Математическое описание функций в клетке – язык количественной химии

на основе всего двух базовых возможностей возникает широкое разнообразие комбинированных

Для количественного описания эффекта при использовании элементов молекулярного конструктора в клетке важно, что клеточные процессы довольно однородны. В клетке все структуры состоят из атомов или молекул, соединенных связями 3-х типов (ковалентная, водородная, гидрофобная) и происходят процессы их перестройки (химические реакции и перестройки слабых связей).

Можно количественно оценить вероятность для гидрофобной молекулы находиться соответственно в гидрофобном и гидрофильном окружении – как энергетический эффект в показателе экспоненты (вероятность пропорциональна exp(-E_i/RT) в трактовке Максвелла или Гиббса) для случая различия энергетической конфигурации соответственно при образованных и необразованных связях. Длинный липидный хвост означает, что не будут образованы водородные связи с характерной энергией 10-20 кДж по числу несколько штук на каждую углеводородную (ОУФ) группу хвоста.

Задача: какой толщины иголка может лежать на воде?

За счет образования перечисленных типов связей можно построить объекты, которые есть в клетке: пленки и частицы разного размера и формы (в частности, нити). Эти частицы и пленки разного размера и формы (комбинируемые разным образом) могут реализовывать перечисленные выше функции и свойства – ускорять химические превращения, создавать временные конструкции за счет большого числа слабых связей, разделять реакционные зоны, обеспечивать определенные механические свойства, генерировать и поддерживать разность потенциалов и т.д.

Таким образом, на уровне конечного эффекта получается большое разнообразие, несмотря на то, что набор возможностей на первый взгляд кажется однообразным (фактически элементарных возможностей всего две – химические превращения и образование слабых связей).

Более того, Схема всех клеточных процессов в первом приближении одинакова. К некоему комплексу присоединяется слабыми связями последовательно одна, несколько либо много частиц. Получившийся комплекс преобразуется в некое число стадий, затем отсоединяются те же (например, если имел место транспорт) или какие-то новые частицы.

Основная характеристика любой связи – энергия ее разрыва, а характеристики любого процесса – скорость в прямом и обратном направлениях и константа равновесия. Поэтому любые клеточные процессы могут быть описаны на языке количественной химии, причем их сходство с этой точки зрения (схем превращений, значений энергии активации и т.д. - см. ниже) позволяет анализировать достаточно сложные процессы как с точки зрения достигаемых состояний равновесия, так и в кинетике.