В книге освещаются результаты многолетних экспериментальных исследований коллоидной системы "белок-вода" при ее конденсации в различных условиях. Доказано, что в открытой системе в неравновесных термодинамических условиях происходит самоорганизация (самосборка) супрамолекулярных кластерных пленок (наноструктур) белка с образованием сверхрешетки с определенными видами и масштабами симметрии (спиральная, зеркальная, киральная и др.) с нано- до макроуровня, которые характерны для живой природы. Доказано, что в закрытой системе в равновесных условиях возникает кристаллическая решетка с симметрией, которая встречается в живом организме только при патологии. Были выявлены универсальные свойства белка, характерные для материи в целом. Они состоят в возникновении различных его модификаций в зависимости от термодинамических и кинетических условий. Это позволило привлечь к изучению белка многие, пока еще далекие от него научные направления: неравновесную термодинамику, нелинейную нанонауку, теории симметрии, жидких кристаллов и диссипативных структур.

Открыта новая неравновесная биологическая модификация белка на клеточном уровне, названная "протос", которая имеет особое практическое значение в биологии, медицине, биотехнологии и в технологии (в осмыслении происхождения жизни, в использовании новых патогенетических подходов к диагностике и лечению ряда заболеваний рака, СПИДа, гемофтальма, глаукомы, катаракты, птеригиума и др.), использование лимфотропной терапии при невритах, ретинитах, хориоидитах и др.; в создании новых материалов, в робототехнике, в компьютерологии и др.

Книга расчитана на ученых и практиков в области биологии, биофизики, медицины, биотехнологии, технологии, нанотехнологии, физики, геофизики, химии, нанохимии, математики, топологии, кристаллографии.

The book presents the results of many years of experimental research on colloidal system "protein-water" with its condensing under various conditions. It has been proved that in the open system under non-equilibrium thermodynamic conditions there occurs self-organization (self-assembly) of protein supramolecular cluster films (nanostructures) forming super-lattice with definite symmetry kinds and scales (spiral, mirror, chiral, etc.) from nano- to macro-level which is characteristic for living nature. It has been proved that in the closed system under equilibrium condition there appears a crystalline lattice with symmetry occurring in the living organism only with pathology. Universal properties of protein characteristic for the matter on the whole have been determined. They consist in occurrence of its different modifications depending on thermodynamic and kinetic conditions. This permitted to deal with many scientific branches far from biology for studying the protein, such as non-equilibrium thermodynamics, non-linear and nanoscience, theory of symmetry, liquid crystals, dissipative structures.

New non-equilibrium biological protein modification has been discovered on the cell level and called "protos" which has a specific practical importance in medicine, biology, biotechnology and technology (in understanding of the origin of life, in applying new pathogenetic approaches to diagnostics and treatment of some cancer diseases, AIDS, hemophthalmia, glaucoma, cataracta, pterygium, etc., for using lymphotropic therapy with neuritis, retinitis, choroiditis, etc.; in creating new materials, in robotics, computerology and so on.

The book is destined for scientists and practical specialists in the fields of biology, biophysics, medicine, biotechnology, technology, nanotechnology, physics, geophysics, chemistry, nano-chemistry, mathematics, topology, crystallography.

илл. 139, табл. 6, библ. 368 © 2003 ЗАО "МИЛТА-ПКП ГИТ"
© 2003 Рапис Е.Г.
ISBN 5-94505-035- "Симметрия эффекта свидетельствует
о закономерном характере
(регулярности) первопричины явления"
(Scnechal M., Fleck G., 1977).

Предисловие автора

Занимаясь проблемой травмы глаза при гемофтальме (кровоизлиянии в стекловидное тело), я случайно в 1973г. обнаружила, как при высыхании сыворотки крови на стекле возникают удивительные, регулярно повторяющиеся спиральные симметричные структуры совершенно непонятного происхождения. Высушив водный раствор белка без примесей, мне удалось идентифицировать эту картину с морфологией белковой пленки. Она представляла собой серию отдельных блоков, внутри которых были видны спиральные волны, трещины и ядра в центре, напоминающие спиральную ракушку. Такая картина наблюдалась в каждой пробе одного и того же белка и при высыхании различных белков. Она приковывала к себе внимание не просто упорядоченностью и 100% повторяемостью 25-летних наблюдений, но структурами, поразительно похожими на конструкции живых объектов - на лица людей, клетки, их ядра, леса и травы, ракушки и т. д. (рис.1,2).

Позднее в литературе удалось найти несколько упоминаний о данном явлении, а также приведенные аналогичные фотографии макроскопической картины сыворотки крови и белка, например, окрашенных белков сыворотки и желатин (Hedges,1932), высыхающей капли яичного белка, которую Н.Ермаков 1982 г. [53] описал в качестве примера "забавного морщинистого узора". И совсем недавно, в 2001 году, В. Шаболин и С. Шатохина [89] наблюдали такие же структуры в высохшей пленке сыворотки крови. Однако они объясняют их появление "динамикой концентрационных взаимодействий белка и соли". И именно соль, по их мнению, при большой концентрации белка играет преимущественную роль в формировании центров в блоках (названных ими "конкрециями") и спиралей, иногда двойных.

Все вышесказанное означает, что такую картину уже видели и другие исследователи на стекле, однако, до сих пор не было попытки подробно изучить и понять ее происхождение в белке без каких-либо добавок, выяснить причину сходства с формами живой материи.

В то же время, мне с самого начала феномен интуитивно представлялся весьма интересным и достойным глубокого научного анализа. Я постоянно думала, что не может быть случайной симметрия этих структур, так подобная живой природе. Казалось, будто она таит в себе какую-то простую, правдивую и важную сущность поведения биологических систем.
Есть немало высказываний ученых о единстве науки и искусства, об отсутствии разделительной границы между ними. И, действительно, восхищение красотой этого явления заставило меня попытаться вникнуть и разобраться в его смысле и значении.

Необходимо было найти причину, вызывающую такую картину симметрии белка. Дальнейшие исследования и размышления показали, что в основе данного феномена лежит процесс отвердевания (высыхания) протеина, который протекает в особых, так называемых неравновесных условиях. В открытой системе "белок-вода" идет быстрое испарение воды, приводящее к конденсации и полимеризации белка с образованием в конечном счете неравновесных структур. Именно такие условия аналогичны тем, которые обязательны для функционирования живых биологических систем. Только в этом случае в высыхающей пленке белка проявляются общие свойства материи, которые считаются самыми существенными и неизбежными признаками ее самоорганизации в любых системах (химических, физических, биологических). К таковым, как известно, относятся: когерентность, самоподобие, автокатализ, осцилляционные (автоволновые) процессы, нуклеация и прерывистая симметрия с определенными видами и масштабами. Важно подчеркнуть, что найденные нами в белке in vitro виды симметрии совпали с симметрией в живом (рис.1,2,17-20).

Оказалось также, что при формировании твердообразной формы белка in vitro, происходящeм в принципиально иных условиях - в закрытой системе (под покровным стеклом) вблизи от термодинамического равновесия, перечисленные свойства полностью исчезают. Конденсация (отвердевание) белка в данном случае ведет к образованию кристаллов.
Следовательно, обнаруженный мной феномен нужно воспринимать не просто как привлекательную картинку, а как процесс неравновесной самоорганизации белка in vitro, до сих пор неизученный.
Все вышесказанное позволяет считать, что совершенно неожиданно мной получен наиболее адекватный метод, пригодный для изучения активных свойств белкового субстрата в процессе его самосборки (самоорганизации), при котором как in vitro, так и in vivo образуются неравновесные структуры с одинаковыми видами и масштабами симметрии.
Однако для того, чтобы глубже понять сущность явления и определить его место в системе знаний, а также значение для науки и практики, потребовалось не только многостороннее экспериментирование, но и интерпретация полученных результатов в различных научных аспектах.

Мне с самого начала представлялось, что поставленная цель выполнима только на "стыке" ряда научных направлений. Для получения хотя бы самых общих представлений о таком сложном процессе необходимо вторгаться в биологию, молекулярную биологию, физколлоидную химию, нанонауку, самосборку кластерных пленок, неравновесную термодинамику, нелинейную науку, фрактальную геометрию, технологию и др. Потребность многостороннего осмысления данного факта связана с междисциплинарной сущностью самого процесса самоорганизации, универсальные свойства которого присущи различным видам материи и во многом изучены глубже и полнее в других областях знаний.

Итак, для разгадки нового явления необходимо было установить родственные связи с иными сопредельными направлениями науки. Поиски универсальных свойств материи в отвердевающем белке должны были помочь разорвать пелену особой его исключительности, позволить опираться на общие, уже известные закономерности природы, касающиеся ее самоорганизации и самосборки.

Мое научное путешествие оказалось долгим и трудным в силу естественной ограниченности знаний у одного исследователя медицинской специальности. Невозможно объять необъятное. Поэтому для выполнения поставленной цели я неизбежно должна была пожертвовать глубиной анализа и позволить себе в широком диапазоне перечисленных научных дисциплин рассмотреть конкретные экспериментальные данные, даже и не пытаясь исчерпать возможности каждой отрасли науки.
Выбор пути изучения материала во многом определялся визуальной аналогией, иными словами, в потоке знаний путеводной нитью была избрана симметрия, видимая на макроуровне. И казавшийся вначале недостаточно научный и неглубокий подход к проблеме с позиций внешней аналогии оказался в конечном итоге очень продуктивным.

Этот путь познания процесса самоорганизации белка стал неожиданно новым для биологии, отражающим наиболее существенные свойства строения материи - ее симметрию (виды и масштабы). Так, например, один из видов симметрии, обнаруженный в пленке белка на макроуровне, спиральная, родила идею обратиться к области науки, касающейся неравновесной термодинамики. Ведь именно при процессах такого рода всегда в любом виде материи возникают спиральные каскадные вихри.

Знакомство с экспериментами и теоретическими концепциями явлений самоорганизации (феномен Бенара, реакция Белоусова - Жаботинского и Заикина, автоволновые процессы в живых системах и т. д.) стало важной отправной точкой и позволило биологическую систему "белок-вода" рассмотреть также с позиций нелинейной хаотической динамики.
И дальше, с каждым днем, интерпретация моих наблюдений, касающихся самоорганизации белка, получала все новые и новые подтверждения в современных публикациях различных авторов.

С другой стороны, подход к изучению структуры белка при его спонтанном отвердевании на мезо- и макроуровне, т. е. в зависимости от масштабов, также оказался новым, отличным от общепринятого. Известно, что белок изучают, как правило, на молекулярном и частично - на мезоуровне, но отнюдь не на макроскопическом. Естественно, чтобы установить надмолекулярный порядок материала, который визуализируется на макроуровне, необходимо рассматривать его во всех масштабах. И только тогда можно получить истинные знания об изучаемом объекте.

Метод, который позволяет изучать часть объекта только на микроуровне, не способен дать представление о его симметрии в целом. Например, отдельные детали витка макроспирали при наблюдении их с помощью электронного микроскопа, легко принять за плоские параллельные структуры, что наглядно показано на рис.16. Этот факт демонстрирует справедливость выражения: "Лицом к лицу - лица не увидать".

Так, невольно я столкнулась с вопросами образования макроагрегатов белка, т.е. с его супрамолекулярной архитектурой, которая, как ни странно, оставалась фактически совершенно неизученной. Зависимость структуры от масштаба, в свою очередь, потребовала связать проблему с самым новейшим и наиболее перспективным направлением исследований - нанонаукой.

Появилась возможность рассматривать биологические процессы с позиций "естественных" нанотехнологий на базе искусственных, которые широко используются при создании материалов и устройств.

Такой подход открыл для белка универсальные пути изучения. Стало понятно, почему при изменении кинетических и термодинамических условий возникают резкие отличия в характере фазового перехода при конденсации белка, и появляется другая его модификация и симметрия, определяемая типом расходования энергии.

Хорошо изученная равновесная кристаллическая форма белка с независимой от размера решеткой дальнего порядка появляется в закрытой системе при медленной конденсации. Напротив, совсем пока еще не известная науке неравновесная диссипативная модификация белка, зависящая от масштаба, образуется при ускорении процесса конденсации в открытой системе, что связано со свойствами переходной фазы жидкого кристалла. Этот, казалось бы, очевидный принцип до сих пор не привлекал внимания исследователей. В то же время он позволил получить новые знания о белке.

В целом работа оказалась чрезвычайно сложной потому, что пришлось идти неизведанным путем. Находки противоречили существующим постулатам. Приходилось преодолевать многочисленные препятствия в поисках связей между разобщенными направлениями наук. В течение долгих лет в процессе исследования я очень хорошо на себе прочувствовала эту охлаждающую пыл, узкую "келейность" развития науки. Встречалось много биологов, которые знают казалось бы все про белок, но ничего не знают о диссипативных наноструктурах, фрактальной геометрии, неравновесной термодинамике и т. д. Другие же, в частности, физики, детально разбираются и в новой физике, и в теории диссипативных структур, и в нелинейной науке и т. п., но тут же со страхом "открещиваются" от проблемы, восклицая: "Я ничего не знаю про белок" или "Потрясающе! Но что это?" И снова и снова уходят от нее.

И все же мне посчастливилось встретить немногих, но замечательных людей и ученых, богатая интуиция которых и любовь к новому в науке позволила скорее почувствовать мою правоту, чем знать наверняка. Хотя им нелегко было преодолеть свои сомнения, но, веруя душой, они поддерживали мой трудный поиск истины. Это была бесценная помощь, она есть и сейчас.
Так, за долгие годы работы складывались совсем не безоблачные "служебные романы" с объяснениями в стихах и в музыке, со слезами горьких разочарований, юмором и довольно редкими счастливыми моментами обретения взаимопонимания. Без этих людей, скорей всего, не хватило бы мне мужества и необходимой авантюрной жилки пройти тернистый путь и дойти до рубежа написания книги о белке. Она по сути стала естественной логической вершиной моей творческой деятельности в медицине и биологии, объединила и дала объяснение многому из того, что сделано было мною в офтальмологии раньше и не было тогда понятным без знаний о белке, и только теперь органично соединилось в единую стройную структуру с "винтовой лестницей к вершине" в форме белка "протос".

К сожалению, в этой книге я не смогла подробно написать о своей жизни в науке. Она, как мне представляется, содержит глубокую интригу и воспринимается мной подобно детективному роману с удивительными обстоятельствами научного поиска, со странными и случайными моментами открытий, с плеядой редкостных людей: учителей и друзей - главного из них - моего отца, товарищей и врагов, словом всех, кто был причастен к делу.

Теперь, когда между моими 25-летними наблюдениями и нынешними размышлениями возникло столь полное согласие, я тороплюсь рассказать о самом главном -
о белке.

Книга написана в жанре общенаучной литературы, который, как мне представляетс, в данном случае единственно возможен. Это связано с синтетическим, междисциплинарным подходом к явлению. В книге используется стратегия интерпретации, сводящаяся к аналогиям и сопоставлениям с преобладанием роли общенаучных проблем, без детальной специализации, формул и протоколов. Изложение доказательств делается в форме, приемлемой для различных научных направлений.

На столь непростом пути мне помогала глубокая вера в истинность и глобальность поставленной задачи. Жгучее любопытство и интерес вызывал и вызывает по сей день поиск ключа к строению и функции живого на основе реального опыты. Движущей пружиной являлось непреходящее удивление перед уникальной, я бы сказала, шокирующей простотой опыта. Стоило только открыть и закрыть систему белка с водой, чтобы получить убедительные факты для обоснования общности явлений, происходящих в белке, с процессами в других видах материи и, в то же время, определить специфику его самоорганизации.

В наш век особой сложности методов и приемов исследования, которые используются современной наукой - наличие мощного оснащения и оборудования, позволяющего манипулировать на атомном или генном уровне и т. д., простота моих исходных опытов часто обескураживает непосвященных.

Постоянным источником вдохновения был неопровержимый, бесконечно повторяющийся факт рождения в белке эстетически прекрасных структур с одинаковой симметрией на стекле и в живом. А в симметрии, как известно, заложена первопричина явления. Это значит, что в моих руках метод, позволяющий каждый раз совершать немыслимый фокус - открывать скрытую до сей поры первопричину явлений в белке.

Кроме того, я никогда не пыталась заглушить интуицию и фантазию, рождаемую любопытством, которое нельзя было утолить одними фактами. Ибо всегда думала, что они должны помочь мне найти верную дорогу в лабиринте наблюдений и воззрений. Я согласна с теми, кто говорит, что в науке, как и в искусстве, нельзя творить без поэтического пыла, который губит "сухой от разума расчет". Я верю вместе с автором этих строк, что "Поэтических (и научных) глубин не обремененные многоопытностью, фантазирующие скорей достигнут там, где жизненный опыт считает фантазию неуместной" (Я.Гегузин). Вот почему в работе есть раздел, где я открыто излагаю свои интуитивные, гипотетические предчувствия и предсказания.

Итак, книга написана и хочется верить, что она найдет своего читателя.

Возможно, в обсуждении экспериментальных результатов, в их интерпретации, логика привела меня к довольно смелым обобщениям и заключениям, которые могут вызвать сомнения и критику оппонентов. Я готова их выслушать и совместно с ними обсудить поднятые вопросы и использовать полезные советы.

Мною сделаны только первые начальные шаги в этом новом направлении, которое требует дальнейшего многостороннего развития. Однако особая значимость любого продвижения нерешенной пока проблемы самоорганизации белка, в первую очередь, для медицины и биологии заставляет меня уже сегодня обнародовать полученные результаты. Задача состоит в том, чтобы привлечь к ним внимание специалистов различного профиля, в руках которых исследование сможет получить продолжение.

А в заключение я скажу. Не хотелось бы в этой важной для меня книге скрывать от тебя, читатель, свое особое личное отношение к моему герою-основному творцу жизни, ее мотору и архитектору - БЕЛКУ.

Это гимн в его честь. Он неожиданно предстал перед моим восхищенным взором - как самое удивительное достижение природного эволюционного процесса образования материи. Подчиняясь универсальным законам, белок одновременно обладает ненаблюдаемой в других материалах спецификой. Она состоит в возникновении при комнатной температуре и атмосферном давлении неравновесной его модификации, названной "протос", энергетически активной и мощной, способной к разнообразной работе. И особенно важно подчеркнуть, что в отличие от других материалов для ее формирования не требуется никаких дополнительных специфических условий - источников энергии и других ингредиентов.

В этом, очевидно, и кроется одна из главных разгадок феномена жизни. Мои исследования говорят о том, что Энгельс был прав, когда писал: "Жизнь - это форма существования белковых тел".

И, действительно, меня каждый раз поражает заново, когда в одной высыхающей капле белка можно реально наблюдать столько важных признаков жизни. Белок и жизнь, несмотря на множество различий, одинаковы в том, что редкая простота условий родит предельную или, можно сказать, наивысшую сложность процесса самоорганизации материи с аналогичной нелинейной хаотической динамикой и симметрией.

Поэтому я исповедуюсь открыто, не боясь непонимания и насмешек. Если Вы простите меня за смелость, "замах" и горячность я буду рада. Если осудите, я "снесу" это ради своего героя. Ибо самое важное передать тебе, мой читатель, эстафету оптимизма и веры в познаваемость тайны самоорганизации белка, рожденной простотой и красотой опыта.

Хотелось, чтобы чтение книги и знакомство с многочисленными фотографиями послужило стимулом не только для ума, но и для воображения. Возможно работа поможет также объединить усилия биологов, физиков и других специалистов - всех, "кто нужен" белку.

И если это случится, тогда можно считать, что цель многолетнего труда и всей моей жизни будет достигнута.
Считаю своим приятным долгом назвать тех, кто причастен к моему исследованию.
Эта работа не могла бы состояться без помощи и деятельного участия академика, профессора Тель-Авивского Университета Юваля Неемана. Моя благодарность ему безгранична.

Особое участие в моем труде приняли физики теоретики - профессор Бар-Иланского Университета в Рамат-Гане Михаил Клингер; академик РАЕН, профессор Еврейского Университета в Иерусалиме Мирон Амусья, а также офтальмолог - Вениамин Волков - академик, профессор-консультант кафедры офтальмологии ВМА (Санкт-Петербург). Они в течение десятков лет неустанно с интересом следили и следят за моими исследованиями, играя важную роль в формировании научных взглядов, в повседневном труде и в подготовке книги. Их помощь для меня бесценна.

Я горячо признательна тем, кто не только поверил и проникся значимостью нового пути в изучении белка, но и посчитал возможным и необходимым положить начало дальнейшему развитию данного направления: профессору Леониду Маневичу, руководителю сектора полимеров в Институте Химической Физики (Москва); профессору Марку Сафро, руководителю сектора структурной биологии в Институте Вайцмана (Израиль); группе ученых Института Теоретической и Экспериментальной Биофизики (Пущино) и Института химической физики профессорам: Альберту Заикину, Владимиру Буравцеву, Александру Ботину (Москва) и Анатолию Жаботинскому (Америка); профессору Семену Моисееву Института Космических Исследований (Москва), и доктору Ефиму Гольбрайху Университета Бен-Гурион (Негев, Израиль); профессору Владимиру Яхно, руководителю лаборатории автоволновых процессов Института Прикладной Физики и доктору биологических наук Татьяне Яхно (Нижний Новгород); профессору Георгию Скорнякову, редактору журнала Технической Физики Физико-Технического Института им. Иоффе (Санкт-Петербург).

Не могу не упомянуть тех, кто одобрил мой подход к данному явлению и признал необходимость поддержать усилия в изучении проблемы: академика, профессора, Лауреата Нобелевской Премии Илью Пригожина (Брюссель); Академиков: Б.Вайнштейна, В.Гольданского, В.Гурфинкеля, А.Грабовщинера, А.Саркисова, В.Туманова
(Москва), Д.Зербино (Львов); Профессоров Л.Блюменфельда, Е.Браудо, С.Шноля (Москва) и Я.Гегузина (Харьков).

И все-таки, я не смогла бы завершить свой труд, если бы Израильская Медицина не вернула бы меня к жизни и творчеству. Не получила бы дальнейшего продолжения начатая в России работа, если бы Государство Израиль не оказало мне финансовую поддержку в виде стипендии Министерства Абсорбции, Тель-Авивского Университета, а также фонда Апотропус.
В ходе исследования мне была оказана материальная помощь научной фирмой "Юзма" и лично Ефраимом Холмянским, а также Альбертом Грабовщинером, Моше Поволоцким и Хананом Гал. Я искренно благодарна за их бескорыстную помощь.

Свято чту память родителей. Благодарю маму, Рахиль Леонидовну Рапис, за ее безграничную самоотверженность. Благодарю отца, Гдалия Борисовича Рапис, за дружбу, любовь и наставничество. Его бескорыстное служение науке, медицине и офтальмологии являло собой яркий и заразительный пример для подражания, который предопределил мой профессиональнай выбор. Более 45 лет назад на возглавляемой отцом кафедре офтальмологии города Омска под его личным руководством мною начаты первые научные исследования и наблюдения. 110-летию со дня рождения моего любимого отца и учителя посвящаю свой труд.

Я горячо благодарна дорогому сыну Григорию Стырту за достойное продолжение семейной династии офтальмологов.
Я с гордостью отмечаю выдающиеся успехи моего внука, Олега Стырта, его победы на многочисленных математических олимпиадах, в том числе и международных. Его беспримерное прилежание и интерес к учению - все это позволяет мне именно с ним связывать свои самые сокровенные надежды на то, что эстафета будет передана в надежные руки.

8. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Открытие модификации белка "протос" позволило по-новому осмыслить существующие концепции симметрии и самоорганизации живого, и выявить три теоретических парадокса, которые тормозят дальнейшее развитие биологической науки:

• разобщенность в исследовании механизма работы живой системы и ее мотора -белка;
• противоречие между кристаллографической равновесной теорией, согласно которой создается экспериментальная модель белка, и теорией неравновесных диссипативных структур с нелинейной динамикой живого (табл. 1, см. прилож.1);
• различия в масштабах изучения симметрии кристаллов белка и разработки математической модели самоорганизации (скручивание его молекулярных цепей на микроуровне) и визуализируемой на мезо- и макроуровне симметрии и морфологии живой природы (табл. 1, см. прилож.1).
  По-видимому, чтобы исключить указанные парадоксы и согласовать теоретические и экспериментальные данные, а также привести к единству принцип работы системы живого и ее активного начала (мотора), нужно было принципиально изменить подход к проблеме:
• рассмотреть ее с позиций общей теории симметрии, которая включает трактовку процессов диссипации энергии при росте, как кристаллических, так и диссипативных структур. Необходимость такого подхода становится очевидной, если учесть, что функционирование живого связано с нелинейной динамикой и неравновесным режимом диссипации энергии;
• провести экспериментальное изучение роста структур белка и его симметрии на разных масштабах в условиях, соответствующих функционированию живых систем (термодинамических и кинетических).
  Использование общей теории симметрии для осмысления проблемы оказалось наиболее адекватной теоретической платформой, поскольку она, согласно с природой явления симметрии, отражает наиболее существенные внутренние свойства материи. А, с другой стороны, она позволила подойти к исследованию самосборки структур белка с междисциплинарных позиций и детализировать его в разных аспектах: физики (равновесных и неравновесных - кристаллических и диссипативных структур); химии (молекулярной и супрамолекулярной, без автокатализа и с автокаталитическими реакциями); геометрии (евклидовой и неевклидовой, фрактальной); на разных масштабах с использованием концепции нелинейной науки (табл. 6, см. прилож.1).

Проведенные на этой теоретической базе экспериментальные исследования дали возможность впервые получить и визуализировать в отдельном белке "протос" in vitro симметрию, свойственную живым биологическим системам.

При интерпретации полученных результатов была выявлена сущность симметрии живого, основанная на симметрии диссипативных наноструктурных кластеров белка в неравновесной аллотропной его модификации. Помимо универсальных свойств диссипативных структур, характерных для материи в целом, белок, кроме того, обладает особой, неописанной ранее спецификой.

Наши исследования позволили привести к согласованию экспериментальных данных о поведении протеина с принципами функционирования живого, включая теорию диссипативных структур, самоорганизации, нелинейную науку и др. (табл. 6, см.прилож.1).

Итак, установлена в опыте и качественно описана аллотропная трехмерная неравновесная модификация белка "протос". Она представляет собой самосборку лежащих "кипами" тонких пленок, разделенных серией дефектов на ячейки (клетки) с вихревыми спиральными воронками, которые образуют ядра "ракушечного" типа.

1. В разных режимах конденсации белка при изменении кинетики процесса возникают различные виды диссипации энергии и образуются две твердообразные формы аллотропной его модификации - кристаллическая равновесная и полипленочная неравновесная. Последняя, названная "протос", имеет нелинейную турбулентную динамику конденсации, фрактальную геометрию и т. д.
   Обе формы обладают различным ближним и дальним порядком в расположении атомов, а, следовательно, разными видами и масштабами симметрии и диаметрально противоположными свойствами.
2. В плотной фазе неравновесной пленки белка появляются новые, не изученные ранее закономерности симметрии при его самоорганизации в биотических и в абиотических условиях. Неравновесная форма его самосборки (самоорганизации) теряет решетку дальнего порядка, свойственную кристаллической форме. На микроуровне в "протос" исчезает установленный ближний порядок в кристаллах протеина, материал становится аморфным, возможно, приобретает порядок жидкого кристалла. Возникает новый тип симметрии с нано- до макроуровня, представляющий собой высокоупорядоченную сверхрешетку (или макрокристалл) со сложным сочетанием различных узоров (видов) симметрии (прерывистой спиральной, киральной, зеркальной, поворотной и т. д.) с некоторой асимметрией.
   
3. Характеристика данной модификации белка включает появление энергетической активности и новых свойств (структурных, электрических, оптических, магнитных).
   Это базируется на нелинейной хаотической надмолекулярной динамике процесса с новым порядком симметрии и асимметрии.
4. Экспериментально доказано соответствие поведения белка в неравновесных условиях с теорией диссипативных структур. Только в открытой системе "белок-вода" появляются все перечисленные выше свойства, присущие любым возбужденным самоорганизующимся системам в материалах различного вида. Они исчезают в закрытой системе. Отсюда следует, что изучать самоорганизацию белка можно только в условиях, которые постулирует теория диссипативных структур.
5. Предложенный нами метод визуального наблюдения за высыхающей системой "белок-вода" позволил очень просто, наглядно, документально со 100% повторяемостью (не только в руках автора) получать неравновесную форму самоорганизации белка (модификацию "протос") in vitro в одном его субстрате без АТФ, ДНК, РНК и других ферментативных и энергетических ингредиентов живого. Несмотря на это, поведение протеина in vitro соответствовало самоорганизации его in vivo. На таком основании можно считать, что данный метод по своим условиям адекватен для получения и изучения аллотропной неравновесной трехмерной модификации белка. Указанная форма автономной самоорганизации протеина установлена не только в абиотических, но и в биотических условиях.
6. Экспериментально выявлено, что симметрия белка (ее виды и масштабы), возникающая при самосборке пленок в неравновесной модификации соответствует симметрии и морфогенезу живых систем. Причина заключается в одинаковых режимах кинетики процесса конденсации белка "протос" in vitro и в биологическом организме - in vivo.
7. Нами получена постоянно сохраняющаяся в плотной фазе конденсации трехмерная пространственная симметрия "ключ к замку", инициируемая автоволновым процессом. Такое поведение биологической системы "белок-вода" можно гипотетически приравнивать к ее способности геометрически кодировать информацию белка, создавая самокомплементарные и комплементарные соединительные зоны между его блоками (от автоволновых процессов в жидкой фазе до геометрии - "ключ к замку" в твердообразном состоянии).
8. Выявлена в опытах неизбежность образования при самоорганизации неравновесной модификации белка многослойных, наслаивающихся друг на друга тонких пленок "кип". Это позволяет гипотетически объяснить, почему зоны активного его функционирования в клетках (их органеллах), отражая свойства самоорганизации, построены в живом так же, как in vitro по одному плану. Понимание данного явления позволит в будущем расшифровать до сих пор неиспользуемую информацию о норме и патологии самосборки белка.
9. Можно констатировать, что появилась фундаментальная платформа для создания общей согласованной теории симметрии и самоорганизации белка и живых систем, основанная на принципе нелинейной хаотической динамики, нанонауки, теории диссипативных структур, самосборки материалов.
10. Базируясь на закономерностях названных научных дисциплин, нами предложена новая концепция самоорганизации (самосборки) белка "протос". Под его самоорганизацией мы понимаем появление трехмерной пространственной высокоупорядоченной сверхрешетки (от нано- до макроуровня), возникающей при конденсации в открытой системе "белок-вода" в земных условиях (при комнатной температуре и атмосферном давлении) и наличии автокаталитических и самокомплементарных свойств.
    Такое представление отличается от общепринятого в современной биологии понимания процесса самоорганизации (folding) - трехмерного сворачивания молекулярных цепей белка на микро- и мезоуровне.
11. Наша концепция самоорганизации белка дополняет общую теорию самоорганизации материи. Она подтверждает ее экспериментально, обогащая сведениями о самосборке белка-субстрата, лежащего у истоков жизни, и, тем самым, вооружает это, довольно новое направление науки, простой и важнейшей биологической моделью.
12. Знания о белке пополняются реально наблюдаемыми автоволновыми процессами с последующей трехмерной формой его самоорганизации в виде скопления тонких пленок и образования многозвеньевых самокомплементарных сооружений по типу "ключ к замку". Мы полагаем, что такая геометрия несет в себе информационный код активного поведения белка в неравновесных условиях, что позволяет более предметно изучать его функциональную работу.

Кроме того, наши эксперименты подтвердили ряд теоретически предсказанных свойств (наноструктур белка, его киральности и комплементарности по типу "ключ к замку"), что, как известно, является критерием истинности и красоты как теории, проверенной экспериментально, так и опытов, подтвержденных теоретическими предсказаниями.

Однако, пока на этом пути нами сделаны только первые шаги качественного, преимущественно феноменологического изучения новой модификации белка.

Поскольку жизнь и есть процесс самоорганизации, то не побоимся сказать, что с момента широкого использования и внедрения полученных сведений о закономерном поведении белка в неравновесных термодинамических условиях в биологию и медицину может начаться новый этап более глубокого и объективного раскрытия сущности процессов живого в норме и в патологии.

Можно надеяться, что полученные экспериментальные данные дадут возможность на основе простой, легко формализуемой модели самосборки белка, преодолеть существующие "келейные" междисциплинарные барьеры для создания единой биологической реалистичной концепции белка и живых структур на базе общей теории симметрии, вбирающей достижения различных сопредельных областей знаний. Для этого необходимо использовать широкий междисциплинарный подход, что позволит более глубоко с современных физических позиций понять совокупность явлений в живом, в информационном и эволюционном аспектах.

Полученные данные симметрии и трехмерной геометрии наноструктурных кластеров белка открывают широкие перспективы практического использования неравновесной его модификации в биологии, медицине и в технологии:

• в биологии и медицине - в качестве диагностического теста для определения нормы и патологии в процессе самоорганизации белка, нарушения геометрического информационного кодирования и многое другое, а также для разработки новой патогенетически обоснованной диагностической и лечебной тактики многих заболеваний;
• в технологии - для разработки новых полимерных материалов (полупроводников и сверхпроводников), для изготовления некоторых приборов и создания прогрессивных и наукоемких нанотехнологий (роботостроение, управление автоматами, компьютерология и др.).