Ферменты и белки живой клетки – это молекулярные биологические автоматы с программным управлением

2. Адресный код и код операции активного центра фермента представляет собой био-логическую команду управления. Стереохимические коды и микроматрицы, представляющие собой управляющие или коммуникативные сигналы белковых (как, впрочем, и других) макромолекул, возникли в процессе эволюции живой материи и в настоящее время являются основой молекулярных информационных процессов в каждой живой клетке (организме). Все они образованы соответствующей пространственной организацией боковых атомных группировок био-логических элементов (химических букв или символов), входящих в состав кодовых сигналов. Все стереохимические коды и биохимические матрицы белков, образуются во время конформационных преобразований “линейных” полипептидных цепей в трёхмерную структуру и форму. Такое динамическое информационное взаимодействие элементов в составе биологических молекул, которое особенно характерно для белковых молекул, является основой динамического механизма их биологических функций. Биохимическая логика информационных взаимодействий, в частности, предопределяет и протекание химических реакций, так как она основана на явлениях стереохимического узнавания соответствующими ферментами различных био-логических элементов или их функциональных и боковых атомных групп и их химических связей, то есть различных химических букв, символов и знаков биологических молекул субстрата [1]. Стереохимические коды активных центров построены на основе аминокислотного кода, поэтому ферменты могут адресно взаимодействовать с молекулой субстрата и быстро находить нужную им химическую связь и связывающую группу. Кодовые компоненты активных центров ферментов могут комплементарно взаимодействовать с доступными для них функциональными или боковыми атомными группами и атомами молекулы субстрата. Поэтому все субстраты для своих ферментов являются сигнальными молекулами, несущими осведомляющую стереохимическую информацию. На этих принципах основана биохимическая логика информационных взаимодействий между ферментами и их субстратами. Субстраты – это тот химический и информационный материал, который обрабатывается управляющей системой клетки. При этом каждый фермент имеет необходимый и достаточный набор информационных, энергетических, программных и управляющих молекулярных средств, для того, чтобы работать в автоматическом режиме. Процедура управления химической реакции (превращение субстрата), с химической и информационной точек зрения, протекает как полифункциональный катализ, который детерминируется управляющим сигналом, – кодовой комбинацией различных аминокислотных остатков активного центра фермента. Основой стереохимического управляющего сигнала, как правило, служит пространственная кодовая комбинация различных функционально неоднородных амнокислотных остатков активного центра фермента. Причем, аминокислоты, образующие кодовые структуры сигнала, по длине полипептидной цепи обычно находятся далеко друг от друга и оказываются сближенными только при формировании свойственной данному ферменту трёхмерной конформации. Стереохимические коды активного центра обычно состоят из двух зон, имеющих определённое информационное и функциональное назначение. Та пространственная комбинация атомных группировок активного центра фермента, которая осуществляет поиск, узнавание и ориентацию молекулы субстрата, контактирует с непревращаемыми фрагментами субстрата и укрепляет его в активном центре, то есть производит поиск, приём и рецепцию его информации, – представляет собой функциональный стереохимический адресный код фермента. У разных ферментов этот код имеет различное, но строго своё определённое смысловое значение. Та пространственная комбинация атомных группировок активного центра фермента, которая принимает непосредственное участие в синтезе или расщеплении связи субстрата и входит в каталитическую зону, – является кодом каталитической операции, определяющим, в каждом конкретном случае, характер химической реакции [1]. Таким образом, у ферментов формат команды управления может состоять из двух полей: адресного кода, с помощью которого осуществляется динамический поиск и рецепция молекулы субстрата и кода каталитической операции, который определяет характер химической реакции. Во время информационного фермент-субстратного взаимодействия должны быть найдены и комплементарно соответствовать друг другу адресные и каталитические кодовые компоненты фермента и молекулы субстрата. Поэтому биохимическая логика информационных взаимодействий основана на матричных взаимодействиях кодовых компонентов различных биомолекул. По принципу взаимодополняемости локальные или поверхностные микроматрицы молекулярных партнёров должны комплементарно соответствовать друг другу. Значит, только по совпадению кодов в живой системе может осуществляться контроль передачи и приёма молекулярной биологической информации. После информационного этапа следует этап управляющих воздействий, когда вступают в действие электронно-конформационные механизмы фермент-субстратного комплекса и идёт управляемый акт химической реакции. Комплементарный стереохимический контакт управляющих и сигнальных фермент-субстратных кодовых компонентов является достаточной формой воздействия на исполнительные органы фермента. Этот контакт выполняет роль “электронного ключа”, который запускает электронно-конформационные механизмы аппарата химического катализа фермента. Таким способом осуществляется передача управляющей информации исполнительным органам макромолекул. По всей вероятности, это и есть те, пока недостающие и разыскиваемые фрагменты информационного управления, указывающие на единство процессов управления и информации в каждой живой клетке. Важно также подчеркнуть, что адресный код и код операции являются пространственными комбинационными кодами, поэтому в результате стереохимического кодирования у разных классов ферментов они принимают только своё смысловое значение. Этим, видимо, и объясняется высокая специфичность действия различных ферментов. Однако следует отметить, что более распространённым форматом команды управления являются не одноадресные, а двухадресные команды, когда активный центр фермента содержит код операции и адреса двух разных молекул субстрата, подлежащих преобразованию. К этому типу относится большинство известных управляемых химиче-ских реакций и, прежде всего, реакции переноса атомных химических групп. Имеются также трёхадресные и иные форматы команд управления, когда активный центр фермента содержит дополнительные адресные кодовые группы, например, для связывания с коферментом, с АТФ и т. д. На принципах различных вариантов адресации формируются и другие информационные сигналы, которые, как правило, размещены в углублениях или на поверхностных участках белковой молекулы. Эти сигналы обычно размещены в виде отдельных локальных или поверхностных кодовых биохимических матриц, которые служат для информационной коммуникации белка с другими биологическими молекулами клетки.

Перейти на страницу: 1 2 3 4

Дополнительные материалы

Оптические и магнитооптические диски
Первые оптические лазерные диски появились в 1972 году и продемонстрировали большие возможности по хранению информации. Обьемы хранимой на них информации позваляли использовать их для хранения огромных массивов данных ...

Биологические ритмы здоровья
Все живые существа на Земле - от растений до высших млекопитающих - подчиняются суточным ритмам. У человека в зависимости от времени суток циклически меняются физиологическое состояние, интеллектуальные возможности и даже настроение. Учены ...

В. И. Вернадский — ученый и организатор науки
Если бросить взгляд на историю человеческой мысли, мы увидим, как мучительно трудно давался людям отход от традиционного образа мышления. Стремление придерживаться испытанных временем и предписанных авторитетами взглядов, привычка следоват ...

Разделы

Электромагнитный импульс как оружие

История вопроса и современное состояние знаний в области эми.

Лабораторные стенды в учебном процессе

Обзор и сравнительный анализ существующих стендов.

Аспекты технического знания

Технический объект и предмет технических наук.

Сварка металлов плавлением

Классификация электрической дуговой сварки.

Распределение примесей в кремнии

Описание процесса зонной плавки и ее математическая модель.



Наука сегодня и вчера - www.anytechnic.ru