффузии, их вязкость, теплопроводность и т. д. Непосредств. изучение подвижности М., определение времён релаксации проводятся методами поглощения и дисперсии электромагнитных волн, ЯМР, ЭПР и др. способами.

Равновесные и кинетич. свойства больших цепных М., образующих полимеры (см. Макромолекула), специфичны. Особенности поведения макромолекул определяются прежде всего их гибкостью -способностью находиться в большом числе различных конформаций, возникающих в результате поворотов вокруг единичных связей.

Развитие биологии, химии и молекулярной физики привело к построению молекулярной биологии, исследующей осн. явления жизни, исходя из строения и свойств биологически функциональных М. Организм существует на основе тонко сбалансированных химических и нехимических взаимодействий между М. Таким образом, изучение строения и свойств М. имеет фундаментальное значение для естествознания в целом.

Лит.: С ы р к и н Я. К., Д я т к и н а М. Е., Химическая связь и строение молекул, М.-Л., 1946; Паулин г Л., Природа химической связи, пер. с англ. М.-Л., 1947; Волькенштейн М. В. Строение и физические свойства молекул М.- Л., 1955; е г о же, Молекулы и жизнь М., 1965; его же, Перекрёстки науки, М. 1972; Кондратьев В. Н., Структура атомов и молекул, 2 изд., М., 1959; К о з м а н У., Введение в квантовую химию, пер. с англ., М., 1960; С л э т е р Дж., Электронная структура молекул, пер. с англ., М., 1965.

М. В. Волъкенштейн.

МОЛЕКУЛЯРНАЯ АКУСТИКА, раздел физической акустики, в к-ром свойства вещества и кинетика молекулярных процессов исследуются акустич. методами. Осн. методами М. а. являются измерение скорости звука и поглощения звука и зависимостей этих величин от разных физ. параметров: частоты звуковой волны, темп-ры, давления и др. Методами М. а. можно исследовать газы, жидкости, полимеры, твёрдые тела, плазму. Развитие М. а. как самостоят, раздела началось в 30-е годы 20 в., когда было установлено, что во многих веществах при распространении в них звуковых волн имеет место дисперсия скорости звука (см. Дисперсия звука), а поглощение звука не описывается классич. законом, по к-рому коэфф. поглощения пропорционален квадрату частоты. Эти аномалии были объяснены на основании изучения релаксационных процессов (см. Релаксация), что позволило связать нек-рые свойства вещества на молекулярном уровне, а также ряд кинетич. характеристик молекулярных процессов с такими макроскопич. величинами, как скорость и поглощение звука.

По скорости звука можно определить такие характеристики вещества, как сжимаемость, отношение теплоёмкостей, упругие свойства твёрдого тела и др., а по поглощению звука - значения сдвиговой и объёмной вязкости, время релаксации и др. В газах, измеряя скорость звука и её зависимость от темп-ры, определяют параметры, характеризующие взаимодействие молекул газа при столкновениях. В жидкости, вычисляя скорость звука на основании той или иной модели жидкости и сравнивая результаты расчёта с опытными данными, в ряде случаев можно оценить правдоподобность используемой модели и определить энергию взаимодействия молекул. На скорость звука влияют особенности молекулярной структуры, силы межмолекулярного взаимодействия и плотность упаковки молекул. Так, напр., увеличение плотности упаковки молекул, появление водородных связей, полимеризация приводят к увеличению скорости звука, а введение в молекулу тяжёлых атомов -к её уменьшению.

При наличии релаксац. процессов энергия постулат, движения молекул, к-рую они получают в звуковой волне, перераспределяется на внутр. степени свободы. При этом появляется дисперсия скорости звука, а зависимость произведения коэфф. поглощения на длину волны от частоты имеет максимум на нек-рой частоте, наз. частотой релаксации. Величина дисперсии скорости звука и величина коэфф. поглощения зависят от того, какие именно степени свободы возбуждаются под действием звуковой волны, а частота релаксации, равная обратному значению времени релаксации, связана со скоростью обмена энергией между различными степенями свободы. Т. о., измеряя скорость звука и поглощение в зависимости от частоты и определяя время релаксации, можно судить о характере молекулярных процессов и о том, какой из этих процессов вносит осн. вклад в релаксацию. Этими методами можно исследовать возбуждение колебат. и вращат. степеней свободы молекул в газах и жидкостях, процессы столкновения молекул в смесях различных газов, установление равновесия при химич. реакциях, перестройку молекулярной структуры в жидкостях, процессы сдвиговой релаксации в очень вязких жидкостях и полимерах, различные процессы взаимодействия звука с элементарными возбуждениями в твёрдых телах и др.

Анализ акустич. данных для жидкостей обычно проводить труднее, чем для газов, поскольку область релаксации здесь, как правило, лежит в диапазоне более высоких частот, требующем более сложных измерений. В очень вязких жидкостях, полимерах и нек-рых др. веществах в поглощение и дисперсию может давать вклад целый набор релаксац. процессов с широким спектром времён релаксации. Поскольку время релаксации зависит от темп-ры и давления, меняя эти параметры, можно сдвигать по частоте область релаксации. Так, напр., в газе повышение давления газа эквивалентно уменьшению частоты. Это бывает удобно использовать при измерении скорости и поглощения звука, если частота релаксации при нормальных условиях оказывается в том диапазоне частот, к-рый с трудом поддаётся экспериментальному исследованию. Изучение температурных зависимостей скорости и поглощения звука позволяет разделить вклад различных релаксац. процессов.

В М. а. для исследований обычно применяется ультразвук: в газах - в диапазоне частот 10⁴-10⁵ гц, а в жидкостях и твёрдых телах - в диапазоне 10⁵-10⁸ гц. Это связано как с высоким развитием техники излучения и приёма ультразвука и с большой точностью измерений в этом диапазоне частот, так и с тем, что работа на более низких частотах потребовала бы очень больших объёмов исследуемого вещества, а на более высоких частотах поглощение звука становится столь большим, что многие акустич. методы оказываются неприменимыми.

Лит.: Михайлов И. Г., Соловьев В. А., Сырников Ю. П., Основы молекулярной акустики, М., 1964; Физическая акустика, под ред. У. Мэзона, пер. с англ., т. 2, ч. А, М., 1968, т. 4, ч. А и Б, М., 1970; Бергман Л., Ультразвук и его применение в науке и технике, пер. с нем., М., 1956; Herzf e Id К. F., Litovitz Т. A., Absorption and dispersion of ultrasonic waves, N. Y.- L., 1959. А.Л.Полякова.

МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ, наука, ставящая своей задачей познание природы явлений жизнедеятельности путём изучения биол. объектов и систем на уровне, приближающемся к молекулярному, а в ряде случаев и достигающем этого предела. Конечной целью при этом является выяснение того, каким образом и в какой мере характерные проявления жизни, такие, как наследственность, воспроизведение себе подобного, биосинтез белков, возбудимость, рост и развитие, хранение и передача информации, превращения энергии, подвижность и т. д., обусловлены структурой, свойствами и взаимодействием молекул биологически важных веществ, в первую очередь двух главных классов высокомолекулярных биополимеров - белков и нуклеиновых к-т. Отличит, черта М. б. - изучение явлений жизни на неживых объектах или таких, к-рым присущи самые примитивные проявления жизни. Таковыми являются биол. образования от клеточного уровня и ниже: субклеточные орга-неллы, такие, как изолированные клеточные ядра, митохондрии, рибосомы, хромосомы, клеточные мембраны; далее - системы, стоящие на границе живой и неживой природы, - вирусы, в т. ч. и бактериофаги, и кончая молекулами важнейших компонентов живой материи - нуклеиновых кислот и белков.

М. б.- новая область естествознания, тесно связанная с давно сложившимися направлениями исследований, которые охватываются биохимией, биофизикой и биоорганической химией. Разграничение здесь возможно лишь на основе учёта применяемых методов и по принципиальному характеру используемых подходов.

Фундамент, на к-ром развивалась М. б., закладывался такими науками, как генетика, биохимия, физиология элементарных процессов и т. д. По истокам своего развития М. б. неразрывно связана с молекулярной генетикой, к-рая продолжает составлять важную часть М. б., хотя и сформировалась уже в значит, мере в самостоят, дисциплину. Вычленение М. б. из биохимии продиктовано след, соображениями. Задачи биохимии в основном ограничиваются констатацией участия тех или иных химич. веществ при определённых биологич. функциях и процессах и выяснением характера их превращений; ведущее значение принадлежит сведениям о реакционной способности и об осн. чертах химич. строения, выражаемого обычной химич. формулой. Т. о., по существу, внимание сосредоточено на превращениях, затрагивающих главновалентные химич. связи. Между тем, как было подчёркнуто Л. Полингом, в биологич. системах и проявлениях жизнедеятельности осн. значение должно быть отведено не главно-валентным связям, действующим в пределах одной молекулы, а разнообразным типам связей, обусловливающих межмолекулярные взаимодействия (электростатическим, ван-дер-ваальсовым, водородным связям и др.).

Конечный результат биохим. исследования может быть представлен в виде той или иной системы химич. уравнений, обычно полностью исчерпываемой их изображением на плоскости, т. е. в двух измерениях. Отличит, чертой М. б. является её трёхмерность. Сущность М. б. усматривается М. Перуцем в том, чтобы истолковать биологические функции в понятиях молекулярной структуры. Можно сказать, что если прежде при изучении биологич. объектов необходимо было ответить на вопрос " что", т. е. какие вещества присутствуют, и на вопрос " где" -в каких тканях и органах, то М. б. ставит своей задачей получить ответы на вопрос " как", познав сущность роли и участия всей структуры молекулы, и на вопросы " почему" и " зачем", выяснив, с одной стороны, связи между свойствами молекулы (опять-таки в первую очередь белков и нуклеиновых к-т) и осуществляемыми ею функциями и, с другой стороны, роль таких отд. функций в общем комплексе проявлений жизнедеятельности.

Решающую роль приобретают взаимное расположение атомов и их группировок в общей структуре макромолекулы, их пространственные взаимоотношения. Это касается как отдельных, индивидуальных, компонентов, так и общей конфигурации молекулы в целом. Именно в результате возникновения строго детерминированной объёмной структуры молекулы биополимеров приобретают те свойства, в силу к-рых они оказываются способными служить материальной основой биологич. функций. Такой принцип подхода к изучению живого составляет наиболее характерную, типическую черту М. б.

Историческая справка. Огромное значение исследований биологич. проблем на молекулярном уровне предвидел И. П. Павлов, говоривший о последней ступени в науке о жизни - физиологии живой молекулы. Самый термин " М. б." был впервые употреблён англ, учёным У. Аст-бери в приложении к исследованиям, касавшимся выяснения зависимостей между молекулярной структурой и фи-зич. и биологич. свойствами фибрилляр-ных (волокнистых) белков, таких, как коллаген, фибрин крови или сократительные белки мышц. Широко применять термин " М. б." стали с нач. 50-х гг. 20 в.

Возникновение М. б. как сформировавшейся науки принято относить к 1953, когда Дж. Уотсоном и Ф. Криком в Кембридже (Великобритания) была раскрыта трёхмерная структура дезоксирибонук-леиновой кислоты (ДНК). Это позволило говорить о том, каким образом детали данной структуры определяют биологич. функции ДНК в качестве материального носителя наследственной информации. В принципе, об этой роли ДНК стало известно неск. раньше (1944) в результате работ амер. генетика О. Т. Эйвери с сотрудниками (см. Молекулярная генетика), но не было известно, в какой мере данная функция зависит от молекулярного строения ДНК. Это стало возможным лишь после того, как в лабораториях У. Л. Брэгга, Дж. Бернала и др. были разработаны новые принципы рентгеноструктурного анализа, обеспечившие применение этого метода для детального познания пространств, строения макромолекул белков и нуклеиновых кислот.

Уровни молекулярной организации. В 1957 Дж. Кендрю установил трёхмерную структуру миоглобина, а в последующие годы это было сделано М. Перуцем в отношении гемоглобина. Были сформулированы представления о различных уровнях пространств, организации макромолекул. Первичная структура - это последовательность отд. звеньев (мономеров) в цепи образующейся молекулы полимера. Для белков мономерами являются аминокислоты, для нуклеиновых кислот - нуклеотиды. Линейная, нитевидная молекула биополимера в результате возникновения водородных связей обладает способностью определённым образом укладываться в пространстве, напр, в случае белков, как показал Л. Полинг, приобретать форму спирали. Это обозначается как вторичная структура. О третичной структуре говорят, когда молекула, обладающая вторичной структурой, складывается далее тем или иным образом, заполняя трёхмерное пространство. Наконец, молекулы, обладающие трёхмерной структурой, могут вступать во взаимодействие, закономерно располагаясь в пространстве относительно друг друга и образуя то, что обозначается как четвертичная структур а; её отдельные компоненты обычно наз. субъединицами. Наиболее наглядным примером того, как молекулярная трёхмерная структура определяет биологич. функции молекулы, служит ДНК. Она обладает строением двойной спирали: две нити, идущие во взаимно противоположном направлении (антипараллелъно), закручены одна вокруг другой, образуя двойную спираль со взаимно комплементарным расположением оснований, т.е. так, что против определённого основания одной цепи всегда в другой цепи стоит такое основание, к-рое наилучшим образом обеспечивает образование водородных связей: аденин (А) образует пару с тимином (Т), гуанин (Г) - с цитозином (Ц). Такая структура создаёт оптимальные условия для важнейших биологич. функций ДНК: количественного умножения наследственной информации в процессе клеточного деления при сохранении качественной неизменности этого потока генетич. информации. При делении клетки нити двойной спирали ДНК, служащей в качестве матрицы, или шаблона, расплетаются и на каждой из них под действием ферментов синтезируется комплементарная новая нить. В результате этого из одной материнской молекулы ДНК получаются две совершенно тождественные ей дочерние молекулы (см. Клетка, Митоз).

Так же и в случае гемоглобина оказалось, что его биологич. функция - способность обратимо присоединять кислород в лёгких и затем отдавать его тканям - теснейшим образом связана с особенностями трёхмерной структуры гемоглобина и её изменениями в процессе осуществления свойственной ему физио-логич. роли. При связывании и диссоциации О₂ происходят пространственные изменения конформации молекулы гемоглобина, ведущие к изменению сродства содержащихся в нём атомов железа к кислороду. Изменения размеров молекулы гемоглобина, напоминающие изменения объёма грудной клетки при дыхании, позволили назвать гемоглобин " молекулярными лёгкими".

Одна из важнейших черт живых объектов - их способность тонко регулировать все проявления жизнедеятельности. Крупным вкладом М. б. в науч. открытия следует считать раскрытие нового, ранее неизвестного регуляторного механизма, обозначаемого как аллостериче-ский эффект. Он заключается в способности веществ низкой мол. массы-т. н. лигандов -видоизменять специфич. биологич. функции макромолекул, в первую очередь каталитически действующих белков - ферментов, гемоглобина, рецепторных белков, участвующих в построении биологических мембран, в синаптич. передаче (см. Синапсы) ит. д.

Три биотических потока. В свете представлений М. б. совокупность явлений жизни можно рассматривать как результат сочетания трёх потоков: потока материи, находящего своё выражение в явлениях обмена веществ, т. е. ассимиляции и диссимиляции; потока энергии, являющейся движущей силой для всех проявлений жизнедеятельности; и потока информации, пронизывающего собой не только всё многообразие процессов развития и существования каждого организма, но и непрерывную череду сменяющих друг друга поколений. Именно представление о потоке информации, внесённое в учение о живом мире развитием М. б., накладывает на неё свой специфический, уникальный отпечаток.

Важнейшие достижения молекулярной биологии. Стремительность, размах и глубину влияния М. б. на успехи в познании коренных проблем изучения живой природы справедливо сравнивают, напр., с влиянием квантовой теории на развитие атомной физики. Два внутренне связанных условия определили это революционизирующее воздействие. С одной стороны, решающую роль сыграло обнаружение возможности изучения важнейших проявлений жизнедеятельности в простейших условиях, приближающихся к типу химич. и физич. экспериментов. С другой стороны, как следствие указанного обстоятельства, имело место быстрое включение значит, числа представителей точных наук - физиков, химиков, кристаллографов, а затем и математиков -в разработку биологич. проблем. В своей совокупности эти обстоятельства и обусловили необычайно быстрый темп развития М. б., число и значимость её успехов, достигнутых всего за два десятилетия. Вот далеко не полный перечень этих достижений: раскрытие структуры и механизма биологич. функции ДНК, всех типов РНК и рибосом, раскрытие генетического кода; открытие обратной транскрипции, т. е. синтеза ДНК на матрице РНК; изучение механизмов функционирования дыхательных пигментов; открытие трёхмерной структуры и её функциональной роли в действии ферментов, принципа матричного синтеза и механизмов биосинтеза белков; раскрытие структуры вирусов и механизмов их репликации, первичной и, частично, пространственной структуры антител; изолирование индивидуальных генов; химич., а затем биологич. (ферментативный) синтез гена, в т. ч. человеческого, вне клетки (in vitro); перенос генов из одного организма в другой, в т. ч. в клетки человека; стремительно идущая расшифровка химич. структуры возрастающего числа индивидуальных белков, гл. обр. ферментов, а также нуклеиновых к-т; обнаружение явлений " самосборки" нек-рых биологич. объектов всё возрастающей сложности, начиная от молекул нуклеиновых кислот и переходя к многокомпонентным ферментам, вирусам, рибосомам и т. д.; выяснение ал-лостерических и др. осн. принципов регулирования биол. функций и процессов.

Редукцяонизм и интеграция. М. б. является завершающим этапом того направления в изучении живых объектов, к-рое обозначается как " редукционизм", т. е. стремление свести сложные жизненные функции к явлениям, протекающим на уровне молекул и потому доступным изучению методами физики и химии. Достигнутые М. б. успехи свидетельствуют об эффективности такого подхода. Вместе с тем необходимо учитывать, что в естеств. условиях в клетке, ткани, органе и целом организме мы имеем дело с системами возрастающей степени усложнённости. Такие системы образуются из компонентов более низкого уровня путём их закономерной интеграции в целостности, приобретающие структурную и функциональную организацию и обладающие новыми свойствами. Поэтому по мере детализации познаний о закономерностях, доступных раскрытию на молекулярном и примыкающих уровнях, перед М. б. встают задачи познания механизмов интеграции как линии дальнейшего развития в изучении явлений жизни. Отправной точкой здесь служит исследование сил межмолекулярных взаимодействий - водородных связей, ван-дер-ваальсовых, электростатич. сил и т. д. Своей совокупностью и пространственным расположением они образуют то, что может быть обозначено как " интегратив-ная информация". Её следует рассматривать как одну из гл. частей уже упоминавшегося потока информации. В области М. б. примерами интеграции могут служить явления самосборки сложных образований из смеси их составных частей. Сюда относятся, напр., образование многокомпонентных белков из их субъединиц, образование вирусов из их составных частей - белков и нуклеиновой к-ты, восстановление исходной структуры рибосом после разделения их белковых и нуклеиновых компонентов и т. д. Изучение этих явлений непосредственно связано с познанием осн. феноменов " узнавания" молекул биополимеров. Речь идёт о том, чтобы выяснить, какие сочетания аминокислот - в молекулах белков или нуклеотидов - в нуклеиновых к-тах взаимодействуют между собой при процессах ассоциации индивидуальных молекул с образованием комплексов строго специфичного, наперёд заданного состава и строения. Сюда относятся процессы образования сложных белков из их субъединиц; далее, избирательное взаимовоздействие между молекулами нуклеиновых кислот, напр, транспортными и матричными (в этом случае существенно расширило наши сведения раскрытие генетич. кода); наконец, это образование мн. типов структур (напр., рибосом, вирусов, хромосом), в к-рых участвуют и белки, и нуклеиновые к-ты. Раскрытие соответствующих закономерностей, познание " языка", лежащего в основе указанных взаимодействий, составляет одну из важнейших областей М. б., ещё ожидающую своей разработки. Эту область рассматривают как принадлежащую к числу фундаментальных проблем для всей биосферы.