Chemoton: Różnice pomiędzy wersjami

 

== Biologia teoretyczna i inne nauki ścisłe ==

 

Nauki ścisłe charakteryzuje możliwość stosowania [[Modelowanie matematyczne|modeli matematycznych]] pozwalających przewidywać zachowanie układu (np. [[silnik spalinowy|silnika spalinowego]], [[Układ planetarny|układu planetarnego]], zbioru różnorodnych cząsteczek [[związek chemiczny|związków chemicznych]] – np. [[reagent]]ów w [[bioreaktor]]ze). Analogiczne metody badawcze są stosowane również w wielu różnych dziedzinach współczesnej biologii (zob. np. [[biologia molekularna]], [[biologia syntetyczna]], [[biologia systemowa]], [[bioinformatyka]], w tym m.in. [[genomika]], [[proteomika]], [[metabolomika]], [[transkryptomika]]), jednak – według Gántiego – termin „biologia teoretyczna” nie jest w pełni poprawny, dopóki nie zostanie jednoznacznie zdefiniowany przedmiot tych badań – [[życie]] (z [[Język grecki|gr.]] ''βίος'', bios), a na drodze do uściślenia definicji stoją [[Światopogląd|względy światopoglądowe]] (m.in. irracjonalna trwałość teorii ''[[siła życiowa|vis vitalis]]''){{odn|Gánti|1986|s=51}}:

 

== Pojęcie „system minimalny” ==

 

Zmierzając do utworzenia modelu „minimalnego systemu żywego” Gánti{{r|Podstawy życia}}:

* przeanalizował, czy wybrane kryteria może spełniać cykl kilku odpowiednio dobranych reakcji chemicznych, zachodzących w układzie otwartym, w przestrzeni ograniczonej [[Membrana półprzepuszczalna|błoną półprzepuszczalną]].

 

== Kryteria życia ==

Gánti przyjął, że minimalny system wzajemnie powiązanych reakcji chemicznych spełnia rzeczywiste (absolutne) kryteria życia, jeżeli{{odn|Gánti|1986|s=82}}:

# zachodzi w nim przemiana materii (zob. [[metabolizm]])<ref name group="uwaga">Nie zostały wprowadzane żadne założenia dotyczące rodzaju pierwiastków i związków, które uczestniczą w reakcjach, dzięki czemu kryteria umożliwiają poszukiwania śladów życia w warunkach całkowicie odmiennych od ziemskich. Tematami ostatnich publikacji Gántiego były wyniki zespołowych prac badawczych, dotyczących interpretacji badań powierzchni [[Mars]]a pod kątem istnienia prostych form życia (zob. [[Tibor Gánti]], wybrane publikacje).</ref>,

# jest inherentnie stabilny (zob. [[homeostaza]]),

Przystępując do budowy chemotonu Gánti stwierdził, że{{odn|Gánti|1986|s=79}}:

{{CytatD|''Szukając tajemnicy życia, jego podstawowej zasady, musimy poszukiwać istoty i organizacji torów wymuszonych w systemach polegających na zmianach chemicznych i zdolnych do wykonywania pracy w roztworach, jej regulacji i sterowania.''}}

{{CytatD|''Musimy znaleźć podsystemy najprostszych systemów żywych, następnie skonstruować abstrakcyjne modele systemów miękkich – i to minimalnych – wykazujących cechy jakościowe tych podsystemów, i wreszcie połączyć podsystemy w jeden funkcjonalnie działający system. Jeżeli wykonamy to wszystko prawidłowo, powinniśmy otrzymać abstrakcyjny model najprostszego systemu żywego''.}}

Chemoton Gántiego składa się z trzech podstawowych, [[:wikt:inherentny|inherentnych]] części (obiegów reakcji chemicznych):

* podsystemu wytwarzania błony zapewniającej izolację układu od otoczenia, z zachowaniem możliwości wymiany masy,

* podsystemu przechowywania informacji o całości systemu.

 

=== Podsystem samoodtwarzania ===

[[Plik:Chemoton A.svg|thumb|350px|Model elementarny minimalnego podsystemu chemotonu, odpowiadającego [[cytoplazma|cytoplazmie]]]]

: <math>A_1 + X \rightleftharpoons A_2</math>

: <math>A_2 \rightleftharpoons A_3 + Y</math>

 

 

W przypadkach rzeczywistych, takich jak np. cykl Calvina, ogólnym symbolom A, X i Y odpowiadają sumy ilorazów ν_iA_i, ν_i X_i i ν_iY_i, gdzie ν jest współczynnikiem stechiometrycznym, określonym dla kolejnych kroków procesu kołowego{{odn|Gánti|1986|s=116–120, 214–221}}.

 

=== Podsystem tworzenia błony ===

[[Plik:Chemoton AT.svg|thumb |350px|Model minimalnego podsystemu samoodtwarzania i wytwarzania błony powierzchniowej]]

[[Plik:Lipid bilayer and micelle.svg|thumb|350px|Schemat warstw powierzchniowych, powstających pod wpływem fizykochemicznych [[Oddziaływania międzycząsteczkowe|oddziaływań międzycząsteczkowych]] (analogie błony chemotonu); 1 – podwójna warstwa lipidowa (zob. [[błona komórkowa]]), 2 – warstwa pojedyncza (zob. [[micela]]); P, U – ciecze o różnej [[Rozpuszczalnik#Generalne zasady rozpuszczalności|polarności]]]]

Warunek izolacji strefy reakcji chemicznych w chemotonie od otoczenia zapewniono wprowadzając do zestawu trzech ogólnych równań reakcji równanie czwarte, opisujące powstawanie produktu T, który nie rozpuszcza się w środowisku reakcji i którego cząsteczki charakteryzują się [[Amfifilowość|budową amfifilową]] (zawierają ugrupowania o różnej polarności){{odn|Gánti|1986|s=123–133}}:

: <math>A_1 + X \rightleftharpoons A_2</math>

: <math>A_2 \rightleftharpoons A_3 + Y</math>

: <math>A_3 \rightleftharpoons A_4 + T</math>

 

 

Połączenie podsystemu tworzenia błony z podsystemem samoodtwarzania prowadzi ponadto do uzyskania sytuacji, w której sumaryczny proces kołowy staje się jednokierunkowy, ponieważ wbudowywanie cząsteczek T w warstwę powierzchniową nie jest odwracalne{{odn|Gánti|1986|s=123–133}}.

: <math>A_3 \rightleftharpoons A_4 + V</math>

: <math>A_4 \rightleftharpoons A_5 + T</math>

 

 

W czasie replikacji łańcucha mogą się zdarzać błędy (analogicznie do błędów [[replikacja DNA]]) – może np. powstać nić krótsza od nici matrycy. Taka przypadkowa zmiana właściwości chemotonu jest dziedziczna – chemotony potomne zawierają krótsze pV_n. W bardziej złożonych modelach systemu stosowano różne cząsteczki V. Sekwencja różnych merów w matrycowej nici polimeru była kodem odczytywanym w czasie dołączania kolejnych elementów do nowego łańcucha pV_n, przy czym są możliwe błędy odczytu tego kodu w czasie transkrypcji. Chemotony potomne dziedziczą również te zmiany{{odn|Gánti|1986|s=133–141}}.

 

== Opinia z przedmowy do „Podstaw życia” ==

{{CytatD|''Podejście Gantiego, redukujące biologię do kinetyki i termodynamiki chemicznej, może okazać się niełatwe do przyjęcia dla wielu tradycyjnie wykształconych biologów, podobnie jak z niechętnym przyjęciem spotykała się często teoria hipercykli Eigena i Schustera. U podłoża tej niechęci leży nie tyle trudność w czytaniu, ile obcość koncepcji.''}}

W zakończeniu przedmowy wyraził opinię{{odn|Gánti|1986|s=11–13}}:

 

== Zobacz też ==

* [[Negentropia]]

* [[Pochodzenie życia]]

* [[Samoorganizacja molekularna]]

* [[Termodynamika chemiczna]]

== Przypisy ==

{{Przypisy|

}}

 

== Bibliografia ==

 

== Linki zewnętrzne ==

 

[[Kategoria:Biochemia]]