Vinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.x

Саморепликация (саморазмножение), как считается в настоящее время, является обязательной частью любой нанотехнологии, которая  имеет целью создание макроскопических объектов. Это следует из того очевидного факта, что наномасштабный наноассемблер за разумное время просто не в состоянии сформировать макроскопическую конструкцию. Даже простое тысячекратное арифметическое увеличение числа наноассемблеров не решает проблему, поскольку размер формируемых объектов также будет увеличен только в 1000 раз, а объём нанообъекта (~нм3 ) отличается от объёма макрообъекта (~м3 ) в 1027 раз, – слишком уж много атомов (каждый из которых, предполагается, индивидуально присоединен наноассемблером к макрообъекту) даже в одном грамме вещества. Только используя саморепликацию, при которой происходит экспоненциальное увеличение числа ассемблеров и, следовательно, ассемблируемых структур, реально позволит решить проблему создания макрообъектов "силами" наноассемблеров. Саморепликация является одновременно и перспективным методологическим принципом, и достаточно рискованным технологическим приёмом. Жизнь на Земле демонстрирует достаточно много примеров такой "двуликости" саморепликации. Любая природная экосистема – лес, луг, долина – демонстрирует совершенную гармонию, которая достигается в результате борьбы за существование её самореплицирующихся составных частей – организмов её составляющих. А с другой стороны, распространение СПИДа или любой другой эпидемии демонстрирует опасность неконтролируемой саморепликации. Природа снабдила нас инструментами для создания искусственных самореплицирующихся бионаномашин, но следует внимательно и аккуратно использовать эти знания. Клетки как автономные самореплицирующиеся объекты. Доказательством чрезвычайной эффективности принципа саморепликации является всеобщность и разнообразие проявления форм жизни на Земле. Все клетки земных организмов организованы одинаково и используют одинаковые механизмы саморепликации. В упрощённом виде все системы саморепликации имеют "стандартный" инструментальный набор.

  1. Информационно-управляемый ассемблер. Эта наномашина синтезирует новые молекулы согласно генетическим инструкциям. У современных клеток таким ассемблером является рибосома.
  2. Система хранения информации. Эта система хранит инструкции для ассемблера, которые определяют конечный результат самоассемблирования. Современные клетки в качестве хранилища генетических инструкций используют молекулы ДНК.
  3. Дупликатор. Эта наномашина дуплицирует генетическую информацию. В клетках таким дупликатором является ДНК-полимераза.
  4. Химические процессоры. Эти наномашины синтезируют те узлы, которые используют ассемблер и дупликатор, из простых исходных веществ. В современных клетках такую работу выполняют тысячи различных ферментов.
  5. Инфраструктура.

Эти наномашины создают ту необходимую инфраструктуру, которая характерна именно для клетки данного вида, отделяя её от окружающих клеток, но и обеспечивая возможность обмена веществом, энергией и информацией с клеточным окружением. Эта инфраструктура также обеспечивает необходимыми инструментами процесс клеточного деления. Основным компонентом такой инфраструктуры в современных клетках являются биомембраны со встроенными транспортными и сигнальными белковыми системами. Сами по себе организмы являются поразительными образованиями – их бесконечное разнообразие и сложность определяется достаточно лаконичным и ограниченным набором технологических инструкций (генов). И строение, и функции человеческого организма задаются информацией, содержащейся в поразительно малом по объёму геноме.

 Согласно современным оценкам для жизни и воспроизводства живого организма в лабораторных условиях необходимо 250-300 генов. Простейший организм Mycoplasma genitalium содержит ~550 генов. Однако этот организм живет внутри других клеток и использует продукты метаболизма хозяйской клетки для своих нужд. При этом этот организм самостоятельно осуществляет такие базовые функции как синтез белков, манипулирование ДНК, энергообеспечение. Кроме того, в плазматической мембране такого организма должно быть достаточное количество транспортеров для снабжения себя необходимыми веществами. Сравнительные исследования и эксперименты по блокированию или разрушению белков в таких организмах показали, что только половина из этих белков являются абсолютно необходимыми. Конечно же, сам по себе геном не является единственным источником "сборочной" и "репродуктивной" информации. Для эффективного функционирования геном должен быть размещен внутри живой, функционирующей, клетки. В случае простейших клеток используется единственная биомембрана, которая ограничивает клетку и, следовательно, клетка состоит из двух существенно различных частей – внутриклеточный водный раствор, и клеточная мембрана со встроенными мембранными белками. У эукариотических организмов из поколения в поколение должна передаваться ещё и сложная иерархическая структура клеточных органелл. Пока что, например, нет экспериментальных свидетельств того, что клетки человеческого организма способны "собрать" митохондрию из молекул, растворённых в цитозоле клетки. Следовательно, "проектная документация клетки" должна включать в себя и генетическую информацию о структуре макромолекул, и информацию о пространственной структуре клетки. Эволюция определила принципы устройства современных клеток. Жизнь на Земле использует для создания самореплицирующихся особей единый подход, включающий в себя:

  • информационно-управляемое ассемблирование;
  • системы синтеза элементарных строительных "блоков";
  • инфраструктуру, образующую барьер, отделяющий особь от внешней среды.

Такое устройство самореплицирующихся систем определено тем эволюционным процессом, в ходе которого формировались современные организмы. Сегодня человек использует именно этот вариант решения задачи формирования самореплицирующегося организма, используя или модифицируя уже существующие природные системы для своих нужд. Но в будущем, возможно, будут использованы и другие подходы. В частности, именно необходимость проводить эволюционный отбор потребовала, помещать организм внутрь определённого компартмента, отделяя его тем самым от окружения. Необходимо было помещать генетическую информацию внутрь клетки, тогда такие клетки могли конкурировать друг с другом. Например, если более совершенные, эффективные, ассемблеры будут находиться в одном объёме с несовершенными, то эти совершенные ассемблеры будут равновероятно воспроизводить и себя, и менее удачные ассемблеры. А для задач эволюционного отбора необходимо, чтобы самые лучшие ассемблеры синтезировали только свои копии.

Давайте вместе сделаем данный сайт лучше! Поделитесь ссылкой на этот сайт со своими одногрупниками. Это поможет развитию нашего сайта.

2015 - 2021 © Биология для студентов | При использовании материалов сайта - прямая ссылка на VseoBiology.ru обязательна.

^ Наверх