Genetické informace – glosariumBITri

1. Životní formy a jejich genetickáinformace

Obecně lze buňky určit jako minimální jednotku života, a to díky jejich schopnosti vytvářet, duplikovat a zpracovávat informace. Buňka obsahujerozdílné části, které mají určenou funkci a proces, aby se buňka stala strojem, který může reagovat na své prostředí a vnější vlivy . Schopnost přijímat, zpracovávat a vytvářet informace prostřednictvím duplikace, jako je tomu v případě překladu/přepisu, činí z buňky zcela nezávislý systém, a tedy nezávislou formu života.

Buňky lze rozdělit na dva různé typy. Jeden je nejjednodušší a nejzákladnější koncept buněčné struktury. Používají ji bakterie a archea, které bývaly jedinými formami života na Zemi, dokud se v procesu evoluce neobjevily vyvinutější buňky. Těmto buňkám se říká prokaryotické buňky, zatímco ostatní jsou eukaryotické buňky, které zdědily složitější buněčnou strukturu. Hlavním rozdílem mezi těmito dvěma typy buněk je struktura a forma ukládání informací. Prokaryotické buňkyinformace, v biologické terminologii nazývané DNA, jsou uloženy ve formě skládané struktury, která se vznáší v buňce v hustých superzávitových řetězcích. Naproti tomu eukaryotická buňka má jádro zvané jádro, kde je DNA uložena pro další použití . DNA je omotána kolem bílkovin, kterým se říká histony. Struktura jádra je děrovaná, takže určité fragmenty mohou opustit obal jádra otvory v membráně jádra.

2. Jaké jsou možnosti pro získání DNA? DNA- struktura a funkčnost

DNA jezkratka pro desoxyribonukleovou kyselinu. DNA popisuje strukturugenetické informace, která je založena na polynukleotidu. Polynukleotid popisuje dlouhý řetězec nukleotidů, který je stejný ve všech živých buňkách, neukaryotech i prokaryotech. Každý nukleotid je založen na jedné ze čtyř nukleobází: Adenin, cytosin, tymin a guanin. Dvě báze jsou navzájem komplementární, Adenin k Thyminu aGuanin k Cytosinu, a určitou strukturu mohou tvořit sekvence komplementárních nukleobází. Samotný nukleotid se skládá z fosfatemolekuly, molekuly cukru a nukleobáze. Jednotlivé nukleobáze jsou spojeny silnou vodíkovou vazbou, která dává DNA určitou pružnost při zachování určené sekvence nukleobází. V buněčném jádře jeDNA k dispozici ve formě dvojité šroubovice, aby zabírala méně místa, když je stočena do těsné kuličky uprostřed jádra (Lara, 2009). Podle Lary může každý nukleotidvytvořit „asociaci hlava-ocas s jakýmkoli jiným nukleotidem“ na svém 5` a3´konci. To znamená, že každý nukleotid má definovanou strukturu se dvěma různými konci pro interakci a spojení s jinými nukleotidy. Tento jev definuje sekvenci DNA, která je nezbytná pro růst a vývoj forem života.

Sekvenci DNA poprvé zašifrovali vědci James Dewey Watson aFrancis Crick. S jejich objevem sekvence DNA, nazývaným také „univerzálnost genetického kódu“, se pozornost přesunula z chemického pozadí DNA na kódování DNA prostřednictvím nukleobází a molekulární strukturuinformací v buňce (Lyre, 2002).

Sekvence DNA slouží k ukládání informací o stavbě proteinůa dalších provozních funkcích buňky. Prostřednictvím Transkripce aTranslace mohou být tyto informace reprodukovány a čteny pro konstrukci novýchproteinů v buňce.

3. Proces replikace informace vbiologii

Buňky mají schopnost reprodukovat proteiny, prostřednictvím Translace, aby podpořily přežití buňky vdlouhodobém horizontu. Bílkoviny jsou založeny na aminokyselinách a každá bílkovina se vyznačuje svým využitím a funkcí. Samotná buňka je rozdělena na dvě různéčásti. Cytoplazma obklopuje všechny části uvnitř buňky a tyto části se mohou volně vznášet skrze obal buněčných stěn. Naopak jádro má zaoblený tvar a obsahuje DNA buňky i zařízení, které tyto uložené informace spravuje. Pomocí tohoto vybavení lze dokonce aktivovat a blokovat určité nukleotidové sekvence (Lara, 2009: 3). Obě části, tedy jádro a cytoplazma, jsou odděleny jaderným obalem, který fyzicky rozděluje jednotlivé fáze toku informací uvnitř buňky. Podle Lyra (2003: 91) se zpracování informací skládá ze dvou různých fází, z transkripce a translace. Kromě toho může být DNA replikována tak, aby odpovídala potřebě dělení buňky prostřednictvím růstu.

1. Transkripce:

Proces transkripce popisuje akt kopírování sekvence DNA do mobilnější formy informace. Tato forma se nazývá mRNA, což je zkratka pro messenger ribonucleicacid. Představuje polovinu potřebné části původní struktury nukleotidové šroubovice.

Když je messengerová RNA plně vyvinutá, prochází otvory ve stěně jádra a vstupuje do další fáze zpracování informace, do cytoplazmy.

2. Jakmile je mRNA plně vyvinutá, přechází do cytoplazmy. Překlad:

V cytoplazmě probíhá další krok zpracování buněčné informace, který se nazývá proces translace. MRNA se nyní volně vznáší v cytoplazmě a bílkovina zvaná ribozom se připojí k mRNAa začne přidávat tRNA k prvnímu kodonu mRNA. Existují různé tRNA, které odpovídají různým sekvencím nukleobází připojených ke struktuře mRNA. Při čtení sekvence nukleobází se sestaví aminokyselina a vznikne bílkovina (bioadmin, 2013). Tento proteincestuje cytoplazmou a je zabudován do buněčného pletiva, které odděluje vnitřek buňky od vnějšího světa. Jakmile je protein umístěn uvnitř pletiva, může začít vykonávat různé funkce.

3. Replikace:

Akt replikace DNA je nutný, když buňka dosáhne určité velikosti. Replikace DNA slouží k tomu, aby nová buňka získala soubor informací k výrobě bílkovin a správnému fungování. Nejprve se rozdělí dvojitá šroubovice DNA a rozdělené komplementárnínukleobáze se znovu spojí se svými protějšky, aby se udržel stejný soubor sekvencí, a tedy genetická informace daná původní buněčnou DNA.

4. Skladovací schopnost DNA

Aminokyselina je založena na kodonu, který obsahuje tři nukleobáze. Vezmeme-li v úvahu, že existují čtyři různé možnosti, jak tato tři místa kodonu vyplnit, pak můžeme určit složitost kodonu. Konfigurace pro jeden trojitý kodon jsou takové, že tvoří 64 různých kodonů. Vezmeme-li řetězec DNA skládající se ze 100 kodonů, pak máme alternativy důsledků. Průměrný počet nukleotidůobsažených v DNA jednoduché formy života, například Escherichia coli, je N=. To znamená, že když spočítáme, že pro alternaci sekvencí to znamená (Lyre, 2002, s. 94). Tytomožnosti paměťové kapacity jsou mimo dosah naší vlastnípředstavivosti. Dokonce i pro nejjednodušší formy života zde na Zemi jsou informaceo procesech a uložených látkách příliš složité na to, abychom je pochopili.

5. Sémantika výroby bílkovin afunkčnost DNA

Definice sémantiky je „studium významů v jazyce“ (Cambridge, 2014)což lze aplikovat na buňky jako jazyk kódování DNA a toku informací v buněčné interakci. Jak již bylo uvedeno, genetická informace je uložena v DNA buňky prostřednictvím kódování nukleotidů a kodonů. Důležitost informace pro buňku spočívá v dekódování této určené posloupnosti nukleotidů pro tvorbu aminokyselin a produkci bílkovin životně důležitých pro přežití samotné buňky. Tyto bílkoviny mají jasně určenou funkci v buněčném pletivu pro výměnu živin nebo udržování buněčné struktury. Sémantika samotné buňky je založena na funkčnosti dekódování sekvence nukleotidů. Kód je užitečný pouze tehdy, když je po syntéze dána stanovená funkčnost proteinu a protein funguje tak, jak byl navržen . Lara ve svém článku uvádí, že existují vnějšíregulátory, které „meditují aktivaci či neaktivaci specifických částí,které mohou být regulovány i činiteli vně proteinu“ (Lara, s. 3). Problémem v rámcitéto teze je složitost vztahů mezi informací uloženou vDNA a jejím účinkem na proteiny. Již existující proteiny umožňují DNApřekládat potřebné informace a později v tomto procesu vytvářet proteiny. tok informací je proto třeba popsat jako obousměrný, a proto nelze DNA ani proteiny považovat za přenašeče počátečních signálůpřekládajících kousky DNA (Lyre, 2002).

6. Problém je v tom, že DNA a proteiny jsou schopny přenášet informace a vytvářet proteiny. Signály pro DNA-přepis a tok informací

Jedním z faktorů ovlivňujících zpracování a ukládání biologické informace je sekvence nukleoidu. Kromě toho však lze jako kódování pro ukládání hodnotit i dalšístrukturální vlastnosti DNA. Elektronická konfigurace v částech molekul DNA neboli topologie,topologie znamená „studium těch vlastností geometrických forem, kterézůstávají invariantní při určitých transformacích, jako je ohýbání nebo protahování“ (dictionary.com, 2017), vlastnostiDNA v její trojrozměrné struktuře (Lyre, 2002, s. 99). Tyto funkční vlastnostistruktury DNA mohou ovlivňovat paměťovou kapacitu a způsob kódování informací v DNA různých forem života. Fenomén zvaný „junk-DNA“ může být také přídavkem těchto vlastností díky své repetitivnosti v obecné DNA. uvnitř samotné buňky existují také faktory. Regulační molekuly, enzymy astrukturální proteiny, které určitým způsobem ovlivňují biologickou informaci buňky. Určité geny jsou exprimovány jedním druhem způsobu, který určuje strukturu kultivovaných bílkovin. V procesu transkripce mohou výše zmíněné strukturní proteiny aktivovat nebo deaktivovat určité druhy genových expresí, aby se změnilo celkové složení bílkovin. struktura bílkovin se mění pomocí stejné části DNA prostřednictvím transkripce, ale změnou exprese genů.

Stejně jako intracelulární faktory určují zpracování informací i faktory extracelulární. Ty lze rozlišit na dvě samostatnéčásti. Na jedné straně jsou molekuly, které na základě své malé struktury mohou procházet buněčnou membránou a přilnout ke speciálním jadernýmreceptorům a změnit proces translace DNA a syntézy RNApro pozdější proces translace. Na opačné straně stojí ovlivňujícífaktor náboje přidávaný vnějšími molekulami, který může měnit trojrozměrnou strukturu bílkovinné molekuly, a tím i její funkčnost pro buňku (Lyre, 2002, s. 100). Izolovanou buňku lze označit za samoregulovaný tok informací, a tedy za nezávislý stroj na zpracování informací, které buňka sama vysílá (Lara, s. 9).

7. Ovlivňující faktory pro kódování informací

Vzhledem k Lyrovu vysvětlení se činnost zpracování informací vyvinula prostřednictvím konceptu evoluce během několika miliard let. Jinak by podleLyreho nemělo smysl, aby buňky vyvíjely buněčnou strukturu, kdyby nedošlo ke změně informace v DNA a kódování informace v podobě jejich buněčné DNA pro syntézu bílkovin (Lyre, 2002, s. 103). Koncept evoluce lze popsat jako hlavní sílu, která stojí za systémem DNA, na němž jsou založeny všechny složité živé organismy. Prostředí a faktory, které přicházejí v rámci tohoto složitého systémukoexistujících forem života a interakcí, jsou hnací silou evoluce biologické informace nesené v živé buňce. Určuje, „že nová buňka diachronně rekonstruuje struktury podporujícífenotyp individuální živé bytosti“ (Díaz, 2017, s. 6). Jak popsal pan Díaz, evoluce genetické informace je určována prostředím, v němž živá bytostinteraguje, a proto mění biologickou informaci v průběhu dlouhého časového období, aby upravila fenotyp individuální bytosti. Popisuje ji jako „substrát, na němž se epigeneticky odehrávají nová určení v procesu morfogeneze“ (Díaz, 2017, s. 6) . Také nervová kapacita životních foremmmůže být pro zpracování daných informací odlišná. Například člověk můžezpracovávat více a složitějších informací nebo procesů jako jiná forma života, která může mít díky své biologické informaci větší neuronální kapacitu, ale struktura mozku a neuronální spojení nemohou umožnit plnou kapacitu komplexního myšlení.

Vývoj života je určován instrukcemi, které leží v genomech, a vnějšími faktory vycházejícími z prostředí. Vzhledem k tomuto tvrzení není překvapením, že život na Zemi v dnešní podobě je utvářen neustálými změnami biologických informací, které vznikly v bakteriích a v průběhu miliard let se vyvinuly do fenotypů všech různých druhů živých bytostí.

Přijímače vnějších ovlivňujících faktorů, nervová soustava a svalstvo/orgány. Svaly/orgány lze určit jako operační jednotky, kteréinteragují s prostředím a mění se v důsledku adaptace na výzvy prostředí, kterým čelí v důsledku různých klimatických podmínek a stanovišť. Nervová soustava na druhé straně zajišťuje správnou funkci a koordinaci operačníchjednotek a lze ji určit jako jakýsi metasystém, který zpracovává informace a dává odpovědi na vnější signály prostřednictvím operačních jednotek (Díaz, 2017, s. 6-9).

8. Evoluce DNA nahrávající Darwinovi a evoluční vědě

Charles Darwin stojí za původní koncepcíevoluce, která uplatňuje koncept „přežití nejsilnějších“. Říká, že pouze nejsilnější a nejlépe přizpůsobení jedinci určitého druhu mohou přežít v prostředí, ve kterém žijí, a přenést svůj genetický fond neboli biologické informace do další generace, zatímco ostatní jedinci hynou v důsledku nepřizpůsobení se prostředí. Dnešní vědci biologieurčují evoluci jako „souhrn jedinců, kteří jsou schopni vytvářetprogeny, které se mohou samy reprodukovat“ (Lyre, 2002, s. 108). V rámci druhu však „neexistují dva jedinci“ se stejnou genetickou informací v důsledku náhodných mutací v genovém fondu a rekombinací v procesu rozmnožování. Tímto druhem variability se genetickáinformace u jedinců jednoho druhu mění v chaotickém systému a neníurčena žádným plánem nebo pevným vzorem. Právě shoda náhodnýchkommutací v sekvenci nukleobází, a tedy kodonů, může být popsána jako hnací faktor změn biologickýchinformací. Nejschopnější a nejpřizpůsobivější jedinci mohou díky mutaci v průběhu několika generací přežít lépe než jedinci bez této zvláštní vlastnosti. (Lyre, 2002, s. 109-115)

9. Evoluce biologické informace

Vznik buněčné struktury lze popsat jako náhodu. Řetězce aminokyselin a nukleotidů plavaly před miliardami let v prapůvodní polévce. Pak se nějakou shodou okolností tyto řetězce začaly organizovat a vytvářet sítě, které dokázaly zpracovávat dané informace, například dané prostředím nebo jinými buňkami, a podle toho reagovat. Tyto sítě mají tvar kruhu, který zajišťuje celkovézpracování informací daných z vnějších zdrojů. To znamená, že všechny biologické formy života se vyvinuly z jednoho specifického souboru biologických informací, a proto pocházejí z jednoho archetypu, který se vyvinul shodou okolností. To lze pozorovat i na vývojových stadiích embryí různých druhů po oplodnění. Embrya jsou si v raných stádiích podobná, ale postupem času se u nich vyvíjejí zvláštní vlastnosti jejich druhu, až se svou formou a schopnostmi zcela odliší.

.