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第32章 生化之美

序列的信息,熵,决定生命的存在,层次的耦合具有相似性

层次的序列结构,复杂网络,概率的组合,催化反应的连接

反馈作为基本的环路,周期的进行(生长,发育,和繁殖)

网络的协调,新陈代谢和内环境的稳态

膜的出现,势差的层级

进化的爆炸式基数增长和选择性的淘汰

识别是层次耦合的关键

细胞作为结构与功能的基本单位,新序列的产生,内部有一定的膜系统

细胞的大小,序列的收敛半径;细胞器的亚层结构

层次结构的集成

多层次的调节是概率网络的特征

基本单位的共性(H2NCCOOH)和特性(R基)是层次形成的基本,同时在整体的运算使得层次不断跃迁。从一维的序列到二维的模体到三维的结构,每个层次都有一定的内部分布如局域富集化,层次之间有相似性,将其R基的相互作用视为概率的处理,在网络的层次能够构建实物的理想化

核酸的序列的层次体现在功能层次的表达,从而对层次内部的排列造成影响(如转座子,基因片段的整体变换,易位,重复,倒位)

简单分子(磷酸基团,乙xian辅酶A)作为一定的流动维持整体的运动协调,形成多个循环的耦合(三羧酸循环)。耦合是有向的,即概率连接的,这是网络的层次的无限组合中经过自然选择得出的有限优化解。

膜是层次的一种比较大的划分,其制造的势差是生物维持自身低熵和消化外界低熵的必须。其是整体的一个本征,循环耦合的一个实体。流动镶嵌模型是个很好的模拟,在膜的层次,有一定的亚层(脂筏),处于动态的流动(流动的方向速度是其他层次的运算的结果),其内部也在不断更新

酶的作用机理是改变分子反应的自由能,这是一种整体的表述,在我看来,这是因为酶的结构改变分子碰撞导致的反应的路径的概率,一些不必要的试错被省略,可以沿着一定的路径进行反应,因而需要的能量减少(隐含假设,概率的实现需要能量的参与,概率=能量)。酶的作用有一定的序列和结构,如呼吸链的传递体的排列

在机体的网络中,可能发生的事情一定会发生,只要我们确定其发生的时间尺度远大于我们期望的有效作用时间(如人患癌症是必然发生的,但对个体来说生前不被困扰就行,类似于我死后哪管洪水滔天)。因而网络的自稳态还是需要一些不可缺乏的要素,不能通过代偿弥补,如必要的氨基酸和维生素。其可构成一些层次的中心节点。即机体可以通过耦合到更大层次的系统得以完整(生态系统满足人的需要)

激素是整体层次的调节,其结果是统计式的网络运算,即可能在不同部位产生不同的效应,但在整体层次可以表达出一定的性质,即本征。同时由于网络的特性,任何本征的表达都是本征的群体的适合当前环境的表达(使得具有缓冲和适应环境的性质)。层次的相似性使得这种性质在多层次得以体现。

新陈代谢是机体多层次的耦合的结果,在排列组合中形成的一个个层次(一定的物质倾向于形成层次)即各个循环,一定的循环又可以通过组合形成更大的循环体,他们需要一定的输入以维持循环的构建(失去速度就失去持续的可能性),因而有充当信使的分子沟通各个层次和层次的层次(都是网络的选择性表达):ATP,磷酸基团,丙tong酸,乙xian辅酶A等等。比较普遍的是糖,脂质,氨基酸,核苷酸的分解合成代谢,这是网络的选择性的路径表达。其更底层的是中心法则:DNA—RNA—PROTEIN,各个层次的合成分解也是特定的网络式的概率表达,整体的性质是适应环境的变化(求本征),其细胞代谢和表达调控是机体的作用基础。同时也耦合于机体的整体变化(人活着才能有细胞的持续网络表达,虽说人死了还是有一些细胞活着,但不多也不持久,从整体的利益出发,互为照应是一种均衡)

细胞代谢的调节网络:酶活性,细胞信号,基因表达调控

调控网络不仅是一种作用,其也是一种结构:

在比较大的基数下一般的规律容易体现,即概率的表达,这与数学的极限概念相似。因而在人体的30亿的碱基对中就可以有不同的层次表达:,首先是不同的碱基序列形成的编码和非编码区域,其形成的结构使得有不同的控制元件的出现和分布,然后是基因和非编码基因区域在染色体内部的分布,最后形成的46条染色体又是一定层次的收敛。每个层次之间同样有着一定的作用和交流(如转录因子),同时它们的表达的概率是不一样的,这点由不同层次的耦合来确定,如DNA的甲基化和蛋白质的磷酸化,变化在底层是剧烈的如同量子涨落,在宏观层次则体现出一定的整体性质即本征,这点是我们可以看到和理解的

细胞是一种量子化的概念理解,基于可以独立存在的假设。然而细胞不可以独立存在,只有基于一个更大的网络才能存在(层次跃迁:分子-细胞器-细胞-组织-器官-系统-机体-群体-物种-生态系统,每个层次有自身的内部循环且层次之间有作用影响),我倾向于将其视为网络,量子化的理解可以视为是网络的路径表达,即本征。任何层次总能找到包容和被包容的层次,根据层次的相似性所以层次形成一个整体。

不同的表达(A*B)可以视为量子衍生的网络的矩阵的运算,其连接需要同样的基底。同时其形成层次的机制与蛋白质的氨基酸连接相似,有共性和特性,层次的局域化,层次的相似性

网络的收敛半径是很重要的,如细胞的大小就是一个很好的例子。

网络的理解形式使得观察只是一次表达,需要多次的观察从而分析其出现的频率才能理解其网络形式

细胞必须和细胞外基质一起理解

细胞通讯和信号转导就是网络的结构,每一步的连接都是概率的,通过整体的耦合,使得能够发挥出整体的性质,一种本征。

生物的行为都是层次耦合的网络选择性表达,基于层次的循环特性和整体的生命周期性行为,我们可以将生物的一切行为视为多周期的耦合(概率网络),其具体的表达可能有所不同,但在更大的层次又可以涌现出周期的规律(可被观测)

网络的数学形式以微分方程表示,其有特征解和一般解(系数可以不一样,这是一种选择性表达),其都是周期的。同时可以泰勒级数展开成多层次(可否视为本征的运算?)

周期的耦合必然有傅里叶分析

转化是input通过一个循环变成output的过程,,这循环就是量子层次,生物分子的转化

己糖激酶是调控酶,受葡萄糖-6-磷酸的抑制(不可逆反应决定网络的方向,调控是多层次的,使得网络处于一个动态平衡)

循环链的进行是更高层次的概率坍缩,如呼吸链,其组分的性质有一定的分层,这是作用的顺序,但其分布不均匀,从而导致一定的概率

新陈代谢是网络的整体状态,其可以视为一个波函数,不同的观测即不同层次的耦合使得其表达为不同的路径或本征,其中表达的概率大的就是中心节点,小的就是一般节点,这是有一定的分布的。其可以根据不同标准分为不同的类别组合:激活和抑制;合成和分解;但其势必有一定的路径耦合这些相对独立的通路(如中心节点的路径)

游离酶的集合,多酶复合体的耦合,膜结合酶的分布

能量=速度=网络的稳定=交流(辅酶A,FMN,FAD递能)

分解代谢和合成代谢的调控势必经过网络的震荡最终形成一定的层次耦合的结构,但这是剧烈变动的,需要一定的比较稳定的节点来调节,即相对独立的区域如细胞器。

信号传递本质上是变化和抵抗性变化的综合作用,不同的可能变化的连接不断的构建和断裂,使得有一定模式涌现,即本征。

不同层次有着不同收敛半径的环路

复杂的信号传递系统,其本征的结果用来调控机体活动,或者说机体活动是网络的本征,即概率的选择性表达。这是多层次的耦合,也是分布函数的耦合

特定的物质,即信号分子,和特定的组合,即受体,其作用的形式是通过改变概率,再在大规模的层次选择性表达获得一定的本征活动

通路就是网络的比较大概率的本征,路径的个体是概率性连接的

信号本身是由细胞分泌,说明网络是不同层次的耦合的结构,这也是分工的边际效用的一个例子(外来的和尚好念经等等)

信号分子(蛋白质,氨基酸,类固醇,脂酸衍生物,气体)本身就有一定的结构,即信息,使得其能够和受体匹配,这依赖一维的相似性和空间结构的相似性。其分布也是网络的一个结构,神经(不同的部位也有不同的效应),内分泌等等的组织(大的层次)和旁分泌(小的层次,扩散范围和作用时间)还有细胞内部的调节

细胞内部是多层次的耦合,这种模式由染色体的基因表达得以保障,其也是基因的形成的原因(信息富集),无机离子,各种有机衍生物是随机地进行调节,只有在足够大的时空范围才能将改变的概率表达,而且还有组织,器官等等的层次的稳态调节

以受体的匹配或结合为作用的基本单位,扩散到离子通道蛋白,蛋白的活性,修饰,可以最终影响各个层次的表达

层次的偶联,是变化带动变化的关键,网络的本征。10111001010110101110的网络激活和抑制

互动是多层次的耦合,这是交流的方式,使得本征得以体现

信息通路的耦合,形成一个矩阵,其不同层次的缺失或者过度表达使得其本征的表达不同。

位置(膜,器膜,神经,内分泌等等的分布),作用形式(激活或抑制,网络的本征),保守结构和可变区的耦合

概率是一种比例,比例有一定的结构,理想情况是平衡的达成如K。但现实是波动的,我们要确保比例在一定范围内波动就可以保证网络系统的稳态

部位不同的细胞有着结构组成,物质代谢等等的异质性

肝在脂类代谢的中心地位,其在五行是木,主和顺:肝是血糖的缓冲体系,脂类代谢,蛋白质的合成分解代谢

生物转化,不同层次的代入,需要中心的节点如乙xian辅酶A,TCA,ATP

偶联:代谢物转变时释放的自由能提供另一种代谢物的转变,一个热力学上不利的反应可被热力学有利的反应驱动,放能反应时生成高能化合物提供吸能反应所需的自由能

肝一方面调节脂酸氧化(线粒体)与酯化(内质网)的关系,另一方面调节乙xianCoA进入三羧酸循环氧化分解与合成tong体的关系。

当肝内脂肪的分解与合成失去平衡,或输出发生障碍时,脂肪(主要是甘油三酯和脂肪酸)就会在肝实质细胞内过量积聚。

肝性脑病,神经递质被芳香族胺由于其相似性造成混淆,这是网络的部分耦合的结果,加上其不能进行选择,于是形成混乱的状态

血液是流动的组织使得网络得以完整,细胞(红细胞,白细胞),蛋白(血浆蛋白,血红素),作为交换的一层膜,同时也是修复伤口的关键

有阴必有阳,即必然有相抗的力量对比才能生存,这本身就是一个平衡。如酶的功能有激活或抑制,同时也有酶的激活或抑制剂,这是层次的叠套

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