Молекулярное перекодирование при передаче генетической информации

В связи с этим, процесс описания конкретного функционального алгоритма белковой молекулы на языке «стереохимических кодовых команд» можно было бы назвать - «программированием функций в стереохимических кодах». Это также один из ключевых моментов в перекодировании генетической информации. В результате преобразований каждый белок клетки получает своё индивидуальное структурное, информационное, энергетическое, функциональное и программное обеспечение. Поэтому, стереохимический принцип кодирования молекулярной биологической информации применяется живой природой для размещения в одной макромолекуле различных по своему назначению сигналов, сообщений, команд управления, а также органов и механизмов их реализации. Такая организация биомолекул не обладает сильной структурной жесткостью, а всегда достаточно лабильна в тех пределах, которые необходимы для выполнения их биологических функций. В связи с этим, в «молекулярной информатике», для исследования информационных путей построения и программно-функционального поведения биомолекул, открывается большое поле деятельности. В живой системе широкое применение находят именно адресные передачи, где разделение передающих сигналов (в структуре биомолекул) можно назвать «стереохимическим кодовым разделением сигналов».

Таким образом, молекулярные биологические системы наиболее широко используют стереохимические кодовые сигналы с переносчиком информации в виде трёхмерных биомолекул. А это уже качественно новый скачок в использовании молекулярной информации, которая в такой форме явно становится основной характеристикой живой материи. Стереохимическое кодирование в живых молекулярных системах служит для программирования функций различных биомолекул. Биологические функции возникают лишь в процессе адресной встречи и обмена информацией между биомолекулами с помощью их кодовых стереохимических матриц, которые должны комплементарно соответствовать друг другу. А соответствие молекулярных кодов в живых системах строится по принципу их структурной (стерической) и химической комплементарности, то есть на основе взаимодополняемости их связей, структур и функций. Целью стереохимического кодирования биомолекул является передача адресных информационных сообщений с кодовым разделением различных по своему назначению сигналов.

Более чем наглядно это видно, когда такая программа реализуется в форме белков и ферментов, то есть в виде молекулярных биологических автоматов или манипуляторов. Поэтому можно сказать, что это - универсальный путь передачи управляющей информации для непосредственного использования её в различных биологических процессах. Каждая активная макромолекула клетки, как молекулярный биологический программный объект, всегда состоит из функциональных биохимических элементов (данных) и физико-химических алгоритмов, определяемых биохимической логикой взаимодействия программных элементов. При этом динамическая реактивность макромолекулы связана с кооперативным изменением сил притяжения и отталкивания, поэтому свободная энергия взаимодействия элементов в составе макромолекулы, при информационном контакте с молекулярными партнёрами, и определяет её функциональное поведение. При недостатке энергии биологические молекулы способны адресно (информационно) взаимодействовать с молекулами АТФ, которые в живой клетке выполняют роль аккумулятора химической энергии. Как мы видим, стереохимический язык живой формы материи является не только средством выражения информационных сообщений, но и средством «естественного общения» биологических молекул друг с другом.

Основной целью стереохимического кодирования и программирования биологических молекул является: 1) передача в трёхмерных структурах биологических молекул различных сообщений со стереохимическим кодовым разделением сигналов; 2) программирование работы молекулярных органов и исполнительных механизмов, определяющих функции биологических молекул; 3) повышение помехоустойчивости информационных сообщений, путём применения комплементарных обратных связей, при взаимодействии биологических молекул друг с другом с помощью их биохимических матриц;4) повышение достоверности передачи сообщений, так как ошибочное замещение одной аминокислоты на другую в любом стереохимическом коде, как правило, ведёт к «потере» биологического сигнала белковой молекулы;5) возможность регуляторного воздействия на управляющие стереохимические коды макромолекул путем «разрешения или запрета» на прохождение управляющих команд (при помощи регуляторных молекул обратных связей); 6) экономное использование различных компартментов, каналов связи.

Стереохимический принцип кодирования и программирования функций биологических молекул - это и есть тот путь, который непосредственно ведёт от молекулярной информации к биологическим характеристикам живой материи. Нам до сих пор неясен и непонятен этот древнейший язык живой природы, который, по всей вероятности, является не только средством молекулярного «общения», но и формой выражения биологической сущности живой материи. Здесь мы кратко рассмотрели формы и способы представления информации в живой молекулярной системе. Таким образом, в живых системах наиболее широко применяется и используется как линейная химическая, так и стереохимическая структурная организация информационных кодов. А для представления (кодирования) разных видов и форм молекулярной информации в живой клетке используются различные молекулярные алфавиты. Придёт время, и мы полностью убедимся в том, что в основе всех проявлений жизни лежат только те биохимические процессы, которые управляются и поддерживаются молекулярной биологической информацией, представленной в «линейной» химической или стереохимической форме.

Несмотря на то, что информация является нематериальной категорией, однако существовать и воспроизводиться она может только на базе системной организации и на основе тех или иных материально-энергетических носителей. Информация всегда предполагает наличие той или иной системы, где она может кодироваться, генерироваться и передаваться. Поэтому в соответствии с утверждением Н Винера, информация в системе всегда выступает как отдельное и самостоятельное явление, имеющее виртуальный (умозрительный) характер [9]. Именно с кодированием связаны многие замечательные свойства живых клеток: 1) возможность хранения, передачи и переработки управляющей генетической информации; 2) возможность структурно-функционального программирования биологических молекул и клеточных структур; 3) совмещение программно-аппаратных средств в структурах белков, нуклеиновых кислот и других функциональных биомолекулах; 4) возможность обработки сигнальной информации субстратных молекул. Поэтому биологические макромолекулы повсеместно несут ту информацию, которая определяет их структуру и функциональное поведение в живых системах. В живой клетке функционируют сотни различных белков и ферментов.

Свои специфические функции выполняют полисахариды, липиды, а также другие макромолекулы клетки, которые, как мы убедились, отличаются друг от друга только информационным содержанием, а, значит, и той системой молекулярных элементов (алфавитом), которая применяется для кодирования их информации. При этом в молекулярных цепях, а затем и в трёхмерных структурах, с помощью букв и символов записывается лишь те информационные сообщения, которые передают гены. Эти молекулярные сообщения являются структурной и программной основой, как для построения, так и для функционального поведения биологических молекул. Значит, с информационной точки зрения, в молекулярных цепях и в трёхмерных конформациях макромолекул нет ничего, кроме структурной и программной молекулярной биологической информации. А это означает лишь одно, что все они построены и будут работать с помощью той информации, которая загружена в их структуру. Отсюда, как следствие, вытекает и тот факт, что все клеточные процессы управляются, регулируются и взаимно координируются той программной информацией, которая в данное время загружена в аппаратную систему клетки, то есть, перенесена и находится в функциональных биомолекулах и структурах клетки!

Таким образом, клеточная система управления и её выходное управляющее звено (ферменты, белки и другие функциональные биомолекулы), руководствуясь загруженной в их структуры программной информацией, осуществляют «автоматизированное» управление всеми метаболическими путями и клеточными процессами. Причем, если биохимики относятся к ним как к процессам чисто химическим, то управляющая система клетки их явно воспринимает как процессы информационные. В связи с этим, очевидно, что главной задачей программных средств, применяемых в живых клетках, является обеспечение оперативного взаимодействия выходного звена управления (ферментов, белков и т. д.) с различного рода объектами управления (субстратами) [10]. Получается, что к идеям преформизма и эпигенеза можно закономерно добавить и новую альтернативную концепцию - информационно-молекулярного генеза.

белок молекулярный генетический кодирование

Список литературы

1. Генетика и наследственность. Сборник статей. Пер. с франц. - М: Мир, 1987

2. Н. П. Дубинин. Генетика. - Кишинев: «Штиинца»,1985

3. А. И. Коротяев, Н.Н. Лищенко. Молекулярная биология и медицина. - М: Медицина, 1987 Статьи, посвященные «молекулярной информатике»: Ю.Я. Калашников.

4. Генетическая память, молекулярные биопроцессоры и их выходное управляющее звено. Дата публикации: 30 июня 2006г., источник: SciTecLibrary.ru

5. Аспекты молекулярной биохимической логики и информатики. Дата публикации: 05.12.2006г.

6. Единство вещества, энергии и информации - основной принцип существования живой материи. Дата публикации: 30 июня 2006г.

7. Основы биохимии. Под ред. проф. А.А. Анисимова - М: Высшая школа, 1986

8. П. Кемп, К. Армс. Введение в биологию. Пер. с англ. В 3-х томах - М: Мир,1988

9. Ю.Я. Калашников. Секреты молекулярной информации. Дата публикации 07.10.07

10. Ю. Я. Калашников. Ферменты и белки живой клетки - это молекулярные биологические автоматы с программным управлением. Дата публикации: 30 июня 2006г.

Размещено на Allbest.ru