ПЕРЕЛІК ДИСЦИПЛІН:
  • Адміністративне право
  • Арбітражний процес
  • Архітектура
  • Астрологія
  • Астрономія
  • Банківська справа
  • Безпека життєдіяльності
  • Біографії
  • Біологія
  • Біологія і хімія
  • Ботаніка та сільське гос-во
  • Бухгалтерський облік і аудит
  • Валютні відносини
  • Ветеринарія
  • Військова кафедра
  • Географія
  • Геодезія
  • Геологія
  • Етика
  • Держава і право
  • Цивільне право і процес
  • Діловодство
  • Гроші та кредит
  • Природничі науки
  • Журналістика
  • Екологія
  • Видавнича справа та поліграфія
  • Інвестиції
  • Іноземна мова
  • Інформатика
  • Інформатика, програмування
  • Історичні особистості
  • Історія
  • Історія техніки
  • Кибернетика
  • Комунікації і зв'язок
  • Комп'ютерні науки
  • Косметологія
  • Короткий зміст творів
  • Криміналістика
  • Кримінологія
  • Криптология
  • Кулінарія
  • Культура і мистецтво
  • Культурологія
  • Російська література
  • Література і російська мова
  • Логіка
  • Логістика
  • Маркетинг
  • Математика
  • Медицина, здоров'я
  • Медичні науки
  • Міжнародне публічне право
  • Міжнародне приватне право
  • Міжнародні відносини
  • Менеджмент
  • Металургія
  • Москвоведение
  • Мовознавство
  • Музика
  • Муніципальне право
  • Податки, оподаткування
  •  
    Бесплатные рефераты
     

     

     

     

     

     

         
     
    Інформаційне управління клітинними процесами
         

     

    Біологія і хімія

    Інформаційне управління клітинними процесами

    Калашников Юрій Якович

    Жива клітина - це надзвичайно потужна інформаційна керуюча система, що представляє собою унікальний центр з синхронної переробці відразу трьох інформації. Вона є тією елементарної біологічної одиницею, яка має всі властивості живого. Клітка зазвичай є мікроскопічний об'єкт, де на молекулярному рівні народжується дивовижний світ і пекуча загадка життя. Можна сказати, що це і є ті, з давніх-давен розшукувані, таємничі "Брама Життя", з яких кожен з нас з'являється на світ як інформаційний біологічний аналог своїх близьких і далеких предків. Саме через клітку доля нам дарує Життя - дорогоцінний диво Всесвіту. У своїй новій статті, яка є логічним продовженням і розвитком ідей молекулярної біологічної інформатики, автор пропонує до розгляду інформаційну концепцію самоврядування живою клітиною.

    1. Шляхи дослідження сутності живого.

    Дослідження біологічної форми руху матерії в даний час, судячи зі стану молекулярних наук, зводиться до вивчення фізико-хімічних процесів обміну речовин і енергії в живих системах, тобто до пошуку шляхів і вивчення проходження тих численних біохімічних реакцій, які об'єднані загальним поняттям - Метаболізм. Не випадково, один з основних формулювань біології, яка визначає сутність життя, говорить, що "життя - це обмін речовин і енергії в організмі". Тому, коли сьогодні говорять про клітині як про елементарну структурно-функціональної одиниці всього живого, то під цим поняттям, в першу чергу, розуміють біохімічну частина її сутності. Саме з цієї точки зору, її вивчають і досліджують різні біологічні науки: біофізика, біохімія, молекулярна біологія, генетика, геноміка, цитологія і багато інших дисциплін. Як ми бачимо, до сьогоднішнього дня у вивченні живої форми матерії домінує культ фізико-хімічного напрямку. Між тим, слід зазначити, що вся багатоскладових "павутина" цілеспрямованих і впорядкованих хімічних перетворень в клітці формується не сама по собі, а є результатом діяльності вельми складної керуючої системи.

    Ясно, що жива клітина повинна володіти своїми пристроями, призначеними для "автоматизованої" переробки органічної речовини, хімічної енергії та молекулярної інформації. В іншому випадку ці процеси просто не могли б мати місця. Тому численні послідовності хімічних реакцій основних шляхів клітинного метаболізму, по своїй суті, можуть відноситися тільки до процесів керованим. Очевидно, що в даний час молекулярна біологія, у сукупності з іншими дисциплінами, вивчає і досліджує тільки ті процеси, які в живій клітці є вторинними, що залежать від роботи системи управління. А первинні, - Керуючі клітинні процеси, що забезпечують управління і генерацію клітинного метаболізму, до цих пір практично не піддаються вивченню. Тим часом, тільки вони складають головну сутність живого, і тільки вони забезпечують всі життєві процеси клітин і організмів.

    Отже, основна, фундаментальна частина живого по тих чи інших причин, чомусь, випала з поля зору молекулярних біологічних наук. Через ці обставини, з вторинної, - керованої частини живого, сучасна наука нагромадила великий дослідні дані, відомості і знання, отримані численними біологічними науками.

    Однак з первинної, самої фундаментальної і недослідженій частини, в активі у біологічних наук є лише дані про структурно-функціональної організації ДНК, вивчений генетичний код і фрагменти реплікації, транскрипції і трансляції генетичної інформації, що вказують на наявність в кожній живій клітині цілісної молекулярно-біологічної системи управління.

    Причому ця, - сама необхідна та затребувана область науки, після видатних відкриттів "спіралі життя" (ДНК), генетичного коду та інших досягнень, ось уже близько півстоліття, якщо можна так сказати, живе знаннями вчорашнього дня. На жаль, мало додалося і дисциплін, які вивчають і досліджують інформаційну сутність життя. Хоча вже досить давно відомо, що генетичні та інформаційні молекулярно-біологічні технології правлять великим світом живого вже більше 3,5 мільярдів років!

    Біологи досі намагаються обійтися без дослідження закономірностей молекулярної інформатики. А проблеми організації живої матерії та функціонального поведінки білкових та інших молекул вони намагаються вирішувати по-своєму. Однак не можна ж серйозно ставитися до тієї концепції, яка без будь-яких обгрунтувань декларує, що білкові та інші макромолекули і структури живої клітини просто "самоорганізуються", а ферменти, при цьому, стають тими каталізаторами, які отримують здатність керувати всіма хімічними перетвореннями і біологічними функціями в живих клітинах і організмах. Ясно, що каталізатори здатні до певної міри прискорювати протікання хімічних реакцій, але не до таких же астрономічних значень (10 у восьмий -- 10 в двадцятих ступеня раз!) [1] і не з такою ж продуктивністю, вибірковістю і керованість, як це роблять ферменти! [2]. Тому процес самоорганізації живої матерії - далеко не вивчений процес, який, на мою думку, пов'язаний, перш за все, з інформаційною сутністю живого, а ферменти - це далеко не прості хімічні каталізатори навіть тільки тому, що у своїй роботі застосовують метод поліфункціональної каталізу. Очевидно, що ферменти різного призначення, за поданнями сьогоднішнього дня, - це складні автомати природних нанотехнологій, які застосовуються живий природою вже багато сотень мільйонів років.

    Ясно, що феномен біо-логічного управління, яким володіють ферменти і інші клітинні білки, під силу лише молекулярною біологічним автоматам або маніпуляторам з програмною біохімічної логікою управління. Живі клітини - Це досить складні природні самоврядні інформаційні системи, які функціонують на молекулярному рівні і тому часто мають мікроскопічні розміри. Протікають процеси в клітині настільки "автоматизовані", взаємопов'язані і сполучені один з одним, що деколи важко визначити - де йде перетворення речовини, а де енергії або інформації. Логіка структурної побудови, функціонального поведінки і взаємодії біологічних молекул визначається генами, тому всі ці процеси мають біохімічну основу і носять інформаційний характер. Будь-який процес функціонування складного технічного або живого об'єкта завжди і неодмінно пов'язаний з передачею і перетворенням інформації.

    Тому дослідників живого завжди хвилювало питання, як і яким чином, генетична інформація визначає не лише структурну організацію, але й увесь широкий діапазон біологічних функцій і хімічних перетворень в живій клітині?

    2.Інформаціонние компоненти живого.

    У першу чергу необхідно відзначити, що структурну побудову і функціональне поведінка біологічних молекул в живих системах підпорядкована не тільки відомим фізичним і хімічним законам, але й особливими принципами і правилами, які, на думку автора статті, слід віднести до закономірностей молекулярної біохімічної логіки та інформатики! Тому, щоб розібратися в роботі керуючої і керованої клітинних системах, в першу чергу, необхідно зрозуміти не тільки принципи і правила їх дії, а й осмислити закономірності застосування молекулярної елементної бази. Відомо, що все живе на Землі, від мізерної бактерії до людини, складається з однакових "будівельних блоків" - стандартного набору більш ніж трьох десятків типових функціональних біо-логічних (біохімічних) елементів.

    Цей типовий набір являє собою ніщо інше, як елементну базу, або загальний молекулярний біологічний алфавіт, який, на думку автора, служить не тільки для побудови біомолекул, але й для кодування і програмування молекулярних структур і функцій живої матерії. До складу цього унікального комплексу елементів входять різні системи біо-логічних елементів (окремі молекулярні алфавіти):

    1) вісім нуклеотидів, - "чотири з них грають роль кодують одиниць ДНК, а інші чотири використовуються для запису інформації у структурі РНК " [1];

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

    3) кілька жирних кислот, - порівняно невелике число стандартних органічних молекул, що служать для побудови ліпідів;

    4) родоначальниками більшості полісахаридів є кілька простих цукрів (моносахаридів) і т. д.

    Всі ці хімічні букви і символи живої природи є натуральними дискретними одиницями молекулярної інформації. Важливо також зазначити, що весь цей комплекс елементів володіє функціональною повнотою, так як містить функціонально повний набір біо-логічних елементів. Саме тому жива природа, користуючись біо-логічними елементами, здатна до побудови та реалізації будь-яких біологічних структур і функцій.

    Цікаво, що крім семантики повідомлень все біо-логічні елементи мають ще й універсальною природною здатністю до виконання різноманітних - Хімічних, енергетичних, програмних та інших біологічних функцій. Інформаційні повідомлення не можуть переміщатися в часі і в просторі нематеріальним способом. Тому інформація в живій системі, - це змістовні відомості, укладені в тому чи іншому посланні або повідомленні генома, які зберігаються, передаються і використовуються тільки в закодованою молекулярної формі у вигляді біологічних молекул! Будь-який інформаційний код (і не тільки генетичний) в живій клітині записується хімічним способом з допомогою елементарної форми органічної речовини, тому різні посилки та повідомлення переносяться в структурах різних макромолекул.

    Очевидно, що елементна база являє собою ті системи біохімічних елементів, використовуючи які жива клітина здатна інформаційним шляхом будувати різні біологічні молекули і структури, записувати в них інформацію, а потім, за допомогою цих коштів здійснювати будь-які біологічні функції та хімічні перетворення. Адже і, дійсно, - всі біохімічні елементи (хімічні букви і символи), що входять до складу різних біологічних молекул, що представляють собою ту елементарну форму органічної речовини, за допомогою якої формуються і передаються біологічні коди молекулярної інформації. Автор статті вважає, що інформація в живій молекулярної системі передається за допомогою різних дискретних кодових сигналів, які спочатку формуються в "лінійних" молекулярних ланцюгах, а потім, і в тривимірних структурах різних біологічних молекул. Отже, інформація в живих клітинах має молекулярну базис подання! [3].

    Неймовірно, але всі біохімічні букви і символи елементної бази (мономери) живої матерії виявилася наділеними такими хімічними і фізичними природними якостями і властивостями, поєднання яких дозволяє їм у складі біологічних молекул одночасно виконувати буквально різні за своєю біологічною ролі елементарні функції та операції:

    1) служити в якості будівельних блоків, за допомогою яких здійснюється фізичне побудова різних макромолекул;

    2) виконувати роль натуральних інформаційних одиниць - хімічних літер або символів, за допомогою яких в біомолекули записується молекулярна інформація; 3) служити як елементарних одиниць молекулярного коду, за допомогою яких йде кодування, перетворення, передача, а згодом, - втілення і реалізація генетичної інформації;

    4) бути програмними елементами, за допомогою яких будуються алгоритми структурного перетворення, а потім і програма функціонального поведінки різних біологічних макромолекул;

    5) обумовлювати потенційну і вільну хімічну енергію біомолекул і т. д.

    Отже, всі біологічні функції та операції молекулярної біохімічної логіки в живій системі виконуються і реалізуються типовими мономерами, які несуть елементарні хімічні сигнали і мають просту "структурну схему"! Тому їх цілком заслужено можна назвати молекулярними біо-логічними елементами. Внаслідок цього, будь-яка макромолекула клітини, що складається з кінцевого безлічі таких елементів, є реалізатором тих біологічних функцій та операцій, що інформаційним шляхом інтегровані і завантажені в її тривимірну структуру. Все це вказує на те, що інформація, завантажена в макромолекули (за допомогою апаратних засобів і молекулярного алфавіту), визначає не тільки їх молекулярне зміст, а й їх структуру, форму, клас біоорганічної з'єднання, потенційну і вільну енергію хімічних зв'язків. Крім того, та програмна інформація, яка завантажена в молекулярні структури, завжди визначає інформаційне та функціональне поведінка біологічних макромолекул в живих системах. Усі типові мономери були відібрані в процесі еволюції, тому, входячи до складу біологічних молекул і клітинних компонентів, вони визначає не тільки структуру живої речовини.

    Елементарний склад біомолекул завжди тотожне є і еквівалентом інформаційного генетичного повідомлення, і засобом програмного та енергетичного забезпечення. Це чудова властивість живої матерії можна назвати тотожністю органічної речовини, хімічної енергії та молекулярної інформації!

    Тому, знаючи основи біохімії та молекулярної біології, можна констатувати, що принцип єдності речовини, енергії та інформації - це і є той головний і основний закон, який визначає і обумовлює саме існування біологічної форми матерії. А універсальні властивості елементної бази живої матерії лише підтверджують цю гіпотезу [4]. Очевидно, що всі без винятку біологічні властивості і якості макромолекул виявилися безпосередньо пов'язаними з багатофункціональними особливостями складових їх біо-логічних елементів.

    Тому, при розгляді живої матерії, завжди необхідно враховувати не тільки структурний (інформаційний) складу різних біомолекул, але і функціональну взаємозалежність і взаємодоповнюваність різних характеристик складових їх елементів. Таке "злиття" різноманітних характеристик біо-логічних елементів в одне функціональне ціле і їх інформаційний зміст, робить можливим прояв тих біологічних рис і ознак макромолекул, які спостерігають біологи. Зауважимо, що кожен типовий біо-логічний елемент (хімічна буква або символ) характеризується наявністю своїх функціональних атомних груп, які визначають його хімічні властивості і служать вхідними і вихідними ланцюгами, за допомогою яких ковалентно елементи можуть з'єднуватися один з одним у довгі молекулярні ланцюги. І головне, - важливо зазначити, що кожен елемент (мономер) має ще і свою індивідуальну бічну атомну групу (або групи), яка в живій системі, як вважає автор статті, використовується як елементарного інформаційного хімічного сигналу!

    Згадаймо: повідомлення в ланцюзі ДНК або РНК кодується у вигляді послідовності нуклеотидів, а носіями генетичної інформації є азотисті підстави - "бокові" атомні групи нуклеотидів. Відповідно, і в поліпептидного ланцюга білка це повідомлення записується у вигляді послідовності амінокислот, де носіями інформації є їх бічні R-групи. Загальний алфавіт живої матерії складається з понад 30 хімічних букв і символів молекулярного мови живої природи, за допомогою яких кодується біологічна інформація. Причому, для "автоматизації" процесів кодування і перекодування біологічної інформації в живій клітині застосовуються свої молекулярні біопроцессорние системи, такі як апаратні пристрої реплікації, транскрипції і трансляції генетичної інформації. А "теоретичної та технологічної "основою застосування молекулярної бази служачи?? свої універсальні закони та принципи, які, слід віднести до закономірностей "молекулярної біохімічної логіки та інформатики "[5].

    Очевидно, що кожна система біохімічних елементів у клітці (нуклеотиди, амінокислоти, жирні кислоти, прості цукри та ін) є окремим алфавітом і характеризується своїм способом кодування, а також видом і формою подання молекулярної інформації. Це, відповідно, і є першопричиною появи різних класів і великого різноманіття біологічних молекул в живих системах.

    Причому, функції біомолекул повністю визначаються елементарними функціями складових їх біо-логічних елементів (літер або символів), - то є інформацією. Кожен елемент у складі біомолекули завжди взаємодіє з іншими елементами або з молекулами води з особливих принципами і правилами, які також можна віднести до закономірностями молекулярної біохімічної логіки. Тому біохімічні елементи тут стають ще й тими програмними елементами, за допомогою яких будуються алгоритми функціонального поведінки різних біологічних молекул і структур.

    Більше того, якщо, наприклад, логічний елемент у цифровій техніці є найпростішим перетворювачем двійкової інформації, то кожен біо-логічний елемент у макромолекулі сам грає роль елементарної структурної, інформаційної та функціональної одиниці. Таким чином, живі клітини, при побудові різних біологічних молекул і структур і при конструюванні різних біологічних функцій, застосовують свої особливі, суто специфічні молекулярні біо-логічні елементи. Ці елементи (у складі живої матерії) реалізують функціонально повний набір елементарних біохімічних функцій і операцій, тому при їх використанні жива природа може отримати біо-логічну функцію будь-якої складності.

    Значить, аналогом біологічних функцій в живій системі може служити будь-яка біомолекул, що виконує ті функції, які обумовлюються програмної інформацією, завантаженої в її структуру! Генетична пам'ять та засоби кодування та програмування білкових молекул знаходяться на значних, за молекулярною мірками, відстані від об'єктів управління (субстратів). Тому жива клітина змушена кодувати інформаційні повідомлення і передавати їх по різних каналах зв'язку, спочатку у формі лінійних молекулярних ланцюгів, а потім і у формі тривимірних біомолекул. У зв'язку з тим, що інформація в клітинній системі записується за допомогою елементарної форми органічної речовини (хімічних букв і символів), - нам завжди слід пам'ятати, що кодування інформації в живій клітині постійною і незмінною пов'язане з побудовою певних молекулярних ланцюгів і біологічних структур! [3]. Молекулярне зміст цих ланцюгів і структур безпосередньо залежить від тієї інформації, яка в них завантажується. Отже, будь-яку біомолекули можна розглядати з двох різних точок зору: або зі структурною (фізико-хімічної), або ж з чисто інформаційної точки зору. Це випливає з принципу єдності речовини, енергії та інформації живий матерії.

    3. Проблема "самоорганізації", або кодування та програмування (завдання) структур і функцій біологічних молекул.

    Важливо завжди пам'ятати, що всі типові мономери володіють універсальними природними властивостями і є такими біо-логічними одиницями, які в живій клітині призначені для реалізації елементарних функцій та операцій молекулярної біохімічної логіки та інформатики. Тих функцій та операцій, що ми розглянули вище. Тому, за допомогою мономерів та відповідних апаратних засобів, жива система може реалізувати будь-яку біологічну функцію.

    Наприклад, для кодування і програмування біологічних молекул в клітині застосовується два основних способи - лінійний хімічний та просторовий, стереохімічні. Іншими словами в молекулярної біології для кодування біомолекул, тобто для завдання побудови тривимірної структури, використовується лінійний (хімічний) принцип запису інформації. А для програмування, тобто для завдання функцій біологічним молекул, застосовується стереохімічні (просторовий) принцип запису інформації [5]. Лінійний принцип кодування біологічних молекул в молекулярних системах широко застосовується на різних етапах передачі генетичних повідомлень. Цей принцип служить інструментом для перетворення лінійних ланцюгів в тривимірну структуру (конформацію) біологічних макромолекул. Він заснований на комбінаційному способі застосування різних біохімічних букв і символів молекулярного алфавіту живої матерії.

    Найбільш наочним прикладом лінійного кодування інформації є процеси реплікації, транскрипції чи трансляції генетичної інформації, коли здійснюється матричний перенесення інформації з одних ланцюгів на інші. Лінійний принцип у живій клітині, як правило, використовується для кодування тривимірної організації біологічних молекул. У живій клітині функціонують тільки тривимірні біомолекули і компоненти, тому "одномірна" інформація, записана в "лінійних" молекулярних ланцюгах повинна бути перетворена в тривимірну структурну організацію і стереохімічні інформацію біологічних молекул. Завдяки унікальним властивостям елементної бази, структура молекулярних ланцюгів завжди містить конкретний алгоритм конформаційної-інформаційного перетворення біологічних молекул.

    Причому, цей принцип існує і застосовується для будь-яких біомолекул клітини. Наприклад, типові характеристики полісахаридів і ліпідів повністю залежать від тієї кодової організації мономерів (хімічних символів), які використовуються в структурах даних макромолекул, що можна підтвердити результатами відповідних досліджень. Особливо наочно це проявляється в поліпептидних ланцюгах білкових молекул, де кодується різноманітної інформації. Тому важливо знати, що будь-яка Поліпептидна ланцюг завжди є тотожним еквівалентом відповідного кодового послання геному, що вказує майбутні характеристики білкової молекули. Причому, кожне повідомлення, при передачі інформації в поліпептидного ланцюга білка, як правило, передається своїм індивідуальним кодом (кодовими комбінаціями амінокислот). Тому інформація в ланцюзі може містити як свою адресну та "операційну", так і свою структурну і текстову (інформаційну) частини. Значить, різні інформаційні повідомлення в поліпептидних ланцюгах можуть бути представлені різними молекулярними кодами та кодовими комбінаціями амінокислотних залишків.

    Метод просторового (стереохімічні) кодування заснований на попередньому перетворенні лінійної кодової комбінації елементів ланцюгів біомолекул в тривимірну кодову координатну організацію цих елементів і їх бічних атомних груп у просторової решітці. Приміром, лінійна кодова інформація поліпептидних ланцюгів (як, втім, і інших ланцюгів біомолекул) завжди містить конкретний алгоритм просторового перетворення макромолекул. При цьому сама програма функціонування білкової молекули (завдяки керуючим засобам і програмує властивостями елементів) комутується лабільними фізико-хімічними силами, зв'язками і взаємодіями між бічними R-групами елементів (амінокислот) в складі її тривимірної структури.

    Тому природа взаємодій бічних атомних груп, що визначають конформаційні особливості і внутрішню динаміку макромолекули, має хімічну основу і носить інформаційний характер, а самі взаємодії засновані на правилах і принципах молекулярної біохімічної логіки. Макромолекула як би стабілізується самоузгоджений стискає інформаційним полем, обумовленим силами тяжіння між мономерами (програмними елементами).

    Тож функціональне поведінка макромолекули в клітині, при взаємодії її з молекулярними партнерами, визначається вільною енергією і результатом інформаційної взаємодії як внутрішніх, так і зовнішніх складових її елементів. В результаті перетворень кожен білок клітини отримує своє індивідуальне структурне, інформаційне, енергетичне, функціональне та програмне забезпечення. Тому, стереохімічні принцип кодування молекулярної біологічної інформації застосовується живою природою для розміщення в одній макромолекулі різних за своїм призначенням сигналів, повідомлень, команд управління, а також органів і механізмів їх реалізації.

    Така організація біомолекул не володіє сильною структурної жорсткістю, а завжди достатньо лабильна в тих межах, які необхідні для виконання їх біологічних функцій. У зв'язку з цим, в "молекулярної інформатики", для дослідження інформаційних шляхів побудови та програмно-функціонального поведінки біомолекул, відкривається велике поле діяльності [2]. Метою стереохімічні кодування білкових макромолекул є передача адресних інформаційних повідомлень з кодовим поділом різних за своїм призначенням сигналів. Кожен функціонально активний білок клітини, як молекулярний біологічний програмний об'єкт, завжди складається з даних, тобто, - функціональних біохімічних програмних елементів (амінокислот) та фізико-хімічних алгоритмів, що визначаються біохімічної логікою їх взаємодії.

    Очевидно, що молекулярні біологічні системи найбільш широко використовують стереохімічні кодові сигнали з переносником інформації у вигляді тривимірних біомолекул. А це вже якісно новий стрибок у використанні молекулярної інформації, що в такій формі явно стає основною характеристикою живої матерії. Стереохімічні кодування в живих молекулярних системах служить для програмування функцій різних біомолекул. І якщо для компактної тривимірної упаковки молекулярних ланцюгів, а, отже, і інформації, в живих системах застосовується лінійний принцип кодування, то стереохімічні принцип кодування, як вважає автор статті, служить для програмування самих функцій біологічних молекул. Через ці обставини інформація в молекулярної біології набуває сенс тільки через функцію, яку вона кодує!

    Біологічні функції виникають у процесі інформаційного взаємодії біологічних молекул одна з одною. Тому всі інформаційні взаємодії біомолекул є прелюдією до виконання функцій біологічних. Стереохімічні кодове розділення сигналів у тривимірної структурі макромолекули дозволяє білку динамічно та інформаційно взаємодіяти з різними молекулярними партнерами: з транспортними молекулами, з коферментом, з мембранами клітини, з АТФ, з регуляторними молекулами, з партнерами по агрегатування і т. д.

    У зв'язку з цим, процес опису конкретного функціонального алгоритму білкової молекули на мові "стереохімічні кодових команд" пропоную назвати - "програмуванням в стереохімічні кодах". Біологічні функції виникають лише в процесі адресної зустрічі та обміну інформацією між біомолекули за допомогою їх кодових стереохімічні матриць, які повинні відповідати комплементарно один одному. А відповідність інформаційних кодів біологічних молекул в живих системах будується за принципом їх структурної (стеріческой) і хімічної комплементарності, тобто на основі взаємодоповнюваності їх зв'язків, структур і функцій [2].

    Власне, - це і є ті розшукувані коди відповідностей біологічних молекул, які є основою їх інформаційної взаємодії! Стереохімічні кодами - просторовою організацією біо-логічних елементів в тривимірної структурі, програмується робота виконавчих органів і механізмів, обумовлюються функції, поведінка та біологічна доля не тільки білкової, але і будь-який інший біомолекули клітини. Тобто, таким шляхом програмуються всі їхні біологічні механізми та функції! Як ми бачимо, особливості побудови та функціонального поведінки біологічних молекул безпосередньо пов'язані з їх елементарним змістом і з способом запису і передачі інформації між біо-логічними елементами, що входять в структуру біомолекул.

    Інформація в живих молекулярних системах записується "Лінійним" хімічним або просторовим, стереохімічні способом. А передача інформації здійснюється за рахунок контактного комплементарного принципу взаємодії біологічних молекул. Саме перемикання станів біо-логічних елементів в тривимірних конформаціях, при інформаційних взаємодіях біомолекул один з одним, забезпечує ті функціональні процеси, які відбуваються в структурах самих біологічних молекул! А порядок і послідовність цих функціональних і динамічних проявів здійснюється тому програмному інформацією, яка заздалегідь була завантажена в їх структури. Це, на думку автора статті, дуже важливий момент, на який дослідникам живого слід звернути увагу. Дослідження інформаційних процесів має стати одним із пріоритетних напрямків в молекулярній інформатики.

    Таким чином, класична схема самоорганізації біологічних молекул у своїй основі тримається на інформаційних процесах! При цьому якщо метою лінійного хімічного кодування є формування тривимірних структур, то метою стереохімічні кодування біомолекул є передача адресних інформаційних повідомлень з кодовим поділом різних за своїм призначенням сигналів [5]. Більше ніж наочно це видно, коли така програма реалізується у формі білків і ферментів, тобто у вигляді молекулярних біологічних автоматів або маніпуляторів. Тому можна сказати, що це - універсальний шлях передачі керуючої інформації для безпосереднього використання її в різних біологічних процесах [2].

    Зараз в біологічній літературі з'являються роботи, в яких автори стверджують, що генетичний текст і генетичний код не здатні зберігати, обробляти і передавати величезні масиви інформації. Через ці обставини, нібито, повинні існувати інші шляхи і способи передачі спадкової інформації, аж до передачі її "вищими сферами". Однак, у офіційній науці немає даних, які б, наприклад, підтверджували, що гени можуть безпосередньо управляти живою речовиною хвильовим або лазерним, польовим, цифровим або будь-яким іншим способом.

    На думку автора даної статті, гени управляють живою матерією тільки шляхом її структурного кодування і функціонального програмування, а все інші супутні - хвильові, польові та ін прояви - вторинні, так як вони зумовлені структурно-функціональним та інформаційним поведінкою величезного числа біомолекул і клітинних компонентів. Безумовно, деякі з цих проявів можуть грати додаткову, допоміжну роль в управлінні живою матерією, однак першу скрипку в загальному ансамблі процесів, все-таки, грає програмна інформація генів, транслювався і завантажена в біологічні молекули і структури живої системи. Очевидно, що всі інформаційні масиви, завантажені в макромолекули і інші клітинні компоненти, можуть бути передані тільки структурними генами, тому немає причин сумніватися в інформаційних можливостях геному.

    4. Загальні принципи дії клітинної системи управління.

    Живі клітини з їх програмним забезпеченням слід віднести до найбільш складних систем, які коли-небудь існували в природі. Їх складність визначається надзвичайної мініатюризацією "виготовлення", численністю що входять до їх складу біо-логічних елементів, незліченною кількістю ковалентних і нековалентних хімічних зв'язків між елементами і невизначеністю законів функціонування і перетворення інформації. І, здається, що немає ніякої практичної можливості і теоретичної ймовірності розібратися у всій багатогранності протікають хімічних і біологічних процесів.

    Проте зауважимо, що вся ця багатогранності завжди зводиться до відносно простим закономірностям молекулярної біохімічної логіки та інформатики і простим принципам і правилам використання елементної бази! Спочатку зазначимо, що принципи дії керуючої системи клітини відносно прості, хоча при цьому можуть бутизадіяні складні молекулярні програмно-апаратні пристрої. Наприклад, при організації процесів реплікації, транскрипції чи трансляції генетичної інформації, керуюча система клітини маніпулює цілісними елементами - нуклеотидами або амінокислотами, які грають роль хімічних букв біологічної інформації. При побудові полісахаридів або ліпідів вона маніпулює вже іншими елементами - Простими цукрами і жирними кислотами, які цілком можна назвати символами молекулярної інформації. Крім того, в східчастих хімічних реакціях різні ферменти здатні маніпулювати і окремими хімічними знаками цих елементів, тобто їх складовими частинами. Ця здатність керуючої системи заснована на тому, що всі типові біохімічні елементи, а значить і біомолекули клітини, володіють різними типовими функціональними і бічними групами, атомами і їх хімічними зв'язками, які вільно впізнаються і тестуються відповідними ферментами. Бічні і функціональні атомні групи, атоми і їх хімічні зв'язки - це і є ті розпізнавальні знаки, завдяки яким управляюча система легко може ідентифікувати будь-який біологічний елемент клітини!

    Таким чином, загальний принцип дії інформаційної молекулярно-біологічної системи управління живої клітини (так само як і в комп'ютері) зводиться до впорядкованого маніпулювання різними буквами, символами і знаками, яким наказаний певний інформаційний зміст. Сам же механізм дії системи заснований на тому, що всі операції, пов'язані з організацією керуючого процесу, проводяться над одиницями біологічної інформації - хімічними буквами і символами.

    А операції, пов'язані з керованими процесами, в основному, виробляються над складовими частинами молекул субстрату - хімічними знаками їх елементів. Це підтверджує те припущення, що всі хімічні і біологічні процеси в живих молекулярних системах керуються тільки інформаційним шляхом, а джерелом керуючої інформації є генетична пам'ять. Даний момент важко переоцінити, тому що він є ключовим для молекулярної біохімічної логіки та інформатики. При управлінні ступінчастими реакціями, всі біохімічні процеси (катаболізму або анаболізму) будь-якої складності також розбиваються на певну послідовність типових хімічних реакцій. Зауважимо, що простота типових (елементарних) операцій управління досягається і забезпечується застосуванням типових інформаційних молекулярних кодів, сформованих в активних центрах відповідних ферментів. Ці коди еквівалентно відповідають тим типовим хімічним буквах, символів або знаків, з якими в даний момент працюють ферменти!

    Таким чином, керуюча система клітини працює з біомолекули так, що сприймає їх і як хімічні, і як інформаційні компоненти субстратів! [4]. Тому, автор статті вважає, що всі живі клітини інформаційно працюють тільки з молекулярними

         
     
         
    Реферат Банк
     
    Рефераты
     
    Бесплатные рефераты
     

     

     

     

     

     

     

     
     
     
      Все права защищены. Reff.net.ua - українські реферати !