Детерминированность в МИНИмире

[Любитель v 3.0]

Но в общем токе крови эти химвещества без адреса получателя и отправителя. Если их принимают все, то сколько же надо впрыснуть, чтобы по дороге до адресата не растащили непричастные? И то же с доставкой адресату. Кроме того: необходимых в разных местах в разное время белков великое множество. Как же все эти запросы уживаются в крови? Они же все химически активные, перевзаимодействуют по пути. Думаю этот вариант не то.

Не в общем токе крови, а в конкретной клетке. Синтез белка в клетке регулируется на разных уровнях: что то синтезируется при недостатке этого в клетке (механизм обратной связи запускают рецепторы внутри клетки), что-то синтезируется под действием цитокинов, что-то синтезируется постоянно, что-то синтезируется по сигналам ЦНС. Что-то синтезируется по совокупности сигналов.

В целом в биологии общие принципы регуляции предстваляются достаточно четко, но катологизация конкретныех биохимическиех цепочек регулирующих синтез каждого конкретного пептида - это дело очень отдаленного будущего.


ЗЫ "непричастные" ничего не растащат, потому то строение каждой клетки индивидуально и дифференцировка клетки зависит от функционального предназначения клетки. У "непричастных" нет нужных рецепторов. Дифференцировка регулируется также многоуровнего.


Пример - эритроцит. В костном мозге предок эритроцита получает указание от (окружающих клеток) - "ты будешь эритроцитом". Физически сигнал выглядит как куча разных молекул, которые связываются с рецепторами на поверхности клетки, рецепторы запускают химические каскады финалом которых является активация "программы превращения в эритроцит" в ДНК. Физически эта программа выглыдит как куча генов различных белков, специфичных для эритроцитов. Если бы не первоначальная команда, они бы не образовывались. В итоге перед нами эритроцит.
Все ОЧЕНЬ детерминированно.

Пример естессно грубый и неточный, я осознаю, просьба не пинать. 


ЗЫЫ если я понял правильно, Татя смущает почему все клетки не реагируют на управляющие сигналы однотипно. Первую причину я назвал. Вторая причина - управляющие сигналы редко сливаются тупо в кровоток. Обычно сигнал индивидуально доставляется клетке от нейронов или соседей. Если сигнал идет через кровоток (гормоны) то результат его более массовый.

[Тать]

sergey_g

Как биологи  в общих чертах  представляют синтез ДНК и прочей "бижутерии" -
http://bio.fizteh.ru/student/files/biology/biolections/lection05.html

Ссылка замечательная, читается, как описание работы роботизированной линии сборки чего то в макромире. Причем в весьма высоком темпе "Элонгационный комплекс довольно стабилен, т.к. он должен выполнить большую работу. То есть, сам по себе он с ДНК не «свалится». Он способен перемещаться по ДНК со скоростью до 50 нуклеотидов в секунду. Этот процесс называется перемещение "
И программа у этого робота весьма объемная
"Размер матричных РНК, которые синтезируют РНК-полимеразы у бактерий, могут достигать 1000 нуклеотидов и больше. В эукариотических клетках размер синтезируемых РНК может достигать 100000 и даже нескольких миллионов нуклеотидов."
И эти циклы повторяются раз за разом.

[Тать]

Любитель v 3.0

Стройматериал на своем месте, потму что его туда доставили тРНК. А они сделали это, потому что таковы их строение и функция.

Доставили - это понятно, но откуда взяли? Или там большой склад, где всего в изобилии? Каждая из 20 аминокислот должна попасть именно в нужное место в определенной последовательности.

Пример - эритроцит. В костном мозге предок эритроцита получает указание от (окружающих клеток) - "ты будешь эритроцитом". Физически сигнал выглядит как куча разных молекул, которые связываются с рецепторами на поверхности клетки, рецепторы запускают химические каскады финалом которых является активация "программы превращения в эритроцит" в ДНК.

насколько я знаю, читал, есть такие стволовые клетки, способные превращаться в любые специфические.

Обычно сигнал индивидуально доставляется клетке от нейронов или соседей.

О! От нейронов. К каждой клетке. Так ли? Ведь клеток очень много, постоянная ротация - гибнут, делятся. Как тот источник сигналов может знать все про все клетки?

markal

Аналогично, не будут работать РНК человека, встретив хромосому козы, у которой  "цилиндрики" и "прямоугольники" имеют совсем иную форму.

аминокислоты у всех одинаковы. Нуклеотидов всего 4, из них составлены все аминокислоты.

[Любитель v 3.0]

"насколько я знаю, читал, есть такие стволовые клетки, способные превращаться в любые специфические."
Есть, но превращаются не сами по себе, а подчиняясь внешним сигналам. Детерминированность. 

"Доставили - это понятно, но откуда взяли? Или там большой склад, где всего в изобилии? Каждая из 20 аминокислот должна попасть именно в нужное место в определенной последовательности."
Каждая из аминокислот берется из еды.  Внутри клетки аминокислот плавает полно, можно брать любую и вести за руку к рибосоме. Склад тоже есть. А вот то что она должна попасть в нужное место в определенной последовательности не верно. В район сборки тРНК доставляют аминокислоты в свободной последовательности, но присоединиться к рибосоме из всей кучи могут только те, чей код в данный момент читает рибосома. У тРНК тоже есть код, который подходит к коду днк в рибосоме как ключ к замку.

"О! От нейронов. К каждой клетке. Так ли? Ведь клеток очень много, постоянная ротация - гибнут, делятся. Как тот источник сигналов может знать все про все клетки?"Все верно, но я написал, еще и про соседей. Соседи есть у всех, верно? Причем важно помнить что эффекторный нейрон может контролировать не одну, а много конечных клеток. 

[Любитель v 3.0]

Кстати, комплекс "ДНК-рибосома-тРНК-аминоацилТРНКсинтетаза-аминокислота" работает только целиком и его нельзя упростить. Поэтому теория эволюции не позволяет объяснить его возникновение. И поэтому же теории возникновения жизни на сегодня нет.

[bob]

Статью ув. Тать привёл забавную. И даже эпохальную. Но на его вопросы нет ответа. И нет даже планов ответов на его вопросы. И даже планов их постановки. Единственное, что я могу ему посоветовать - получить международную докторскую степень по генетике и физиологии - и шпарить дальше. Откуда в клетке берутся компоненты для белка, чтобы сделать всё, что зашито в ДНК и РНК? Да, если бы это хоть кто-нибудь знал...

[Любитель v 3.0]

Откуда в клетке берутся компоненты для белка, чтобы сделать всё, что зашито в ДНК и РНК? Да, если бы это хоть кто-нибудь знал...

Съеденный пирожок распадается в желудке на короткие пептиды, аминокислоты, нуклеотиды, жиры, углеводы и прочие составляющие разной степени деградации. Это попадает в энтероциты пассивно и активно, а потом в кровоток. Из кровотока во все клетки (активно или пассивно). Если клетке что-то из этого набора нужнее, то скорре всего у нее будут механизмы избирательно заполучать это из кровотока (специальные транспортные системы). В клетке все это плавает, пока не превратится под действием внутриклеточных ферментов во что-то иное.

Если говорить строго о аминокислотах, то выбор небольшой:
Некоторые аминокислоты связываются с тРНК и попадают на рибосому, встраиваются в новые белки.
Некоторые аминокислоты превращаются в глюкозу и идут на топливо.
Некоторые аминокислоты получаются обратным процессом из глюкозы и идут на какую-нибудь из первых двух целей

Все описанные процессы известны досконально. Их вдумчиво изучают студенты профильных вузов на курсе биохимии.

[Тать]

Сначала bob отвечу с его упадническим настроем

Да, если бы это хоть кто-нибудь знал...

а мы зачем? ща раскопаем. Космос он вон где, тыщи страниц исписано, а обсуждаемого здесь каждый может из себя наковырять

Любитель v 3.0 (сильно смахивающий на профессионала )

В район сборки тРНК доставляют аминокислоты в свободной  последовательности, но присоединиться к рибосоме из всей кучи могут только те, чей код в данный момент читает рибосома. У тРНК тоже есть код, который подходит к коду днк в рибосоме как ключ к замку.

ясно, что без этого никак, но что происходит, если очередь подать продукт А а место сборки окружено плотной стеной тРНК с другими, на сей момент ненужными? Диспетчер ксивы проверяет? И все это в страшной тесноте:

http://bio.fizteh.ru/student/files/biology/biolections/lection04.html

"У человека в гаплоидном геноме, то есть единичном наборе хромосом, 3 млрд. пар нуклеотидов, и их длина составляет 1,7 м, а клетка гораздо меньше, как вы догадываетесь. Для того, чтобы ДНК смогла в ней поместиться, она достаточно плотно свернута, и в эукариотической клетке свернуться ей помогают белки – гистоны. Гистоны имеют положительный заряд, а так как ДНК заряжена отрицательно, то гистоны обладают сродством к ДНК. Упакованная при помощи гистонов ДНК имеет вид бусин, называемых нуклеосомами. 200 пар нуклеотидов идет на одну нуклеосому, 146 пар накручиваются на гистоны, а остальные 54 висят в виде линкерных (связывающих нуклеосомы) ДНК. Это первый уровень компактизации ДНК. В хромосомах ДНК свернута еще несколько раз для того, чтобы образовались компактные структуры. "

И в этой мешанине все это присходит. За такой производственный конвейер инженеру - проектировщику бы ноги повыдергали.

[Любитель v 3.0]

Ну если бы теснота была проблемой, то эволюция как-нибудь решила бы это. Ведь верно?

ДНК отходит от гистонов в том месте, где с нее читает рибосома. Там нет тесноты. Можно копнуть глубже, более чем на 90% клетка состоит из воды. Почему молекулы воды не мешают?    Ситуация что все место вокруг рибосомы займут не те молекулы наверное возможна. Но за счет броуновского движения она сразу саморазрулится. другое дело если в клетке по какой нибудь причине не будет нужных незаменимых аминокислот (голод). Тогда синтез белка просто прекратится до лучших времен.

[Тать]

Любитель v 3.0

Ну если бы теснота была проблемой, то эволюция как-нибудь решила бы это. Ведь верно?

Так вроде уже: теснота есть и все работает.

другое дело если в клетке по какой нибудь причине не будет нужных незаменимых аминокислот (голод). Тогда синтез белка прекратится до лучших времен.

Китайцы из небогатых едят только рис и воду и все у них синтезируется.

[Любитель v 3.0]

Любитель v 3.0

Ну если бы теснота была проблемой, то эволюция как-нибудь решила бы это. Ведь верно?

Так вроде уже: теснота есть и все работает.

Угу. Все это так. А в чем вопрос?

ДНК отходит от гистонов в том месте, где с нее читает рибосома

А если ДНК не отошла, значит считывать с нее не получится (и не надо). Так регулируется синтез нужных белков (один из механизмов)

Китайцы из небогатых едят только рис и воду и все у них синтезируется.

Угу. едят. поэтому и синтезируется. Попробовали бы они не есть.

[Тать]

Любитель v 3.0

Угу. Все это так. А в чем вопрос?

В том и вопрос, что почему то работает. Сам процесс весьма непростой и тРНК надо чрез все эти дебри проникать в нужное место, затем плыть за новой порцией(что ее движет кстати? хвостиком гребет?)

Угу. едят. поэтому и синтезируется. Попробовали бы они не есть.

и все необходимое в том рисе есть?

[Любитель v 3.0]

Любитель v 3.0

Угу. Все это так. А в чем вопрос?

В том и вопрос, что почему то работает. Сам процесс весьма непростой и тРНК надо чрез все эти дебри проникать в нужное место, затем плыть за новой порцией(что ее движет кстати? хвостиком гребет?)

Угу. едят. поэтому и синтезируется. Попробовали бы они не есть.

и все необходимое в том рисе есть?

Ей ничто не движет. Вы просто представляете клетку как набор "головастиков" каждый из которых что-то делает и куда-то плывет. Но клетка - это суп из ферментов. Ферменты ничем не гребут. Просто каждый готов сделать из субстрата А продукт Б, если субстрат волей броуновского движения окажется рядом. А если не окажется, то фермент будет ждать дальще, пока сам не подвернется в качестве субстрата другому ферменту и не распадется (например). тРНК соединит с аминокислотой фермент, если они оба окажутся рядом с ним. Потом этот комплекс волей случая попадет на рибосому (а их тысячи работает параллельно и тРНК тоже тысячи плавает с разными аминокислотами). Если рибосоме нужна именно эта кислота, он ее оставит, если нет поплывет дальше.

Кинем в коробку магнит, гвоздь, кучу карандашей и хорошенько потрясем. Магнит обязательно найдет свой гвоздь.

Я не знаю, есть ли в рисе все, НО если в продукте есть 10 из 20 аминокислот, нукелиновые кислоты, фосфорная кислота, глюкоза, витамины, глицерин, некоторые жирные кислоты, микроэлементы то можно питаться только им. А если нет, то нет.

[bob]

В том и дело. Тоже, если бы "отсутствие белков было проблемой. эволюция бы как-то это" решила" на самом деле".

[Тать]

bob , в данном случае можно питаться только изоблием кавычек в Вашем предложении

Любитель v 3.0 

Ей ничто не движет. Вы просто представляете клетку как набор "головастиков" каждый из которых что-то делает и куда-то плывет. Но клетка - это суп из ферментов. Ферменты ничем не гребут. Просто каждый готов сделать из субстрата А продукт Б, если субстрат волей броуновского движения окажется рядом. А если не окажется, то фермент будет ждать дальще, пока сам не подвернется в качестве субстрата другому ферменту

не головастики, но целеустремленные.
"Скорость работы РНК-полимеразы – до 50 нуклеотидов в секунду. " простым сотрясением "гвоздей и магнитов", в данном случае броуновским движением достигается такой темп?

[Любитель v 3.0]

интересная статья об эксперименте с рибосомой

Обратите внимане, что работа рибосомы неравномерна, были паузы (как раз аминокислот не хватало ИМХО)

А вообще рибосома движется за счет энергии ГТФ, прикрепленной к вновь прибывшей аминокислоте. За счет энергии этой ГТФ аминокислота соединяется с белком, а рибосома одновременно делает один шаг.

крайне подробно все описано здесь

[Тать]

Почитаю, спасибо. Во всей этой химической фабрике удивительно то, что все многообразие молекул, имеющих разные свойства и назначение собраны из минимального набора атомов, C, H, O, N, F, Mg и кой чего еще. И производят что угодно.

Вот продолжение по Вашей второй ссылке
http://nature.web.ru/db/msg.html?mid=1182464
гипотеза, конечно, но изложено связно и убедительно. Допустим все так и было и в какие то далекие времена все так и началось и развилось в сегодняшнее положение дел.
 Вопрос: этот же процесс "самого начала" должен был бы повторяться вновь и вновь все последующие тысячелетия и в разных разнесенных в пространстве местах планеты должны были развиться другие ветви. Так ли уж детерминировано именно имеющееся строение ДНК и РНК? Но исследования показывают, что по большей части ДНК на великий % совпадают у совершенно различных организмов.

И вот что пишет автор: "Хотя по большому счету не так уж и важно, каким образом в нужном месте и в нужное время оказалось "сырье", столь необходимое для ранних стадий биогенеза и какова степень вероятности таких событий. Это может представлять разве что академический интерес." Вот это то насамде самое интересное и важное: если вероятность исчезающе мала, то обратим взоры ведомо куда....

[george telezhko]

Кстати, комплекс "ДНК-рибосома-тРНК-аминоацилТРНКсинтетаза-аминокислота" работает только целиком и его нельзя упростить. Поэтому теория эволюции не позволяет объяснить его возникновение. И поэтому же теории возникновения жизни на сегодня нет.

Так же и ячейка Бенара не может образоваться эволюционно. Она может возникнуть только скачком при некотором соотношении между толщиной слоя жидкости, потоком энергии сквозь слой жидкости и вязкостью жидкости. А при возникновении вовлекает в организованное движение чёртову тучу молекул, до того броуновски расшибающих друг другу носы.

Глядя на такую ячейку можно доолго думать, что заставляет молекулу А идти в фарватере молекулы Б и т.д., по кругу.

[Тать]

В Википедии все фигуранты собраны в одной статье. И вот какая интересная специализация:
1.В клетке ДНК находится в компактном т. н. суперскрученном состоянии, иначе она не смогла бы в ней уместится. Для протекания жизненноважных процессов ДНК должна быть раскручена, что производится двумя группами белков — топоизомеразами и хеликазами.

Топоизомеразы — ферменты, которые имеют и нуклеазную и лигазную активности. Эти белки изменяют степень суперскрученности в ДНК. Некоторые из этих ферментов разрезают спираль ДНК и позволяют вращаться одной из цепей, тем самым уменьшая уровень суперскрученности, после чего фермент заделывает разрыв[32]. Другие ферменты могут разрезать одну из цепей и проводить вторую цепь через разрыв, а потом лигировать разрыв в первой цепи. Слишком запутано - не есть хорошо, нам это понятно. Но откуда эти ферменты об этом знают? и знают, какие действия нужно произвести (тут отрезать, там просунуть)? Для этого надо бы посмотреть со стороны, как мы делаем, распутывая узлы.

2.Хеликазы — белки, которые являются одним из молекулярных моторов. Они используют химическую энергию нуклеотидтрифосфатов, чаще всего АТФ, для разрыва водородных связей между основаниями, раскручивая двойную спираль на отдельные цепочки[63]. Эти ферменты важны для большинства процессов, где белкам необходим доступ к основаниям ДНК.
Что без раскручивания к ней не подобраться - понятно, нам, но откуда эти ферменты знают об этом?

3. В различных процессах, происходящих в клетке, например, рекомбинации и репарации участвуют ферменты, способные разрезать и восстанавливать целостность нитей ДНК. Ферменты, разрезающие ДНК, носят название нуклеаз. Нуклеазы, которые гидролизуют нуклеотиды на концах молекулы ДНК называются экзонуклеазами, а эндонуклеазы разрезают ДНК внутри цепи. Наиболее часто используемые в молекулярной биологии и генетической инженерии нуклеазы — это рестриктазы, которые разрезают ДНК около специфических последовательностей. Например, фермент EcoRV (рестрикционный фермент № 5 из E. coli) узнаёт шестинуклеотидную последовательность 5'-GAT|ATC-3' и разрезает ДНК в месте, указанном вертикальной линией. В природе эти ферменты защищают бактерии от заражения бактериофагами, разрезая ДНК фага, когда она вводится в бактериальную клетку.

Еще разрезатель. естриктазы, которые разрезают ДНК около специфических последовательностей. Например, фермент EcoRV сидит в бактерии и ждет врага. И чик напополам.

4. В процессе репликации ДНК, ДНК-зависимая ДНК-полимераза синтезирует копию исходной последовательности ДНК. Точность очень важна в этом процессе, так как ошибки в полимеризации приведут к мутациям, поэтому многие полимеразы обладают способностью к «редактированию» — исправлению ошибок. Полимераза узнаёт ошибки в синтезе по отсутствию спаривания между неправильными нуклеотидами. После определения отсутствия спаривания активируется 3'--> 5' экзонуклеазная активность полимеразы и неправильное основание удаляется
Отдел технического контроля в действии.

5. В начале транскрипции гена РНК-полимераза присоединяется к последовательности в начале гена, называемой промотором, и расплетает спираль ДНК. Потом она копирует последовательность гена на матричную РНК до тех пор, пока не дойдёт до участка ДНК в конце гена — терминатора,

Ген — единица передачи наследственной информации и участок ДНК, который влияет на определённую характеристику организма. Ген содержит открытую рамку считывания, которая транскрибируется, а также регуляторные последовательности, например, промотор и энхансер, которые контролируют экспрессию открытых рамок считывания.
Ген - участок ДНК, их много и разных. А эта полимераза знает и где начало и где конец; что расплести и что скопировать. А затем отцепляется (куда делись связи, до тех пор державшие на ДНК?)

6. Соотношение между нуклеотидной последовательностью мРНК и аминокислотной последовательностью определяется правилами трансляции, которые называются генетическим кодом. Генетический код состоит из трёхбуквенных «слов», называемых кодонами, состоящих из трёх нуклеотидов (то есть АСТ САG ТТТ и т. п.). Во время транскрипции нуклеотиды гена копируются на синтезируeмую РНК РНК-полимеразой. Эта копия в случае мРНК декодируется рибосомой, которая «читает» последовательность мРНК, осуществляя спаривание матричной РНК с транспортными РНК, которые присоединены к аминокислотам. Поскольку в трёхбуквенных комбинациях используются 4 основания, всего возможны 64 кодона (4³ комбинации). Кодоны кодируют 20 стандартных аминокислот, каждой из которых соответствует в большинстве случаев более одного кодона. Один из трёх кодонов, которые располагаются в конце мРНК, не означает аминокислоту и определяет конец белка, это «стоп» или «нонсенс» кодоны — ТАА, ТGА, ТАG.

Ну как природа придумала, что надо поставить знак стоп, и как его значение стало известно РНК?

И вот еще интересное свойство ДНК:
"К сожалению, древние генетические системы не дошли до наших дней. ДНК в окружающей среде в среднем сохраняется в течение 1 миллиона лет, а потом деградирует до коротких фрагментов."
Ну всего лишь 1 млн лет! Потрясающе!

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B5%D0%B7%D0%BE%D0%BA%D1%81%D0%B8%D1%80%D0%B8%D0%B1%D0%BE%D0%BD%D1%83%D0%BA%D0%BB%D0%B5%D0%B8%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%B0

[Любитель v 3.0]

Ну как природа придумала, что надо поставить знак стоп, и как его значение стало известно РНК?

А вот это одна из главных загадок природы.  Как вообще возник этот код? Что ему предшествовало? Не могл же он возникнуть сразу (с нуля)?

Еще разрезатель. естриктазы, которые разрезают ДНК около специфических последовательностей. Например, фермент EcoRV сидит в бактерии и ждет врага. И чик напополам.

Верно сидит и ждет свой субстрат. А что ему еще делать?
Так же и репараза (и еще ряд ферментов исправляющих ошибки), как только в ее активный центр попадает несоответствие двух комплементарных нуклеотидов ("ошибка") она тутже заменяет неправильный нуклеотид. Она создана именно для этого, чему тут удивляться? Ошибку узнать очень просто: А-Т Г-Ц(У) - это правильно, все остальное - нет

Ген - участок ДНК, их много и разных. А эта полимераза знает и где начало и где конец; что расплести и что скопировать. А затем отцепляется (куда делись связи, до тех пор державшие на ДНК?)

Примерно так, плавет полимераза в растворе, и заносит ее случайно на субстрат, а субстрат ее (так уж она устроена) - начало гена, промотор. Он стал доступен, потому что именно в этом месте днк раскручена, а раскручена она именно тут, потому что пришел такой сигнал специальным ферментам.

А еще промотор был изначально заблокирован, но опять таки пришел сигнал и заставил блокирующую молекулу уйти. Почему она раньше не уходила? Потому что ее форма соответствовала сильной водородной связи с промотором, но пришел сигнал в виде фермента, который изменил форму (конформацию) блокирующей молекулы, связь ослабла и молекула отвалилась.

Вообще, фементы становятся активны после того как каким-то способом (их много) изменят свою конфигурацию. Меняют они ее под действием других ферментов, которые также стали активны под действием третьих итд. Цепочка начинается входящим сигналом, заканчивается освобождением промотора нужного гена.

Попав на промотор, полимераза тоже изменяет конформацию и становится активной - ползет по днк катализируя синтез еще одной нити из нуклеотидов, которые тоже плавают вокруг. Добравшись до конца гена, она попадает на терминатор, и вследствие этого снова меняет конформацию, становится неактивной и отваливается. Плывет дальше пока не попадет на новый промотор.

Все ферменты регулируются разными механизмами. Чаще всего в активное состояние они переводятся  фосорилированием, но не только. Как ферменты узнают что им делать - вопрос сложный, но ничего сверхъестественного там нет


Резюме. Все зависит от формы фермента. При форме №1 он неактивен, при форме №2 делает одно, при форме №3 другое. Форма меняется различными факторами (другие ферменты; контакт с особенными молекулами, например с промотором)

ЗЫ По поводу происхождения жизни есть тема