Informații genetice – glossariumBITri

1. Formele de viață și informația genetică a acestora

În general, celulele pot fi determinate ca unitate minimă a vieții, prin capacitatea lor de a genera, duplica și prelucra informații. O celulă conținediferite părți, care posedă o funcție și un proces determinat pentru a face din celulă o mașină care poate reacționa la mediul său și la influențele externe . Capacitatea de a primi, procesa și crea informații prin duplicare, ca în cazul traducerii/transcrierii, face din celulă un sistem complet independent și, prin urmare, o formă de viață independentă.

Celulele pot fi separate în două tipuri diferite. Unul este cel mai simplu și mai de bază conceptde structură celulară. Este folosită de bacterii și archaea, care au fost singurele forme de viață de pe pământ până când au apărut celule mai evoluate prin procesul de evoluție. Aceste celule se numesc celule procariote, în timp ce celelalte sunt celulele eucariote, care moștenesc o structură celulară mai complexă. Principala diferență între aceste două tipuri de celule este structura și forma de stocare a informațiilor. Celula procariotăinformația, numită în termeni biologici ADN, este stocată sub forma unei structuri pliatecare plutește prin celulă în șiruri dense supraînfășurate. Dimpotrivă,celula eucariotă are un nucleu, numit nucleu, unde ADN-ul este stocat pentru utilizare ulterioară . ADN-ul este înfășurat în jurul unor proteine, numite histone. Structura nucleului este punctată, astfel încât anumite fragmente pot părăsi incinta nucleului prin găuri în membrana nucleului.

2. ADN- structură și funcționalitate

ADN-ul esteun termen scurt pentru acid desoxiribonucleic. ADN descrie structura informației genetice, care se bazează pe o polinucleotidă. Un polinucleotidedescrie un șir lung de nucleotide care este același în toate celulele vii, atât la ineucariote, cât și la procariote. Fiecare nucleotidă se bazează pe una dintre cele patru nucleobaze: Adenină, Citosină, Timină și Guanină. Două baze sunt complementare una față de cealaltă, Adenina față de Timină și Guanina față de Citosină, iar prin secvențele de nucleoaze complementare se poate forma o anumită structură. Nucleotida în sine este formată dintr-o fosfatimoleculă, o moleculă de zahăr și o nucleoază. Diferitele nucleobaze sunt legate printr-o legătură puternică de hidrogen care conferă ADN-ului o anumită flexibilitate, menținând în același timp secvența determinată a nucleobazelor. În nucleul celulei, ADN-ul este disponibil sub forma unui dublu helix pentru a ocupa mai puțin spațiu atunci când este înfășurat într-o minge strânsă în centrul nucleului (Lara, 2009). Potrivit lui Lara, fiecare nucleotidă poate stabili o „asociere cap-coadă cu orice altă nucleotidă” la capetele lor 5` și 3´. Aceasta înseamnă că fiecare nucleotidă are o structură definită cu două capete diferite pentru a interacționa și a se lega cu alte nucleotide. Acest fenomen definește secvența de ADN care este esențială pentru creșterea și dezvoltarea formelor de viață.

Secvența de ADN a fost codificată pentru prima dată de oamenii de știință James Dewey Watson șiFrancis Crick. Odată cu descoperirea de către aceștia a secvenței ADN, numită și „universalitatea codului genetic”, accentul s-a mutat de la chimia din spatele ADN-ului la codificarea ADN-ului prin nucleobaze și la structura moleculară ainformației într-o celulă (Lyre, 2002).

Secvența de ADN este folosită pentru a stoca informații despre construcția proteinelorși alte funcții de operare a celulei. Prin Transcripție și Traducere aceste informații pot fi reproduse și citite pentru a construi noi proteine în interiorul celulei.

3. Procesul de replicare a informației în biologie

Celulele aucapacitatea de a reproduce proteine, prin Traducere, pentru a susține supraviețuirea celulei pe termen lung. Proteinele se bazează pe aminoacizi și fiecare proteină se distinge prin utilizarea și funcția sa. Celula însăși este separată în două compartimente diferite. Citoplasma înconjoară toate părțile din interiorul celulei, iar aceste părți pot pluti liber prin izolarea pereților celulari. În schimb, nucleul are o formă rotunjită și conține ADN-ul celulei, precum și echipamentul care gestionează aceste informații stocate. Chiar și activarea și blocarea anumitor secvențe de nucleotide poate fi realizată cu acest tip de echipament (Lara, 2009: 3). Ambele părți, nucleul și citoplasma, sunt separate de învelișul nuclear, care împarte fizic diferitele etape ale fluxului de informații în interiorul celulei. Conform lui Lyre (2003: 91) , prelucrarea informației constă în două etape diferite, transcrierea și traducerea. În plus, ADN-ul poate fi replicat pentru a corespunde nevoii de diviziune celulară prin creștere.

1. Transcrierea:

Procesul detranscriere descrie actul de copiere a unei secvențe de ADN într-o formă mai mobilă de informație. Această formă se numește ARNm, care înseamnă acid ribonucleic mesager. Ea reprezintă jumătate din partea necesară din structura inițială a helixului de nucleotide.

Când ARN-ul mesager este complet dezvoltat, el călătorește prin găurile din peretele nucleului și intră în următoarea etapă de procesare a informației, citoplasma.

2. Traducerea:

În citoplasmă are loc următoarea etapă de procesare a informației celulare, numită proces de traducere. ARNm plutește acum liber în citoplasmă și o proteină numită ribozom, se atașează la ARNm și începe să adauge un ARNt la primul codon al ARNm. Există diferiți ARNt pentru a corespunde diferitelor secvențe de nucleobaze atașate la structura ARNm. La citirea secvenței de nucleobaze se construiește un aminoacid și se dezvoltă o proteină (bioadmin, 2013). Această proteină călătorește prin citoplasmă și este încorporată în plasa celulară care separă interiorul celulei de lumea exterioară. Odată plasată în interiorul ochiului de plasă, proteina poate începe să îndeplinească diferite funcții.

3. Replicarea:

Acțiunea de replicare a ADN-ului este necesară atunci când celula atinge o anumită dimensiune. ADN-ul este replicat pentru a oferi noii celule un set de informații pentru a produce proteine și a funcționa în mod corespunzător. În primul rând, se separă dublul helix al ADN-ului, iar bazelenucleobazele complementare divizate se potrivesc din nou cu omologii lor pentru a susține același set de secvențe și, prin urmare, informația genetică dată prin ADN-ul original al celulei.

4. Capacitatea de stocare a ADN-ului

Un aminoacid se bazează pe un codon, care conține trei nucleobaze. Dacă luăm în considerare faptul că există patru posibilități diferite de a umple aceste treibaze ale unui codon, atunci putem determina complexitatea unui codon. Configurațiile pentru un codon triplet sunt care fac 64 de codoni diferiți. Dacă luăm un șir de ADN format din 100 de codoni, atunci avem alternative de secvențe. Media nucleotidelorconținute în ADN-ul unei forme de viață simple, de exemplu Escherichia coli, este de N=. Asta înseamnă că, dacă calculăm că pentru alternanța secvențelor, înseamnă (Lyre, 2002, p. 94). Acestecapacități de capacitate de stocare depășesc limitele imaginației noastre. Chiar și pentru cele mai simple forme de viață de aici, de pe Pământ, informațiile despre procesele și substanțele stocate sunt prea complexe pentru a le înțelege.

5. Semantica producției de proteine șifuncționalitatea ADN-ului

Definiția pentru semantică este „studiul semnificațiilor în limbaj” (Cambridge, 2014)care poate fi aplicată la celule ca limbaj de codificare a ADN-ului și a fluxului de informații în interacțiunea celulară. După cum s-a afirmat anterior, informația genetică estestocată în ADN-ul unei celule prin codificarea nucleotidelor și a codonilor. Importanța informației pentru celulă constă în decodificarea acestei secvențe determinate de nucleotide pentru a genera aminoacizi și a produce proteine vitale pentru supraviețuirea celulei însăși. Aceste proteine au o funcție clar determinată în plasa celulară pentru schimbul de substanțe nutritive sau pentru susținerea structurii celulare. Semantica unei celule în sine se bazează pe funcționalitatea decodificării secvenței de nucleotide. Un cod este util doar atunci când funcționalitatea stabilită a proteinei este dată după sinteză, iar proteina funcționează în modul în care a fost concepută. Lara afirmă în articolul său că există regulatori externi care „meditează activarea sau neactivarea unor porțiuni specifice,care pot fi, de asemenea, reglementate de agenți externi proteinei” (Lara, p. 3). Problema în cadrul acestei teze este complexitatea relațiilor dintre informația stocată în ADN și efectul acesteia asupra proteinelor. Proteinele deja existente permit ADN-ului să traducă informația necesară și să construiască proteinele mai târziu în acest proces.Prin urmare, fluxul de informații trebuie descris ca fiind bidirecțional și, prin urmare, nici ADN-ul, nici proteinele nu pot fi privite ca transmițător al semnalului inițial de traducere a bucăților de ADN (Lyre, 2002).

6. Semnale pentru ADN-Transcripția și fluxul de informații

Un factor de influență pentru procesarea și stocarea informației biologice este secvența nucleoidală. Dar, pe lângă aceasta, alteproprietăți structurale ale ADN-ului pot fi apreciate ca și coduri de stocare. Configurațiaelectronică în părți ale moleculelor de ADN sau topologică,topologia reprezintă „studiul acelor proprietăți ale formelor geometrice care rămân invariabile sub anumite transformări, cum ar fi îndoirea sau întinderea” (dictionary.com, 2017), proprietăți aleADN-ului în structura sa tridimensională (Lyre, 2002, p. 99). Aceste proprietăți funcționale ale structurii ADN-ului pot influența capacitatea de stocare și modul de codificare a informației în ADN-ul incel al diferitelor forme de viață. Un fenomen numit „junk-DNA” poate fi, de asemenea, un adaos al acestor proprietăți prin repetitivitatea sa în ADN-ul general. în interiorul celulei însăși există și factori. Moleculele de reglementare, enzimele și proteinele structurale care influențează informația biologică celulară într-un anumit mod. Anumite gene sunt exprimate într-un anumit fel pentru a determinastructura proteinelor cultivate. În procesul de transcripție, proteinele structurale menționate anterior pot activa sau dezactiva anumite tipuri de expresii genetice pentru a modifica compoziția generală a proteinelor.Structura proteinelor se modifică prin utilizarea aceleiași părți de ADN printranscripție, dar modificând expresia genelor.

Pe lângă factorii intracelulari, și cei extracelularidetermină procesarea informației. Aceștia pot fi deosebiți în douăpărți distincte. Pe de o parte sunt moleculele care pot călători prin membrana celulară, pe baza structurii lor mici, și aderă la receptori nucleari speciali și modifică procesul de traducere a ADN-ului și sinteza ARN-ului pentru procesul de traducere ulterioară. Pe partea opusă se află factorul de influență a încărcăturii adăugate de moleculele externe, care poate schimba structura tridimensională a moleculei de proteină și, prin urmare, funcționalitatea acesteia pentru celulă (Lyre, 2002, p. 100). O celulă izolată poate fi numită ca fiind un flux de informații autoreglate și, prin urmare, o mașină independentă de procesare a informațiilor trimise de însăși celula (Lara, p. 9).

7. Factorii de influență pentru codificarea informației

În ceea ce privește explicația lui Lyre, acțiunea de procesare a informației a fost dezvoltată prin conceptul de evoluție de-a lungul a câteva miliarde de ani. Altfel, conform luiLyre, nu ar fi existat nici un rost ca celulele să dezvolte o structură celulară dacă nu ar fi fost prin schimbarea informației din ADN și codificarea informației sub forma ADN-ului lor celular pentru sinteza proteinelor (Lyre, 2002, p. 103). Conceptul de evoluție poate fi descris ca fiind forța principală care stă la baza sistemului ADN pe care se bazează toate ființele vii complexe. Mediul înconjurător și factorii care intră în acest sistem complex de forme de viață și interacțiuni coexistente reprezintă forța motrice din spatele evoluției informației biologice purtate de o celulă vie. Acesta determină „ca o nouă celulă să reconstruiască diacronic structurile care susțin fenotipul ființei vii individuale” (Díaz, 2017, p. 6). După cum a descris domnul Diaz, evoluția informației genetice este determinată de mediul în care o ființă vieinteracționează și, prin urmare, modifică informația biologică pe o perioadă lungă de timp pentru a ajusta fenotipul ființei individuale. Domnia sa o descrie ca fiind „substratul pe care au loc noi determinări în procesul de morfogeneză pe cale epigenetică” (Díaz, 2017, p. 6) . De asemenea, capacitatea neuronală a formelor de viațăpoate fi diferită pentru procesarea informațiilor date. De exemplu, un om poate procesa informații sau procese din ce în ce mai dificile ca o altă formă de viațăcare ar putea avea o capacitate neuronală mai mare prin informația sa biologică, dar structura creierului și conexiunile neuronale nu pot permite capacitatea deplină de gândire complexă.

Dezvoltarea vieții este determinată de instrucțiunile care se află în genom și de factori externi bazați pe mediu. Din cauza acestei afirmații nu este o surpriză faptul că viața pe Pământ, așa cum este ea astăzi, este modelată de alterarea continuă a informațiilor biologice provenite din bacterii și dezvoltate până la fenotipurile tuturor tipurilor diferite de ființe vii de-a lungul unei perioade de miliarde de ani.

Receptorii atribuiți factorilor externi de influență, sistemul nervos și mușchii/organele. Mușchii/organele pot fi determinate ca unități operaționale careinteracționează cu mediul înconjurător și se modifică datorită adaptării la provocările de mediu cu care se confruntă din cauza diferitelor climate și habitate. Sistemul nervos, pe de altă parte, asigură buna funcționare și coordonare a unităților operaționale și poate fi determinat ca un fel de metasistem care procesează informația și dă răspunsuri la semnalele externe prin intermediul unităților operaționale (Díaz, 2017, pp. 6-9).

8. Evoluția ADN-ului care îl înregistrează pe Darwin și știința evoluționistă

Charles Darwin reprezintă conceptul original de evoluție care aplică conceptul de „supraviețuire a celui mai adaptat”. Acesta spune că numai indivizii cei mai puternici și mai adaptați ai unei specii pot supraviețui mediului în care trăiesc și pot transmite fondul lor genetic, sau informația biologică, în generația următoare, în timp ce ceilalți indivizi mor din cauza lipsei lor de adaptare la mediu. Oamenii de știință din domeniul biologiei de astăzidetermină evoluția ca fiind un „total de indivizi care sunt capabili să generezeprogenii care se pot reproduce” (Lyre, 2002, p. 108). Dar, într-o specie, nu există „doi indivizi” cu aceeași informație genetică datorită mutațiilor aleatorii din fondul genetic și recombinării în procesul de reproducere. Prin acest tip de variație ainformației genetice la indivizii unei specii este variată într-un sistem haotic și nu este determinată de vreun plan sau model fix. Simpla coincidență a unor comutări aleatorii în secvența bazelor nucleare și, prin urmare, a codonilor, poate fi descrisă ca fiind factorul motor al modificării informației biologice. Cei mai apți și cei mai adaptați indivizi, datorită mutației de-a lungul mai multor generații, pot supraviețui mai bine decât cei care nu au această trăsătură specială. (Lira, 2002, pp. 109-115)

9. Evoluția informației biologice

Originea unei structuri celulare poate fi descrisă ca o acoincidență. Șiruri de aminoacizi și nucleotide pluteau în supa primordială, cu miliarde de ani în urmă. Apoi, printr-un fel de coincidență,aceste șiruri au început să se organizeze și să construiască rețele care puteau prelucra informații date, de exemplu date de mediu sau de alte celule, și să reacționeze în consecință. Aceste rețele au o formă circulară pentru a asigura procesarea integrală a informațiilor date din surse externe. Aceasta înseamnă că toate formele de viață biologică au evoluat dintr-un set specific de informații biologice și, prin urmare, descind dintr-un arhetip care s-a dezvoltat prin coincidență. Acest lucru se poate observa, de asemenea, în etapele de dezvoltare a embrionilor de către diferite specii după fecundare. Embrionii sunt asemănători în primele stadii, dar își dezvoltă proprietățile speciale ale speciei lor în timp, până când se diferențiază total prin forma și abilitățile lor.

.