WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаБіологія, Зоологія, Аграрна наука → Ентропійний і негентропійний принципи інформації в біології - Реферат

Ентропійний і негентропійний принципи інформації в біології - Реферат

яйцеклітина у структурі молекул ДНК містить програму розвитку всього організму. Молекули ДНК - це "онтогенетичні телеграми", які направлені від предків до нащадків. Процес зародкового розвитку біологічного об'єкта є випадком загальної проблеми "читання" "мертвої" інформації. Роль нагромадженої генетичної інформації виконує послідовність чотирьох азотистих основ у молекулах ДНК, а роль додаткового джерела енергії - речовини з великою тепломісткістю. У процесі "читання" "мертва" інформація, яка зафіксована спадковим кодом організму, перетворюється в "живу" - структурну організацію живого організму. Хімічним вмістом цього процесу є біосинтез білків і реплікації нуклеїнових кислот. Виникає питання наскільки узгоджуються з експериментальними даними розрахункові значення величини теплового ефекту на початкових стадіях розвитку. Виявилось, якщо врахувати декілька етапів синтезу білків і реплікації нуклеїнових кислот, високу надійність процесів, то дані теорії інформації,термохімічні величини і калориметричні експерименти з зародками, які розвиваються, дають результати, що добре узгоджуються. За цими даними біосинтез одного грама білка супроводжується виділенням теплоти, величина якої близька до тисячі джоулів.
Інформаційний підхід дозволяє також пояснити велику віддачу теплоти організмами в навколишнє середовище у стані фізичного спокою - інтерфазі спокою (так званий основний енергетичний обмін). Ентропія здорового об'єкта протягом тривалого часу практично не змінюється. У цьому випадку можна вважати, що зростанню ентропії заважає обмін інформації біологічного об'єкта і навколишнього середовища. Е. Шредінгер [6] висунув гіпотезу, яка пояснює сталість енергії живого організму тим, що він живиться негативною ентропією, використовуючи при цьому "високоорганізовані" поживні речовини, які мають низьку ентропію і які відводять у навколишнє середовище ці речовини у деградованій формі (тобто з великою ентропією). Нині встановлений зв'язок теорії інформації з термодинамікою. Виявилось, що у ролі негативної ентропії (негентропії) може бути потік інформації не тільки у вигляді поживних речовин, а й в інших формах.
Негентропійну роль інформації щодо живих організмів можна пояснити так: завдяки інформаційним сигналам, що надходять у живу систему і до апарата управління нею, встановлюються додаткові функціональні зв'язки між елементами, з якими ці сигнали взаємодіють, тобто зростає організованість системи і зменшується її ентропія. Інформація, введена до біосистеми, є для неї негативною ентропією -негентропією. Цей принцип - негентропійний принцип інформації - дозволяє пояснити різні випадки виділення теплоти біологічними об'єктами. Інформаційний підхід пояснює й інші особливості існування і життєдіяльності біологічних об'єктів. Тому цілком закономірно, що в останні роки сформувався і швидко розвивається новий науковий напрям - біоінформатика.
Наводимо кількісний розрахунок параметрів механізму нюхання, розуміючи, що всі клітини рецепторної тканини працюють невибірково. Будемо вважати, що при рекомбінації радикалів зв'язується один електричний заряд і виділяється один квант енергії. У такому разі через щільність імпульсу j=evnoзнайдемо кількість noактів рекомбінації радикалів, які припадають на одиницю рецепторної тканини. Для радикалів різного типу вона становитиме no = (1,7 - 44,2)·1010 м-2 [4]. Щільність потоку енергії квантів визначимо як W= noh ?де h - постійна Планка, - частота кванта. Результати обчислень щільності потоку енергії квантів, яка надходить на одиницю поверхні рецепторної тканини в результаті рекомбінації радикалів, W 109 Дж/м2 такі:
(С6Н5)3С - С (С6Н5)3 1,3 - 3,3 Н - С2Н5 11,2 - 29,1
(СН3)3СО - ОС(СН3)3 4,42 - 10,9 С = С 12,0 - 31,1
С - О 6,1 - 15,9 Н - СН3 12,0 - 31,1
НО - ОН 6,4 - 16,2 Н - Н 12,2 - 31,7
С - С 7,4 - 19,3 О - Н 13,0 - 33,7
Н - С 9,44 - 24,5 Н - О2 13,7 - 35,6
Н - СН2 10,1 -26,2 С = О 13,8 - 36,0
Н - ОН2 10,4 - 27,1 О - О 13,9 - 36,2
Н - СН 10,5 - 27,4 N ? N 26,5 - 69,0
Для кількісної характеристики процесів у біологічному об'єкті введемо коефіцієнт енергоінформаційного обміну J, який являє собою кількість бітів інформації, що надходить на одиницю поверхні рецепторної тканини. J = W/i, де i= kln?- енергетична оцінка біта інформації, ? - ймовірність здійснення події (раніше було показано, що при двоїчній системі числення ?=2) для Т=36, 7° С = 310 К.
Коефіцієнти енергоінформаційного обміну рецепторної тканини нюхових органів людини наведено нижче.
(С6Н5)3С - С (С6Н5)3 21,8 Н - С2Н5 222
(СН3)3СО - ОС(СН3)3 83,7 С = С 238
С - О 122 Н - СН3 238
НО - ОН 125 Н - Н 242
С - С 147 О - Н 257
Н - С 188 Н - О2 272
Н - СН2 199 С = О 275
Н - ОН2 209 О - О 277
Н - СН 209 N ? N 527
Поглиблене вивчення дискретності спадковості пов'язане з ймовірною характеристикою хаотичних процесів у живій природі. Існує певний зв'язок між теоремою про незростання кількості генетичної інформації і другим законом термодинаміки. Зчитування генетичної інформації супроводжується енергетичними витратами за певною шкалою ентропії. Інформаційний підхід дозволяє поглибити розуміння руху енергії та стану ентропії в зв'язку з обміном генів у поколіннях клітин та організмів.
Список літератури:
1. Бионика. Под общ. ред. Решедько Л.В. - К.: Высшая шк., 1978.-278 с.
2. Бриллюэн Л. Наука и теория информации. - М.: Физматгиз, 1960.- 392 с.
3. Волькенштейн М.В. Молекулярная биофизика. - М.: Наука, 1975.- 328 с.
4. Кучин В.Д., Трофименко А.Л., Теодорович И.В. Феноменология нюха млекопитающих. // Наук. вісн. НАУ. - 2003. - Вип. 15. - С. 368-371
5. Улумбеков Э.Г., Чельшев Ю.А., Бойчук Н.В. и др. Гистология (введение в патологию). - М.: ГЭОТАР,1997. - 947 с.
6. Шредингер Э. Что такое жизнь с точки зрения физика. - М.: Атомиздат, 1972.- 248 с.
7. Энтропийный и негэнтропийный принцип информации в биологии В.Д.Кучин, А.Л.Трофименко, И.В.Теодорович, А.Б.Кириленко
Loading...

 
 

Цікаве