Единство вещества, энергии и информации – основной принцип существования живой материи

1. Роль молекулярной информации в биологических системах. Наука показывает, что благодаря использованию наследственной информации, жизнь на нашей планете существует и

Единство вещества, энергии и информации – основной принцип существования живой материи

Информация

История

Другие материалы по предмету

История

Сдать работу со 100% гаранией

Единство вещества, энергии и информации основной принцип существования живой материи

Калашников Юрий Яковлевич

Данная статья посвящена трем главным составляющим живой формы материи веществу, энергии и информации. Здесь кратко и последовательно рассмотрены: 1) разнообразные виды и формы молекулярной информации и разные категории информационных сообщений, которые широко применяются в клетках для реализации различных биологических функций и химических превращений; 2) комплементарные (матричные) принципы молекулярных информационных взаимодействий; 3) информационные поля и сферы живой формы материи. Основная часть статьи посвящена “принципу триединства биоорганического вещества, химической энергии и молекулярной информации” живой материи. Этот принцип, по всей вероятности, является ключевым в молекулярной биологии, определяющим базисную, фундаментальную основу существования биологической формы материи. В заключение автором предлагается для рассмотрения и обсуждения ещё одна важная концепция концепция взаимообусловленности и взаимозависимости между главными составляющими живой материи информацией, структурой, энергией и функцией в различных биологических процессах. Эти две концепции, по мнению автора, в наибольшей степени определяют сущность биологической формы движения материи, а значит, и природу, и принципы её организации.

Известно, что вещество, энергия и информация это три важнейшие сущности нашего мира, три главнейших его составляющих Мы живём в чрезвычайно богатом по форме и разнообразию окружающем нас материальном мире. Наука уже достаточно давно изучает и исследует различные формы материи, в ряду которых живой материи отводится особое место. Однако особые нюансы возникают с понятием информации. К примеру, хотя она и является одной из главных слагаемых нашего мироздания, но до сих пор не имеет общепринятого научного определения. Между тем этот факт не мешает успешно применять понятие “информации” в различных областях науки, техники и человеческой деятельности. Поэтому “информация” также может классифицироваться на различные виды и категории и характеризоваться различными формами существования, сферами применения и назначением. Тем не менее, этот термин продолжает вызывать различного рода дискуссии, которые особенно заметно проявляются в молекулярной биологии. К сожалению, это происходит на фоне общепринятой и четко сформулированной центральной догмы молекулярной генетики, “которая определяет три главных этапа в обработке генетической информации. Первый этап репликация, то есть копирование родительской ДНК с образованием дочерних молекул ДНК, нуклеотидная последовательность которых комплементарна нуклеотидной последовательности родительской ДНК и однозначно определяется ею. Второй этап транскрипция, процесс, в ходе которого часть генетической информации переписывается в форме рибонуклеиновой кислоты (РНК). И, наконец, третий этап трансляция, в процессе которой генетическая информация, записанная при помощи четырёхбуквенного кода в РНК, переводится в рибосомах на двадцатибуквенный код белковой структуры” [1]. Однако и здесь, как мы видим, изучение и исследование прохождения генетической информации, почему-то, остановилось на этапе синтеза белковых молекул. Хотя уже давно стало очевидным, что живые системы в принципе не могут ни существовать, ни функционировать, ни развиваться только лишь на физико-химической основе. Ясно, что в этих процессах ведущую роль может играть только наследственная молекулярная (генетическая) информация. Поэтому изучать общие свойства и структуру молекулярной информации, а также закономерности и принципы её создания, преобразования, передачи и использования в различных биологических процессах должна, по всей вероятности, специализированная дисциплина, такая как “Молекулярная биологическая информатика”.

1. Роль молекулярной информации в биологических системах. Наука показывает, что благодаря использованию наследственной информации, жизнь на нашей планете существует и развивается уже более трёх миллиардов лет. Поэтому большинство исследователей считает, что понятие информации, в широком смысле этого слова, в биологии столь же необходимо, как и понятия органического вещества и химической энергии. И действительно, ведь только информация может нести ту высокую меру определённости, которая существует в сложно-зависимых взаимодействиях биологических молекул друг с другом и с системой управления. И если вещество и энергия живого являются его материальным наполнителем, то информация в структуре живого вещества является руководством к действию а, значит, и критерием управления всех химических, молекулярных, энергетических и других биологических процессов. Можно сказать, что информация в живой системе выполняет ту руководящую роль, которая раньше приписывалась “таинственной жизненной силе”. Не вдаваясь в философские обоснования термина “информация”, в данной статье мы будем придерживаться общепринятых идей и концепций, которые применяются к сложным системам управления и связи при передаче информационных кодов и сигналов управления. Потому, что живая клетка, как элементарная основа жизни, является сложнейшей самоуправляемой биокибернетической системой, которая выполнена в миниатюре, и функционирует на почти недосягаемом для изучения молекулярном уровне. “Информация в сложных системах, как известно, это содержательные сведения, заключенные в том или ином сообщении. А сообщением может быть какой-либо текст, передаваемые данные о структурной организации или каком-либо процессе, значение контролируемого параметра, команда управления и т. д. Причем, сообщение может иметь форму, не приспособленную для передачи, хранения и других информационных процессов. В связи с этим применяются различные способы преобразования сообщения, такие, как дискретизации и кодирование с целью получения оптимального сигнала. Сигналом называется средство передачи (переносчик) сообщения. В общем виде сигнал это однозначное отображение сообщение, всегда существующее в некотором физическом воплощении” [2]. Естественно, что и в живой молекулярной системе информация передаётся с помощью различных дискретных кодовых сигналов, которые формируются в “линейных” цепях, а затем и в трёхмерных структурах различных классов биологических молекул [3]. Вообще-то существуют разнообразнейшие виды информации, в том числе логическая смысловая, метрическая, исчисляемая в битах и другие. Молекулярной био-логической информации в этом ряду должно отводиться своё особое место. И действительно, информация в живой молекулярной системе имеет свой специфический смысл, чрезвычайно высокий статус и своё материальное наполнение. Она также характеризуется различными видами, формами и категориями и используется живой системой в виде передач и преобразований молекулярных биологических кодов управления и сигнализации. Поэтому и не удивительно, что с кодированием информации связано одно из замечательных свойств живой клетки возможность хранить, передавать и обрабатывать генетические сообщения. Информация в живой системе может передаваться и преобразовываться с помощью биологических кодов и алфавитов из одного её молекулярного вида в другой, из одной её молекулярной формы (линейной, химической) в другую (пространственную, стереохимическую). Вследствие этого, кодирование молекулярной информации в живой клетке применяется как для структурной организации различных классов биологических молекул, так и для информационного управления различными химическими превращениями, энергетическими процессами и другими био-логическими функциями. Сам же информационный код в молекулярной биологии записывается химическим способом с помощью элементарной формы органического вещества, и поэтому переносится в структурах биологических молекул. А для биосинтеза и организации важнейших классов биоорганических соединений (нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов и липидов) и для записи в их структуру информации применяются различные алфавиты системы био-логических элементов (нуклеотиды, аминокислоты, простые сахара, жирные кислоты и др.) [3]. Следовательно, разные алфавиты служат для кодирования различных форм и видов молекулярной биологической информации. Информация, заключенная в последовательности нуклеотидов определяет структуру и функции макромолекул ДНК и РНК. Информационные сообщения в виде последовательности аминокислот в полипептидных цепях кодируют и программируют структурно-функциональную организацию белковых молекул. А информационная последовательность моносахаридов или жирных кислот кодирует структуру и функции полисахаридов и липидов. Всё это подтверждает мысль о том, что различные виды и формы молекулярной информации определяют свою структурную и функциональную организацию, присущую различным классам биологических молекул. Значит, элементарное содержание любой макромолекулы определяется формой представления и видом молекулярной информации. Поэтому все виды и формы информационных передач в живой клетке носят чисто биологический характер. А чтобы перевести информацию из одного её молекулярного вида в другой, или из одной формы в другую, живая клетка использует различные биологические коды. Например, информация, записанная в структуре ДНК и РНК в виде нуклеотидной последовательности, переводится в аминокислотную последовательность белка с помощью генетического кода, то есть таким способом информация преобразуется из одного её молекулярного вида в другой. А для того, чтобы трансформировать аминокислотную последовательность в трёхмерную структуру и форму белковой молекулы, применяется аминокислотный код. Следовательно, здесь информация преобразуется из одной её молекулярной формы линейной, в другую форму пространственную, стереохимическую. В связи с этим, в живой клетке используются различные биологические коды, где кодирование и преобразование различных видов и форм молекулярной информации применяется при структурной организации разных классов биологических молекул, предназначенных для реализации соответствующих

Похожие работы

1 2 3 4 5 > >>