Physical Biology From Atoms to Medicine. Ed by Ahmed H. Zewail. Imperial College Press. 2008. 581 p. ..\ort\022\Zewail2008.pdf Физическая биологии: от атомов до медицины / редактор, Ахмед Х. Зевайл. 2015 ? Кто знает? ..\ort\022\Zewail2008RuG.htm Zewail2008 (# ) 022
Физическая биологии
4D Визуализация Сложности
Ахмед Х. Зевайл
Интеграция физики и химии с биологией - физическое биологии - предлагает новые возможности для расшифровки его сложности. Из-за коллективных взаимодействий многих элементов, связанных, 4D визуализация структурной динамики имеет важное значение для понимания механизма функции. Здесь мы предоставляем обзор принципов 4D визуализации и выделить потенциал визуализации пространственно-временной через несколько примеров приложений, начиная от химических реакций и фазовых переходов в молекулярных ансамблей и биологических клеток. Некоторые "большие вопросы" поднимаются в надежде, что новые инструменты и концепции обеспечит понимание того, что сложности, и появление, на самом деле означает.
The integration of physics and chemistry with biology — physical biology — offers new opportunities for the deciphering of its complexity. Because o f the collective interactions o f the many elements involved, 4D visualization of structural dynamics is essential to an understanding o f the mechanism o f the function. Here, we provide an overview o f the principles o f 4D visualization and highlight the potential of space-time imaging through some examples o f applications, ranging from chemical reactions and phase transitions to molecular assemblies and biological cells. Some “big questions” are raised in the hope that the new tools and concepts will provide an understanding of what complexity, and emergence, actually mean.
1. Пролог
Цель физической биологии как новой дисциплины, как следует из название книги подразумевает, интеграция физики и химии объединились, чтобы исследовать всю сложность биологии. Понимание механистически, как физические силы и взаимодействия регулируют биологическую функцию, от молекулярного до клеточного масштабе, раскрывает природу микроскопических процессов, таких как белок складной / неправильного сворачивания, самосборки и порядка, и уникальной функцией матрицы жизни, трехатомной воды в клетки. С другой стороны, изучение информационных потоков и схем клетки обеспечивает возможность для окраски карты интерактивные элементы, которые важны особенно в программных диагнозов заболеваний в медицине. В физической биологии, акцент на физических методов и концепций для выяснения сложность структур и динамики, участвующих отличается от целью картирования проектирование информационных потоков, т.е., сети или проводка в клетках, системная биология.
The aim of physical biology as a new discipline is, as the title of the book implies, the integration of physics and chemistry united to explore the complexity of biology. Understanding mechanistically how physical forces and interactions govern biological function, from the molecular to the cellular scale, uncovers the nature of microscopic processes such as protein folding/misfolding, self-assembly and order, and the unique function of life’s matrix, the triatomic water in cells. On the other hand, the study of information flow and circuitry of the cell provides the possibility for painting maps of interactive elements which are important especially in the programmatic diagnoses of diseases in medicine. In physical biology, the focus on physical methods and concepts for elucidating the complexity of structures and dynamics involved is distinct from the aim of mapping the engineering of information flow; i.e., the networks or wirings in cells, systems biology.
Поскольку элементы биологических машин определяются по шкале макромолекул, один озабочены тем, как они взаимодействуют, общаются, и определить нанометрового масштаба функцию. Эта техника получила свое питание от контроля он оказывает, с атомной точностью, которая отвечает за так называемой появления. Появление является новым дополнением в лексикон биологии и других областях, но его точное определение по-прежнему аморфным. Учитывая, что биологические машины работают в неравновесном состоянии, независимо от точки зрения, мы должны понять, как части сделаны, как их физические силы осуществлять контроль, и как обратная связь и прямой связью элементов позволяют функции и устойчивость информационного потока.
Because the elements of biological machines are defined on the scale of macromolecules, one is concerned with how they interact, communicate, and define a nanometer-scale function. This machinery derives its power from the control it exerts, with atomic-scale precision, which is responsible for the so-called emergence. Emergence is a new addition to the lexicon of biology, and other fields, but its precise definition is still amorphous. Given that biological machines operate in the nonequilibrium state, irrespective of viewpoint, we have to understand how the pieces are made, how their physical forces exert control, and how feedback and feedforward of elements allow for function and robustness of information flow.
Возникающие дисциплины физических, систем и синтетической биологии явно захватывающие границы в этом столетии. Для всех, понимание механизмов останется темным и неуловимым, или в лучшем случае спекулятивной, если процессы, связанные не напрямую визуализировать. Цель состоит в том, чтобы анализировать сложность, следуя поведения (функции) в четырех измерениях пространства и времени, структуры и динамики. Такое понимание должно учитывать уникальных особенностей сложности - селективности, разнообразия, направленность, и организации - и для молекулярных сил функцию контроля. Механизм может быть "уменьшается" в элементарных шагов на языке атомов (квантовой механики), или мы, возможно, потребуется новые понятия, которые говорят нам, почему "целое больше, чем сумма его частей» и почему согласованности и порядок возможны при случайных тепловых условиях физиологической температуре.
The emerging disciplines of physical, systems, and synthetic biology are clearly exciting frontiers in this century. For all, understanding mechanisms would remain dark and elusive, or at best speculative, unless the processes involved are directly visualized. The goal is to dissect complexity by following the behavior (function) in the four dimensions of space and time, of structure and dynamics. Such an understanding must account for the unique features of complexity — selectivity, diversity, directionality, and organization — and for the molecular forces controlling function. The mechanism may be “reduced” to elementary steps using the language of atoms (quantum mechanics), or we may need new concepts that tell us why the “whole is greater than the sum of its parts” and why coherence and order are possible under the random thermal conditions of a physiological temperature.