mns2012 (mns2012) wrote in biosemiotics,
mns2012
mns2012
biosemiotics

Category:

Биосемиотика: основные понятия

Ниже приводятся основные понятия, использующиеся при освещении сути семиотических процессов в системе размножения живых организмов. Полужирным выделены термины, значение которых указано на этой странице.

Адаптерная гипотеза была предложена американским биофизиком Френсисом Криком в 1955 году для объяснения механизма, который обеспечивает однозначное соответствие между генетической информацией, записанной в нуклеотидной последовательности ДНК (передаваемой в виде матричной РНК, или мРНК, в рибосому), и аминокислотами, встраивающимися в синтезируемую молекулу белка. Ф. Крик предположил о существовании особых адаптерных молекул, способных связываться как с аминокислотами, так и с мРНК. Впоследствии было установлено, что такими адаптерами являются транспортные РНК (тРНК), доставляющие нужные аминокислоты к синтезируемой аминокислотной цепи, или первичной структуре белка. Ключевую роль на этом этапе играет фермент аминоацил-тРНК-синтетаза, осуществляющий специфическое связывание молекулы тРНК определённого типа со своей аминокислотой. Вместе с тем молекула тРНК каждого типа содержит антикодон, обеспечивающий связывание комплекса аминокислота-аминоацил-тРНК-синтетаза с комплиментарным кодоном в мРНК. Встраивание аминокислоты в соответствии с кодонами мРНК обеспечивает линейное соответствие (колинеарность) между аминокислотной последовательностью белка и нуклеотидной последовательностью мРНК.

Аминокислотная цепь — первичная структура белка, получающаяся в результате трансляции матричной РНК. По завершении процесса формирования а.ц. она укладывается в трехмерную структуру белковой молекулы. Последовательность аминокислот в цепи отвечает последовательности кодонов (триплетов нуклеотидов) в мРНК. Указанное соответствие задаётся генетическим кодом.

АРСаза (Аминоацил-тРНК-синтетаза) фермент-синтетаза, катализирующий образование аминоацил-тРНК в реакции этерификации определённой аминокислоты с соответствующей ей молекулой транспортной РНК (тРНК). Для каждой аминокислоты существует своя активирующая ее аминоацил-тРНК-синтетаза.

Биосемиозиссемиозис в живых организмах.

Генетический код — свойственный всем живым организмам способ кодирования последовательности аминокислотных остатков в составе белков при помощи последовательности нуклеотидов в составе макромолекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК).

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. ДНК содержит информацию о структуре различных видов РНК и белков.

Денотат (референт) — обозначаемое знаком, некоторый объект или физический эффект, вызываемый знаком и реализуемый в семиотической системе. Физические свойства денотата определяются протоколом (набором правил) интерпретации/обработки/трансляции знака в рамках определенного концепта, обеспечивающего функциональный/смысловой/информационный контекст процесса трансляции знака.

Знак — функция определенного материального объекта или группы объектов, входящих в качестве компонентов в состав особым образом организованных так называемых семиотических систем (систем с реляционной архитектурой). Функция знака заключается в том, что он обозначает/символизирует некоторый физический эффект, именуемый денотатом в рамках определенного концепта. Между знаком и денотатом не существует непосредственной физической или химической зависимости. Знак не задает, какой именно физический эффект им обозначается. Знак лишь вызывает/инициирует физический процесс своей трансляции, от которого он сам не зависит. То, каким именно будет физический эффект, обозначаемый знаком, задается протоколом, то есть набором правил трансляции знаков, реализуемым данной семиотической системой. Знаками в системе трансляции генетической информации, записанной на молекулах матричной РНК, являются кодоны мРНК; денотатами — аминокислоты, протоколом генетический код, концептом — функциональный протеом, т.е. множество функциональных белков организма.

Знаковая система — набор знаков (символов) с установленными нефизическими, абстрактными отношениями между ними, отображающими отношения между так называемыми денотатами, то есть между тем, что эти символы обозначают. Примерами знаковых систем являются: математика, русский язык, язык программирования Паскаль, правила дорожного движения, генетический код.

Интерпретатор знака — компонент семиотической системы, обрабатывающий знак в соответствии с определенными правилами, или протоколом. Интерпретация инструкций, записанных в форме последовательности нуклеотидов матричной РНК, осуществляется на рибосомах. С этой целью рибосома считывает нуклеотиды матричной РНК группами по три, или триплетами (кодонами). Одновременно с этим в другом месте клеточного ядра соответствующий очередной тройке пептид загружается в транспортную РНК и транспортируется к рибосоме. В момент загрузки физического контакта между рибосомой и транспортной РНК нет. Соответствие между очередным интерпретируемым рибосомой триплетом нуклеотидов мРНК и пептидом осуществляется согласно генетическому коду. Соответствие реализовано таким образом, что к синтезируемой полипептидной цепи в данный момент трансляции может присоединиться только тот пептид, который соответствует данному триплету нуклеотидов. Молекула транспортной РНК является адаптером в процессе трансляции генетического кода (см. адаптерную гипотезу).

Кодо́н — тройка последовательных нуклеотидов. В процессе белкового синтеза нуклеотиды мессенждер-РНК считываются и интерпретируются кодонами в соответствии с правилами трансляции, называемыми генетическим кодом. Интерпретация кодона мРНК заключается во встраивании в полипептид соответствующего ему по генетическому коду пептида (аминокислотного остатка).

Концепт — функциональный контекст обработки знаков в семиотических системах. Концептом системы трансляции генетического кода в живых организмах является протеом, или множество функциональных белков организма.

Мессенджер-РНК (информационная, или матричная РНК, мРНК) — биологический полимер, являющийся результатом транскрипции молекулы ДНК. Несет в себе инструкции по синтезу белковых молекул. Обработка генетической информации в биологических системах осуществляется в большинстве случаев двухстадийно в следующем порядке: ДНК → РНК → белок. Первый этап называется транскрипцией, второй трансляцией.

Нуклеотид — сложная химическая группа, встречающаяся в естественном состоянии. Содержит азотистое основание, соединенное с сахаром, и фосфорную кислоту. Нуклеотиды являются строительным материалом для НУКЛЕИНОВЫХ кислот (ДНК и РНК). В ДНК используются следующие нуклеотиды: аденин (обозначение: А), гуанин (G), цитозин (C), тимин (Т). Соответствующий тимину урацил (U) используется в РНК.



Nucleotides.RU.1.svg
Строение нуклеотидов (википедия).


Протеиногенные (стандартные, канонические) аминокислоты — α-аминокислоты, кодируемые генетическим кодом и включаемые в полипептидную цепь в процессе биосинтеза белка. Помимо протеиногенных существуют также нестандартные аминокислоты, получающиеся из протеиногенных путем посттрансляционных модификаций.

600px-Аминокислоты
Канонические протеиногенные аминокислоты

Проток
о́л — набор правил обработки/трансляции/интерпретации знаков в семиотических системах. Протоколом в системе размножения живых организмов является генетический код. Физическая реализация данного протокола в биосистемах обеспечивается особыми ферментами, называемыми АРСазами.

Реляционная архитектура включает три компонента, выполняющих следующие роли: (1) знак (код), являющийся триггером (инициатором) физического эффекта (денотата), (2) протокол трансляции, задающий соответствие между знаком и денотатом, то есть тем физическим эффектом, который должны являться результатом трансляции знака, и, наконец, (3) сам физический эффект (денотат). Эта архитектура не разложима на составляющие без потери способности транслировать информацию, подаваемую на вход системы системы трансляции в форме последовательностей/строк кодовых символов. Данная архитектура составляет семиотическое (смысловое) ядро и является общей для всех известных науке систем обработки информации, как созданных человеком (языки, математика), так и биологических. Искусственными и биологическими системами примеры систем с семиотическим ядром исчерпываются: в неживой природе подобные системы не возникают. Сложность реляционной системы возрастает на порядок с включением требования способности самовоспроизводиться: информация, которая считывается и интерпретируется реляционной системой, должна в этом случае включать инструкции по воспроизведению самой этой системы.

Рибосо́ма — важнейший немембранный макромолекулярный комплекс живой клетки, служащий для биосинтеза белка из аминокислот по заданной матрице на основе генетической информации, предоставляемой матричной РНК (мРНК). Подробности.

Семио́зис —  процесс интерпретации знака в семиотических системах. Соответственно, биосемиозис — это семиозис в живых организмах.

Семантическое замыкание — физическое состояние некоторой системы, характеризующее ее смысловую независимость от окружения в контексте обеспечения условий, необходимых для её самовоспроизведения. Семантическое замыкание является необходимым условием начала функционирования системы и обеспечения её персистентности (устойчивой во времени целостности). С.з. предполагает, что для успешной работы система должна иметь спецификацию/описание самой себя, а также обеспечивать корректность интепретации этого описания. С этой целью с.з. требует одновременной координации (существования соответствующего логического отношения) между:
(а) физическим состоянием описания компонентов процесса функционирования системы,
(б) физическим состоянием описания интерпретационных ограничений и
(в) проявлениями в системе закономерностей физических взаимодействий.
Таким образом, продукты обработки указанных описаний должны обладать физическими свойствами, необходимыми для осуществления чтения и обработки этих же описаний, а также копирование и передачу копий вместе с набором интерпретационных ограничений следующему поколению воспроизводящейся семантически замкнутой системы.

Семиотическая система — физическая система, реализующая некоторый протокол (набор правил) обработки знаков. Семиотические системы предполагают особую организацию взаимодействия компонентов, при которой обеспечивается независимость физических процессов чтения/записи знаков на материальные носители и процессов обработки/интерпретации/трансляции знаков. Указанная независимость является необходимым условием как семиотичности системы, так и её способности обрабатывать информацию.

Трансляция генетической информации (от лат. translatio — перенос, перемещение) — процесс синтеза белка из аминокислот на матрице информационной (матричной) РНК (иРНК, мРНК), осуществляемый рибосомой. Подробности.

Транспортная РНК (тРНК): биополимер, адаптерная молекула рибонуклеиновой кислоты, длина которой составляет от 76 до 90 нуклеотидов. Основное назначение транспортной РНК (тРНК) — доставлять активированные остатки аминокислот в рибосому и обеспечивать их включение в синтезирующуюся белковую цепь в соответствии с программой, записанной генетическим кодом в матричной, или информационной, РНК (мРНК).

0043-043-Transportnaja-RNK
Транспортная РНК: схема и пространственная структура
Tags: основные понятия
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic
  • 1 comment