Порталус \\ Научная библиотека

БИОЛОГИЯ есть новые публикации за сегодня \\ 27.03.17

ОБРАТИМОСТЬ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ДОГМЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОЛОГИИ

Дата публикации: 09 сентября 2015
Автор: М. А. АНДРОНОВ
Публикатор: Александр Павлович Шиманский
Рубрика: БИОЛОГИЯ
Источник: (c) http://portalus.ru
Номер публикации: №1441807503 / Жалобы? Ошибка? Выделите проблемный текст и нажмите CTRL+ENTER!


М. А. АНДРОНОВ, (c)

найти другие работы автора

Психическое овладение как подготовка к физическому - этой особенности человеческого мышления я придаю мотив и генезис

З. Фрейд

Двадцать ветхозаветных Фаз-Имен: Ездра, Неемия, Есфирь, Иов и 16 имен Пророков, двадцать типов РНК, участвующих в синтезе белка, двадцать типов аминоацетилсинтетазы (фермента для распознавания аминокислот молекулой транспортной РНК) и, наконец, двадцать радикалов, называемых в биологии "магических" аминокислот 1 , представляются далеко не случайными. В ходе естественного отбора используется только эта "магическая", ничтожная часть всех теоретически возможных аминокислот. Эти двадцать аминокислот абсолютно одинаковы во всем живом от вируса до человека. Только они используются для описания генетического кода всего живого. У вируса они определяют стратегию морфогенеза вида, и можно предположить, что то же они определяют и у "венца творения". Молекула белка представляет собой длинную цепочку, образованную звеньями 20 типов, причем последовательность их чередования для каждого белка строго определена генетически. Естественно, не случайно пуриновые основания (аденин и гуанин) представляют собой два сочлененных цикла - шестичленный и пятичленный (фазы 1, 6 - одна фаза на рис. 1), а пиримидиновые (цитозин и тимин) - два шестичленных. Схема соединений оснований такова, что большое основание образует комплементарную пару с малым. Информация, необходимая белку для выполнения его биологической роли, заложена не в химическом составе белка (иначе бы не возникла проблема пространственной неодинаковости химически тождественных L- и D-изомеров) и даже не в чередовании аминокислотных остатков, а в трехмерной пространственной структуре белковой глобулы. Вторичная ее структура будет зависеть лишь только от взаимного положения фаз 1 - 6 и 1' - 6' на рис. 1. Переход от химической структурной формулы к пространственной структуре белка - не очередной этап кодирования генетической информации, а преобразование ее в принци-

1 В природе они (кроме глицина) относятся к L-раду. Однако метафизически D-изомеры не исключены, поскольку в искусственном синтезе аминокислоты получаются в виде рацематов.

стр. 111

пиально иную форму - из линейной (чередование нуклеотидов в ДНК и РНК) в трехмерную. Если наложить рис. 1 лицевыми (или оборотными) сторонами самого на себя, то получится структура Ветхого завета - модель третичной структуры простейшей белковой глобулы. Надмолекулярные белковые структуры более высоких порядков для целей настоящего изложения не требуются.

Фазы ветхозаветной истории - состояния конформации белковой глобулы

Интерфаза исторического процесса - информационное отображение шести фаз ветхозаветной истории [1] - состояния конформации белковой глобулы (рис 1.). Всякая система молекулярных размеров, будучи предоставлена сама себе, стремится перейти в состояние, которому соответствует наименьшая энергия (фазы 3 и 3'). В соответствии с [1] это состояние - невроз. Под системой понимается белковая молекула, а различные ее состояния (фазы 1 - 6) - различные конформации, которым соответствуют те или иные значения внутримолекулярной энергии. 2 Значения энергии в различных фазах, естественно, различны. Вероятность пребывания молекулы в каждой из шести фаз тем выше, чем ниже соответствующая этой фазе энергия. Будет ли пребывать молекула преимущественно в фазе 3? Она будет наверняка оказываться в ней чаще, чем в любой другой 3 , но не с большей вероятностью, чем во всех остальных вместе взятых, если предоставить молекулу самой себе. Гибкость белковой молекулы (применительно к организму - его приспособляемость) обусловлена возможностью вращения ее отдельных частей вокруг одновалентных связей. Гибкость эта не беспредельна. В силу межатомного взаимодействия и, прежде всего, в силу атом-атомного отталкивания, вращения вокруг отдельных связей оказываются более или менее заторможенными. Способность белков к обратимому изменению третичной структуры (денатурирование и ренатурирование) в ответ на действие физических факторов лежит в основе раздражимости всех живых систем.

Три типа конформации

Молекула белка образована вполне определенной последовательностью аминокислотных остатков. Эта последовательность подобрана таким образом, что в избранной конформации молекулы резко понижается ее энергия по сравнению со всеми прочими конформациями. Система

2 В энергетическом отношении ход процесса все тот же [1]: от невроза к психозу.

3 В психопатологии человека невроз (по Фрейду "бегство в болезнь") встречается значительно чаще психоза. Энергозатраты невроза существенно ниже психической нормы и психоза.

стр. 112

внутримолекулярных взаимодействий определяется аминокислотной последовательностью. В каждой молекуле белка чередование различных звеньев аминокислот строго упорядочено. Если имеется в виду чередование аминокислотных остатков в белковой молекуле, то речь идет о первичной ее структуре. Под вторичной структурой, определяемой экспериментально, подразумевается правая -спираль (L- изомеры), -складчатая структура и левая -спираль (D-изомеры) - типы периодических структур (см. рис. 1). При этом надо исходить из известного правила, диктуемого принципом неопределенности: анализ биологических структур требует моделей, которые представляют собой определенные классы эквивалентности состояний, а не сами эти состояния, поскольку левая -спираль с D-изомерами в конкретном белке может и не встретиться. Третичная структура молекулы - ее пространственное строение. Способность самопроизвольно сворачиваться в одну-единственную, строго определенную пространственную структуру (отмеченное выше взаимное наложение сторон на рис. 1) - одно из главнейших отличий белков от прочих полимеров.

Эрос и Танатос. Понижение и повышение энтропии

В отношении Танатоса речь пойдет не о старости, как о результате накопления "ошибок" в силу недорепликации концов хромосом при синтезе ДНК с последующим синтезом белка по "испорченной" матрице РНК, и не о биологическом боевом оружии. При этом, естественно, налицо проявление Танатоса и в том и в другом случае. В первом случае на молекулярном уровне, во втором - на социальном. Нас будет интересовать, однако, его непосредственная связь только лишь с самой центральной догмой молекулярной биологии, гласящей "незыблемое": ДНК->РНК->Белок.

Известно, что разница в энергии исходных и конечных продуктов определяет направление химических реакций. Если процесс перехода "исходное вещество" -> "продукты реакции" сопровождается понижением энергии, реакция возможна. Если нет, то - нет. На рис. 1 представлено протекание второй производной X'' энергии X активации химических реакций по времени: совмещение в одном процессе двух рудиментарных влечений (Эроса и Танатоса). Противоположная направленность протекания X'' в области локализации квазизамкнутой пространственной структуры глобулы (фазы 1 - 6 и 1 '-6') вызвана контрвариантностью организующего вектора пространства- времени, имеющей физическую интерпретацию [1]. Этой же контрвариантностью объясняется двойная односторонняя закрученность ДНК (противоположная для направленных навстречу друг другу векторов энергетического процесса) и -спирали вторичной структуры. Совмещение Эроса и Танатоса с победой Эроса - максимум мощности X' активации химических реак-

стр. 113

ций (но не максимум энергии) - репликация (начало в точке X'' =0) - минимум энтропии. В этой точке энергия разрушения старых валентных связей равна энергии возникновения новых. В танатально-дискретных фазах 1(1') и 6(6') энергия разрушения старых связей выше энергии возникновения новых (повышенная энтропия с "горячей энергией"). Способность ДНК к репликации (делению) необратимо утрачивается полностью 4 (победа Танатоса). В фазах 3 и 3' энергия ниже требуемой для возникновения новых ковалентных связей. Поддержание действующих связей обеспечивается минимальным уровнем активации химических реакций (повышенная энтропия с "холодной" энергией). Утрата способности ДНК к репликации в этих фазах обратима. Фазы 2, 2' - переход высокоэнтропийной энергии из "горячей" в "холодную". Универсальный энергоноситель активации (аденозинтрифосфат), "лаборатории" (митохондрии) для получения его из энергетических ресурсов клетки и последующего выхода из фаз 3, 3' у белка имеются. В фазах 4, 4' и 5, 5' - рост энергии активации соответственно с понижением и повышением энтропии. Сохранение однонаправленности центральной догмы молекулярной биологии означает рассмотрение процессов в природе только в области пониженной энтропии, игнорируя области ее повышенных значений. В этой связи можно сделать некоторое обобщение, включающее рассматриваемый вопрос как частный случай, поскольку все биологические структуры диссипативны, необратимы, далеки от равновесия и связаны энергетическими потоками с окружающей средой. Любой значительный этап эволюции завершается гигантским (ранее недостижимым) ростом энтропии (фазы 1, 6) с понижением до глобального ее минимума ( X'' =0 в точке перехода из фазы 4 в фазу 5) в последующей интерфазе (качественно новый уровень совершенствования системы). Психически (у человека [2]) или материально (у всех объектов живой природы) оба феномена воспроизводятся в менее выраженной форме в последующих интерфазах эволюции. Центральная догма соответствует только одному (второму) из них. Обратимость центральной догмы молекулярной биологии включает в себя оба феномена как следствие многократного циклического материального отражения в биологических структурах одного однократного события - происхождения жизни на Земле.

По ту сторону догмы

Такое эпохальное событие, как возникновение жизни на Земле, не могло не оставить зримых материальных следов своего повторения (расщепление рацемата на зеркальные антиподы, расчленение "вирту-

4 Отдаленным следствием такой утраты служит неделимость нервных клеток живых организмов и формирование у них нервной системы под действием танатальных влечений.

стр. 114

альных" полов [1]) в соответствии с фрейдовским принципом "вынуждения повторения".

Эти материальные следы - короткая левая - спираль, D-изомеры и три "нонсенс-кодона". Биологической эволюции должна была предшествовать химическая, и процесс перехода из второй в первую мог протекать только с участием направления, противоположного направлению "центральной" догмы. Интерфазу переходного периода в (в приводимой далее последовательности в прямоугольных скобках) можно изобразить следующим образом: химическая эволюция вплоть до образования аминокислот, включая 20 "магических" с L- и D-изомерами -> [ФББС -> РНК -> ДНК 5 РНК -> ФБМС] -> биологическая эволюция. Аббревиатуры ФББС и ФБМС - фрагменты белка соответственно безматричного и матричного синтеза. Белок (с безматричными и матричным синтезом) -"альфа и омега, начало и конец" перехода от химической эволюции к биологической, несмотря на абсолютную неспособность белка воспроизвести самого себя. Весь переход из химической эволюции в биологическую осуществился в белке с синтезом РНК и ДНК внутри интерфазы. Если читателю такая схема покажется легковесной, то нужно дать исчерпывающее объяснение следующему непреложному факту. Как могло произойти так, что в самой динамично развивающейся отрасли знаний (молекулярной биологии) на протяжении почти 40 лет игнорируются убедительные экспериментальные свидетельства обратимости центральной догмы? Перечислим только ничтожную их часть: Г. Темин (США), 1964 г., РНК -> ДНК (онкогенные вирусы, обратная транскриптаза); С. М. Гершензон (СССР), 1964 г.: РНК -> ДНК; Г. Бауэр и П. Хофшнейдер, (ФРГ), 1976 г., доказательство кодирования обратной транскриптазы клеткой (куриное яйцо); Х. Корана, 1976 г., сборка фрагмента двухцепочечной молекулы ДНК (белок 6 ->РНК ->ДНК), синтез гена аланиновой т-РНК; изящные эксперименты (ДНК <- РНК), описанные П. П. Гаряевым с коллегами в работе [2]. Экспериментально доказанное наличие противоположно направленного по отношению к центральной догме потока информации налицо. Объяснение игнорированию этого может быть только одно. Феномен имеет не гносеологические, а психические корни. Действительно, зачем заниматься смертью, когда предмет исследования - жизнь! Именно в этом пункте сознание тяжело преодолевает бессознательное представление о мистическом превосходстве живого вещества над неживой материей. Это понятно и простительно. Известно, что даже такой титан независимого мышления как З. Фрейд не без длительных колебаний включил Танатос в соз-

5 Объединение 32 классов кодирования молекул неживой природы в одной структуре. Конец синтеза РНК. Начало синтеза ДНК. Конец безматричного и начало матричного синтеза белка. Точка X'' =0 на рис. 1

6 Из олигонуклеотидов комбинированием "in vitro" с "in vivo".

стр. 115

даваемую им систему в качестве рудиментарного влечения. Только после этого психоанализ стал внутренне целостным, мощным инструментом познания не только человека, но и всего живого, даже "по ту сторону" центральной догмы [3].

Вся совокупность минеральных структур неживой природы кодируется 32 классами симметрии "по ту сторону" центральной догмы. Это соответствует 64 способам кодирования совокупности 20 "магических" аминокислот по обе стороны. При этом ни одна из 20 "магических" аминокислот не может быть закодирована в ДНК пятью или семью различными способами из-за отсутствия оси симметрии 5-го порядка и выше 6-го в молекулах минеральных структур неживой природы. Раз нет таких кодирований "по ту сторону" центральной догмы, то их нет и по эту сторону. По обе стороны центральной догмы для молекулярных структур живой и неживой природы возможно только равное число различных способов кодирования: от 1 до 4 или 6 (не более). В этом суть обратимости кодирования генетической информации и информации молекулярных структур неживой природы. "Излюбленность" оси симметрии 5-го порядка растительными макроструктурами, макроструктурами вирусов, простейших морских организмов - бегство (как и в психике у человека) от обратимости центральной догмы молекулярной биологии, чтобы не попасть с обратимым кодированием генетической информации на молекулярном уровне "по ту (ее ) сторону". Эти макроструктуры не ошибаются, они хорошо "знают", что определенный генетическим кодом состав их белков прекрасно кристаллизуется. Неплохая память о цикле расчленения и слияния "виртуальных" полов [1] в доэволюционном начале безматричного синтеза белка без "нонсенс-кодонов"! Отсюда и неуверенность в их наличии.

Запишем генетический код библейской модели белковой глобулы на языке, понятном по обе стороны догмы. Получим: [2L 1 9L 2 L 3 5L 4 3L 6 ] 7 . Здесь L - молекулярная группа, коэффициент при L - число молекул в группе, индекс при L - число независимых способов кодирования в генетическом коде каждой молекулы из группы. Сумма коэффициентов - общее число (20) молекул. Эта запись не распознает химический состав молекул. Распознается только изолейцин, поскольку коэффициент при L3 равен 1, а его молекула кодируется тремя различными способами. Перемножим индексы при L на коэффициенты и сложим произведения. Получим 61, т. е. те же 64 за вычетом

7 Коэффициенты при L "по ту сторону" означают число осей симметрии. Индекс при L- порядок оси симметрии. Несмотря на всю "потустороннесть" записи, она не соответствует ни одной известной кристаллической структуре, поскольку одновременное сочетание L1-L4 и L6 в минеральных структурах не встречается Возможны только L1 - L4 (классы симметрии: 1 - 20 и 28 - 32) и L1, L2, L6(классы симметрии: 21 - 27), либо в этих структурах указанные оси симметрии могут существовать порознь. Вышеуказанная запись объединяет сразу 32 класса

стр. 116

трех "нонсенс-кодонов". Такая запись объединяет в одну все известные "потусторонние" способы кодирования и означает обобщенный генетический код любой живой твари, но лишь в той степени, в какой алфавит может рассматриваться обобщенной записью составленного из него текста. Это объединение (слияние "виртуальных" полов в т. X'' =0) и высвободило вакансии на три "нонсенс-кодона" для перехода к матричному синтезу белка в биологической эволюции, синтезу РНК и ДНК. Дискретность текста генетического кода обеспечивается знаком препинания - точкой, кодируемой тремя различными способами "нонсенс-кодонами" и придающей необратимость структуре. Лишив белок в безматричном синтезе замкнутости кристаллических структур в одной бесконечно протяженной структуре с 32 классами симметрии "по ту сторону", природа возвращает ему эту замкнутость "нонсенс-кодонами" в матричном синтезе по эту сторону догмы. Изначальная роль "нонсенс-кодонов" в биологической эволюции находится в явном противоречии с их названием. В способности кодирования информации в исчерпывающем и в одинаковом объеме по обе стороны догмы и состоит особенность "магического набора" из 20 аминокислот.

Какие бы катастрофы (в том числе происхождение жизни на Земле и происхождение человека [1]) не проходила эволюция, ее поступательный характер необратим. Наиболее адекватный характер отражения этого процесса внутри интерфаз между катастрофами всегда обратим. Это же относится и к центральной догме как модели познания жизни. Без полной (а не частичной) обратимости потока информации в центральной догме формирование нервной системы, гематоэнцефалического барьера и биоминерализованных структур - материализованных воплощений фаз 1 и 6 (зубы, кости, когти, ногти) [4] - было бы невозможным.

Догма, казавшаяся незыблемой, становится вехой, мимо которой современное знание проходит, не отбрасывая ее, а забирая с собой для ограниченного использования в важных, но все-таки частных случаях. Оба потока информации в ней хотя и не равновероятны, но физически равноправны. Весь переход химической эволюции в биологическую осуществился в белке с безматричным синтезом фрагмента его молекулы в "недостающем звене"[5].

------------------

1. Андронов М. Л. Архаический смысл цикла культурного строительства // Философские исследования. 2002. N 3,4.

2. Гаряев П. П., Гарбер М. Р., Леонова Е. А. Тертышный Г. Г. К вопросу о центральной догме молекулярной биологии // Сознание и физическая реальность. 1999. 4(1).

3. Фрейд 3. По ту сторону принципа наслаждения //Я и Оно. М., 1998.

4. Голубев С. Н. Биоструктуры как фрактальные отображения квазикристаллической геометрии // Сознание и физическая реальность. 1996. 1(1).

5. Андронов М. Л. Антропогенез и археологическое "недостающее звено // Философские исследования. 2003. N 1.

стр. 117

 

Рис. 1. Интерфаза белковой глобулы (вторичная структура).

Опубликовано 09 сентября 2015 года




© Portalus.ru, возможно немассовое копирование материалов при условии обратной индексируемой гиперссылки на Порталус.
Ваше мнение?