Реферати українською » Биология и химия » Інформаційне управління клітинними процесами


Реферат Інформаційне управління клітинними процесами

Страница 1 из 6 | Следующая страница

Калашніков Юрій Якович

Жива клітина – це надзвичайно потужна інформаційна управляюча система, що є унікальний центр по синхронної переробці відразу трьох найважливіші складові – органічного речовини, хімічної енергії та молекулярною інформації. вона є тієї елементарної біологічної одиницею, яка має усіма властивостями живого. Клітина зазвичай є мікроскопічний об'єкт, де на кількох молекулярному рівні народжується дивовижний світ образу і пекуча загадка життя. Можна сміливо сказати, що і є ті, здавна розшукувані, таємничі “Ворота Життя”, із котрих кожен людей з'являється світ як біологічний аналог своїх близькі й далеких предків. Саме через клітину доля нам дарує Життя – дорогоцінний диво Всесвіту. У новій статті, що є логічним продовженням та розвитком ідей молекулярної біологічної інформатики, автор пропонує до розгляду інформаційну концепцію самоврядування живої клітиною.

1. Шляхи дослідження сутності живого.

Дослідження біологічної форми руху матерії нині, судячи з стану молекулярних наук, зводиться до вивчення фізико-хімічних процесів обміну речовин і живими системах, тобто для пошуку колій та вивченню проходження тих численних біохімічних реакцій, які об'єднані загальним поняттям – метаболізм. Невипадково, одну з основних формулювань біології, визначальна сутність життя, говорить, що “життя - це обмін речовин і в організмі”. Тому, коли сьогодні говорять про клітині як про елементарної структурно-функциональной одиниці всього живого, то під цим поняттям, насамперед, розуміють біохімічну частина її сутності. Саме з цим погляду, її вивчають і досліджують різні біологічні науки: біофізика, біохімія, молекулярної біології, генетика, геноміка, цитологія і ще дисципліни. Як бачимо, до сьогодні до вивчення живої форми матерії домінує культ фізико-хімічного напрями. Тим більше що, треба сказати, що все багатоскладова “павутиння” цілеспрямованих і упорядкованих хімічних перетворень у клітині формується не як така, а є наслідком діяльності дуже складним керуючої системи.

Зрозуміло, що жива клітина повинна мати своїми пристроями, призначеними “автоматизованої” переробки органічного речовини, хімічної енергії та молекулярною інформації. Інакше ці процеси просто більше не дали б місця. Тому численні послідовності хімічних реакцій основних шляхів клітинного метаболізму, за своєю сутністю, можуть ставитися лише у процесам керованим. Вочевидь, що на даний час молекулярної біології, разом із іншими дисциплінами, вивчає і досліджує ті процеси, які у живої клітині є вторинними, залежними від системи управління. А первинні, – управляючі клітинні процеси, щоб забезпечити управління економіки й генерацію клітинного метаболізму, досі мало піддаються вивченню. Тим більше що, лише вони є головну сутність живого, і лише вони забезпечують все життєві процеси клітин та організмів.

Отже, основна, фундаментальна частина живого за тими або іншим суб'єктам причин, чомусь, випала з полем зору молекулярних біології. З цих обставин, по вторинної, – керованої частини живого, сучасна наука нагромадила якнайширші дослідницькі дані, відома і знання, отримані численними біологічними науками.

Проте з первинної, самої фундаментальної і недослідженої частини, на рахунку у біології є лише даних про структурно-функциональной організації ДНК, вивчений генетичного коду і фрагменти реплікації, транскрипції і трансляції генетичної інформації, що вказують на його присутність серед кожній живій клітині цілісної молекулярно-биологической системи управління.

І ця, – сама необхідна і затребувана область науки, після видатних відкриттів “спіралі життя” (ДНК), генетичного коду та інших досягнень, які вже близько півстоліття, якщо можна сказати, живе знаннями вчорашнього дня. На жаль, мало додалося і дисциплін, які вивчають і досліджують інформаційну сутність життя. Хоча досить давно відомо, що генетичні і інформаційні молекулярнобіологічні технології правлять великим світом живого вже зібрано понад 3,5 мільярдів років!

Біологи досі намагаються уникнути дослідження закономірностей молекулярної інформатики. А проблеми організації живої матерію та функціонального поведінки білкових та інших молекул вони хочуть вирішувати по-своєму. Але не можна ж серйозно ставитися до тієї концепції, яка без будь-яких обгрунтувань декларує, що білкові та інші макромолекули і структури живою клітиною просто “самоорганізуються”, а ферменти, у своїй, стають тими каталізаторами, які отримують здатність керувати усіма хімічними перетвореннями і біологічними функціями живими клітках і організмах. Зрозуміло, що каталізатори здатні певній мері прискорювати перебіг хімічних реакцій, але з до так само астрономічних значень (10 в восьмий – 10 в двадцятої ступеня раз!) [1] не з той самий продуктивністю, вибірковістю і керованістю, як це роблять ферменти! [2]. Тож самоорганізації живої матерії – далеко ще не вивчений процес, який, на мою думку, пов'язаний, передусім, з інформаційної сутністю живого, а ферменти – це зовсім прості хімічні каталізатори хоча б оскільки у свою роботу застосовують метод поліфункціонального каталізу. Вочевидь, що ферменти різного призначення, за нинішніми уявленнями сьогодні, – це складні автомати природних нанотехнологій, що застосовуються живої природою вже багато сотень мільйонів років.

Зрозуміло, що феномен био-логического управління, яким володіють ферменти та інші клітинні білки, під силу лише молекулярным біологічним автоматам чи маніпуляторам з програмною біохімічної логікою управління. Живі клітини – це дуже складний природні інформаційні самокеровані системи, що функціонують на молекулярному рівні, і тому мають мікроскопічні розміри. Протекающие процеси у клітині настільки “автоматизовані”, взаємозв'язані й поєднані друг з одним, що часом важко сказати – де йде перетворення речовини, чи енергії чи інформації. Логіка структурного побудови, функціонального поведінки й взаємодії біологічних молекул визначається генами, тому всі ці відбуваються біохімічну основу носять інформаційного характеру. Будь-який процес функціонування складного технічного чи живого об'єкта ніколи й неодмінно пов'язані з передаванням і перетворенням інформації.

Тому дослідників живого завжди хвилювало питання, як і як, генетична інформація визначає як структурну організацію, а й увесь широкий діапазон біологічних функцій і хімічних перетворень на живу клітині?

2.Информационные компоненти живого.

Передусім слід зазначити, що структурне колег і функціональне поведінка біологічних молекул живими системах підпорядковане як відомим фізичним і хімічним законам, а й особливим принципам і правил, які, на думку автора статті, слід зарахувати до закономірностям молекулярної біохімічної логіки й інформатики! Тому, щоб зрозуміти роботі керуючої і керованої клітинних системах, насамперед, необхідно зрозуміти як принципи і правил їхні діяння, а й осмислити закономірності застосування молекулярної елементної бази. Відомо, що все живе Землі, від незначною бактерії до людини, складається з однакових “будівельних блоків” – стандартного набору більш як трьох десятків типових функціональних био-логических (біохімічних) елементів.

Цей типовий набір є ніщо інше, як елементну базу, чи загальний молекулярний біологічний алфавіт, який, на думку автора, служить як для побудови біомолекул, але й кодування і програмуванням молекулярних структур і державних функцій живої матерії. До складу цього унікального комплексу елементів входять різні системи био-логических елементів (окремі молекулярні алфавіти):

1) вісім нуклеотидів, – “чотири їх грають роль які кодують одиниць ДНК, інші чотири йдуть на записи інформацією структурі РНК” [1];

2) двадцять різних стандартних амінокислот, які кодуються в ДНК і служать для матричного побудови білкових молекул;

3) кілька жирних кислот, – порівняно мало стандартних органічних молекул, службовців для побудови ліпідів;

4) родоначальниками більшості полісахаридів є кілька простих цукрів (моносахаридов) тощо. буд.

Всі ці хімічні букви і символи живої природи є натуральними дискретними одиницями молекулярної інформації. Важливо зазначити, увесь цей комплекс елементів має функціональної повнотою, бо містить функціонально повний набір био-логических елементів. Саме тому жива природа, користуючись био-логическими елементами, здатна побудувати та її реалізації будь-яких біологічних структур і державних функцій.

Цікаво, що, крім семантики повідомлень все био-логические елементи мають що й універсальної природної здатність до виконання різних – хімічних, енергетичних, програмних та інших біологічних функцій. Інформаційні повідомлення що неспроможні переміщатися в часі та у просторі нематеріальною способом. Тому інформація на живу системі, – це змістовні відомості, укладені тому чи іншому посланні чи повідомленні геному, що зберігаються, передаються й закони використовують лише у закодованої молекулярної формі як біологічних молекул! Будь-який інформаційний код (але тільки генетичний) на живу клітині записується хімічним методом з допомогою елементарної форми органічного речовини, тому різні посилки та шляхів сполучення переносяться в структурах різних макромолекул.

Вочевидь, що елементна база є ті системи біохімічних елементів, використовуючи які жива клітина здатна інформаційним шляхом будувати різні біологічні молекули і структури, нотувати у них інформацію, та був, з допомогою цих коштів здійснювати будь-які біологічні функції і хімічні перетворення. До того ж, справді, – все біохімічні елементи (хімічні букви і символи), що входять до склад різних біологічних молекул, є ту елементарну форму органічного речовини, з допомогою якої формуються та передаються біологічні коди молекулярної інформації. Автор статті вважає, що на живу молекулярної системі передається з допомогою різних дискретних кодових сигналів, що спочатку формуються в “лінійних” молекулярних ланцюгах, та був, й у тривимірних структурах різних біологічних молекул. Отже, інформація живими клітинах має молекулярний базис уявлення! [3].

Неймовірно, але не всі біохімічні букви і символи елементної бази (мономери) живої матерії виявилася наделёнными такими хімічними і фізичними природними якостями і властивостями, поєднання яких дозволяє йому у складі біологічних молекул одночасно виконувати буквально різні зі своєї біологічної ролі елементарні функції та операції:

1) б служити у ролі будівельних блоків, з допомогою яких здійснюється фізичне побудова різних макромолекул;

2) виконувати роль натуральних інформаційних одиниць – хімічних літер чи символів, з допомогою що у биомолекулы записується молекулярна інформація; 3) б служити у ролі елементарних одиниць молекулярного коду, з допомогою яких йде кодування, перетворення, передача, а згодом, – втілення і реалізація генетичної інформації;

4) бути програмними елементами, з допомогою яких будуються алгоритми структурного перетворення, та був і яскрава програма функціонального поведінки різних біологічних макромолекул;

5) зумовлювати потенційну і вільну хімічну енергію біомолекул тощо. буд.

Отже, все био-логические функції та постійні операції молекулярної біохімічної логіки на живу системі виконуються, і реалізуються типовими мономерами, яких зазнають елементарні хімічні сигнали і мають просту “структурну схему”! Тому і цілком заслужено може бути молекулярними био-логическими елементами. У результаті, будь-яка макромолекула клітини, що складається з кінцевого безлічі таких елементів, є реалізатором тих біологічних функцій і операцій, які інформаційним шляхом інтегровані і завантажені у її тривимірну структуру. Усе це те що, що, завантажена в макромолекули (з допомогою апаратних засобів і молекулярного алфавіту), визначає їм молекулярне зміст, а й їхні структуру, форму, клас биоорганического сполуки, потенційну і вільну енергію хімічних зв'язків. З іншого боку, та програмна інформація, яка завантажена в молекулярні структури, завжди визначає інформаційне і функціональне поведінка біологічних макромолекул живими системах. Усі типові мономери відібрали у процесі еволюції, тому, входячи у складі біологічних молекул і клітинних компонентів, вони визначає як структуру живого речовини.

Елементарний склад біомолекул завжди тотожний є і еквівалентом інформаційного генетичного повідомлення, і законним способом програмного й енергетичного забезпечення. Це чудова властивість живої матерії може бути тотожністю органічного речовини, хімічної енергії та молекулярною інформації!

Тому, знаючи основи біохімії та молекулярної біології, можна буде усвідомити, що принцип єдності речовини, енергії та інформації – і є той головний і основний закон, що і зумовлює саме існування біологічної форми матерії. А універсальні властивості елементної бази живої матерії лише підтверджує цю гіпотезу [4]. Вочевидь, що це без винятку біологічні властивості і забезпечення якості макромолекул виявилися безпосередньо пов'язані з багатофункціональними особливостями складових био-логических елементів.

Тому, під час розгляду живої матерії, завжди необхідно враховувати як структурний (інформаційний) склад різних біомолекул, а й функціональну взаємозалежність і взаємодоповнюваність різних характеристик складових елементів. Таке “злиття” різних характеристик био-логических елементів за одну функціональне ціле та його інформаційне зміст, уможливлює прояв тих біологічних чорт і ознак макромолекул, котрі біологи. Зауважимо, кожен типовий био-логический елемент (хімічна літера чи символ) характеризується наявністю своїх атомних груп, які визначають його хімічні властивості і служать вхідними і вихідними ланцюгами, з допомогою яких елементи можуть ковалентно з'єднуватися одна з одним в довгі молекулярні ланцюга. І головне, – важливо відзначити, кожен елемент (мономер) має ще свою індивідуальну бічну атомну групу (чи групи), що у живої системі, вважає автор статті, використовують у ролі елементарного інформаційного хімічного сигналу!

Пригадаємо: повідомлення ланцюга ДНК чи РНК кодується як послідовності нуклеотидів, а носіями генетичної інформації є азотисті підстави – “бічні” атомні групи нуклеотидів. Відповідно, й у полипептидной ланцюга білка це повідомлення записується як послідовності амінокислот, де носіями інформації є їхньою бічні R-группы. Загальний алфавіт живої матерії становить понад 30 хімічних літер і символів молекулярного мови живої природи, з допомогою яких кодується біологічна інформація. Причому, для “автоматизації” процесів кодування і перекодування біологічної інформацією живої клітині застосовуються свої молекулярні биопроцессорные системи, такі як апаратні устрою реплікації, транскрипції і трансляції генетичної інформації. А “теоретичної і технологічного” основою застосування молекулярної бази служать свої універсальні закони та принципи, які, слід зарахувати до закономірностям “молекулярної біохімічної логіки й інформатики” [5].

Вочевидь, кожна система біохімічних елементів у клітині (нуклеотиди,

Страница 1 из 6 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація