Главная > Разное > Биология и квантовая механика
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

ГЛАВА II. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АТОМОВ В МОЛЕКУЛАХ И МОЛЕКУЛ МЕЖДУ СОБОЙ

§ 3. Химические элементы жизни

Из известных физикам четырех типов взаимодействий (ядерное, или «сильное», электромагнитное, «слабое» и гравитационное) только электромагнитное взаимодействие ответственно за электронное строение атомов и молекул и взаимодействия между ними.

Ядерное и «слабое» взаимодействия обладают очень малым радиусом действия: соответственно см. На характерных для молекулярных систем расстояниях (примерно см) их действие не проявляется. Ядерные силы определяют свойства атомных ядер, имеющих размеры приблизительно см и состоящих из протонов и нейтронов. «Слабые» взаимодействия характеризуют процессы взаимопревращений протонов и нейтронов и других элементарных частиц. Они слабее ядерных примерно в 1012 раз.

Энергия гравитационного возаимодействия двух тел так же, как и электромагнитных взаимодействий тел, имеющих электрические заряды, убывает обратно пропорционально расстоянию между ними. Величина гравитационного взаимодействия пропорциональна произведению масс взаимодействующих тел. Однако коэффициент пропорциональности G имеет исключительно малое значение (приблизительно ). Поэтому гравитационное взаимодействие существенно, когда в нем участвуют тела очень большой массы (притяжение тел к Земле, взаимодействие планет и Солнца, вваимодействие между звездами и галактиками). Так, притяжение Луны к Земле равно . Вследствие малой массы гравитационное взаимодействие между отдельными атомами и молекулами ничтожно мало. Например, отношение гравитационного притяжения между электронами к их электростатическому отталкиванию равно . Гравитационное притяжение электрона к протону в атоме водорода составляет только часть их кулоновского взаимодействия.

Движущиеся электрические заряды кроме электрического поля создают магнитное поле, которое действует на другие движущиеся заряды. При этом отношение магнитного взаимодействия к электростатическому пропорционально квадрату отношения их относительной скорости v к скорости света с. В атомах и молекулах это отношение очень мало, поэтому главное значение имеет электростатическое взаимодействие.

Кроме электрического заряда электроны и некоторые атомные ядра обладают малыми магнитными моментами. Прямое магнитное взаимодействие между этими магнитными моментами также составляет ничтожную долю электростатического взаимодействия. Более существенное значение имеет спин (механический момент) электронов. Характер движения электронов и, следовательно, среднее электростатическое взаимодействие между ними зависит от относительной ориентации их спинов.

Основными элементарными единицами, из которых строятся все живые организмы, являются атомы и молекулы. Атомы и молекулы, в свою очередь, состоят из отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных атомных ядер, между которыми действуют электрические силы.

Молекулы, входящие в состав живых организмов (белки, нуклеиновые кислоты и др.), отличаются от молекул неживой природы прежде всего большими размерами. Например, относительная молекулярная масса молекулы миозина, входящей в состав мышечных волокон, достигает 500 000 а. е. м. Шесть легких элементов периодической системы Менделеева — водород (ЧН), углерод авот кислород (80), фосфор и сера — играют совершенно исключительную роль в биологических системах.

Из атомов элементов Н, С, О строятся углеводы и липиды, входящие в состав клеточных и внутриклеточных мембран. В состав белков входят Н, С, О, N, S. В состав нуклеиновых кислот — Н, С, О, N, Р. Фосфор входит также в состав жизненно важных молекул, переносящих энергию в биологических системах.

Кроме указанных выше элементов, составляющих основу живой материи, в живых организмах играет существенную роль небольшое количество положительных (катионы) и отрицательных (анионы) ионов атомов других элементов. К таким элементам прежде всего относится кальций составляющий около 2% веса человеческого тела, а также калий натрий магний . Они играют исключительную роль при регулировании мембранной и мышечной активности, проводимости нервного импульса и в других явлениях. Другие

катионы — железо медь цинк кобальт марганец молибден содержатся в ничтожных количествах (менее ). Но и они играют большую роль как активаторы многих ферментов. Некоторые из них входят в состав очень важных комплексов. Например, желево входит в состав гемоглобина и цитохромов, магний — в состав хлорофилла, кобальт — в состав витамина

Из простых анионов важнейшую роль играет хлор — он является составной частью всех биологических растворов. Ничтожные количества йода, брома и фтора также необходимы живым организмам.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление