Philosophical Aspects of Enzymatic Catalysis

  • Marian Wnuk

Abstract

Two formulations of the philosophical analysis of living phenomena have been presented. First of them is the classical analysis (i. e. Aristotelian-Thomist's one) done by P. Lenartowicz and the other one has been done by the present author. The latter is carried out from the point of view of the philosophy of systems and information. Both analyses attempted to elucidate the essence of the enzymatic catalysis. The following problems have been reviewed and discussed: (i) the role of enzymes in epigenesis and integration coming into effect on the molecular level of the life organization; (ii) the relation between the knowledge on enzymes and the philosophical problems of the essence and origin of life; (iii) information as the essence of the universe and life; (iv) enzymes as the processors of mass, energy, and information; (v) the genesis of life as the information process and the catalytic properties of some ribonucleic acids. In the result of the analyses, it has been concluded that the system-information philosophy is more adequate than the classical one. In the context of the empirical data, as well as the theoretical concepts, mainly of F. -A. Popp and T. Stonier, it has been hypothesized that: (i) life should be regarded as the form of the information transferred on the electromagnetic carrier; (ii) macromolecular catalysts as cavity resonators of the coherent photon field were probably the primordial minimal living systems; (iii) life might spread itself by inducing the catalytic processes and controlling them as to reorganize the systems of fermions-bosons-infons in the autonomous systems containing more infons and bosons; (iv) the existence of the "organisms" which process only information and energy is possible.

References

BaillyF., Gaill F., Mosseri R., Orgons and biolons in theoretical biology: Phenomenological analysis and quantum analogies. „Acta Biotheoretica” 1993, 41(1-2): 3-11.
Baumann U., Oró J., Three stages in the evolution of the genetic code. „BioSystems” 1993, 29(2-3): 133-141.
Bechtel W., Reconceptualization and interfield connections: the discovery of the link between vitamins and coenzymes. „Philosophy of Science” 1984, 51(2): 265-292.
Bistolfi F., A hydrogen-harps model for intracellular communication and its implications for the second genetic code. „Panminerva Med.” 1990, 32: 4-9.
Bistolf i F., Biostructures and Radiation. Order Disorder. Torino: Edizioni Minerva Medica, 1991.
Bray D., Protein molecules as computational elements in living cells. „Nature” 1995, 376(6538): 307-312.
Bulkley D. H., An electromagnetic theory of life − II: Testing. „Medical Hypotheses” 1992, 38: 305-310.
Bulkley D. H., Cell chemistry triggered by EM signals. Experimental evidence of basic electromagnetics of life. [w:] Speculations on The Electromagnetics of Life. Seattle: The Seattle Institute for the Life Sciences. 6519 − 40th. Ave. Seattle. WA 98115; 1992; 18, 8 pp.
Bulkley D. H., The electromagnetic order that inderlies the chemistry of life. [w:] Speculations on The Electromagnetics of Life. Seattle: The Seattle Institute for the Life Sciences, 6519 − 40th. Ave. Seattle. WA 98115; 1992; 16, 16 pp.
Cech T. R., The efficiency and versatility of catalytic RNA − Implications for an RNA world. „Gene” 1993, 135(1-2): 33-36.
Cech T. R., Bevilacqua P. C., Doudna J. A., McConnell T. S., Strobel S. A., Weinstein L. B., Mechanism and structure of a catalytic RNA molecule. [w:] Proceedings of The Robert A. Welch Foundation 37th Conference on Chemical Research. 40 Years of the DNA Double Helix, 1993 Oct 25, Houston, Texas, 1993: 91-110.
Chauvet G. A., Costalat R., On the functional organization in a biological structure: The example of enzyme organization. „Compt. Rend. Acad. Sci., Ser. III − Sciences de La Vie − Life Sci.” 1995, 318(5): 529-535.
Chela-Flores J., The collective biology of the gene: Towards genetic dynamics engineering. Trieste: International Atomic Energy Agency and United Nations Educational Scientific and Cultural Organization, International Centre for Theoretical Physics, 1985, IC/85/277, 42 pp.
Chela-Flores J., Evolution as a collective phenomenon. „J. Theoret. Biol.” 1985, 117: 107-118.
Chela-Flores J., Towards a collective biology of the gene. „J. Theoret. Biol.” 1987, 126(2): 127-136.
Chela-Flores J., Are viroids molecular fossils of the RNA world? „J. Theoret. Biol.” 1994, 166(2): 163-166.
Conrad M., The seed germination model of enzyme catalysis. „BioSystems” 1992, 27(4): 223-233.
Dick T. P., Schamel W. W. A., Molecular evolution of transfer RNA from two precursor hairpins: Implications for the origin of protein synthesis. „J. Mol. Evol.” 1995, 41(1): 1-9.
Ebeling W., Feistel R., Theory of self-organization and evolution − The role of entropy, value and information. „J. Non-Equilibrium Thermodyn.” 1992, 17(4): 303-332.
Edwards M. R., A possible origin of RNA catalysis in multienzyme complexes. „Origins Life & Evol. Biosphere” 1989, 19(1): 69-72.
Eigen M., The origin of genetic information − Viruses as models. „Gene” 1993, 135(1-2): 37-47.
Elitzur A. C., Let there be life. Thermodynamic reflections on biogenesis and evolution. „J. Theoret. Biol.” 1994, 168(4): 429-459.
Ellington A. D., Experimental testing of theories of an early RNA world. [w:] Zimmer E. A., White T. J., Cann R. L., Wilson A. C. (Eds.), Molecular Evolution: Producing the Biochemical Data. San Diego: Academic Press Inc., 1993: 646-664.
Ferris J. P., Catalysis and prebiotic RNA synthesis. „Origins Life & Evol. Biosphere” 1993, 23(5-6): 307-315.
Forterre P., Looking for the most "primitive" organism(s) on Earth today: The state of the art. „Planetary & Space Sci.” 1995, 43(1-2): 167-177.
Fu D. J., Benseler F., McLaughlin L. W., Hammerhead ribozymes containing non-nucleoside linkers are active RNA catalysts. „J. Amer. Chem. Soc.” 1994, 116(11): 4591-4598.
Gesteland R. F., Atkins J. F. (Eds.), The RNA World. New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1993.
Goodwin B. C., Developing organisms as self-organizing fields. [w:] Yates F. E., Garfinkel A., Walter D. O., Yates G. B. (Eds.), Self-Organizing Systems. The Emergence of Order. New York: Plenum Press; 1987: 167-180.
Hartman H., Speculations on the origin of the genetic code. „J. Mol. Evol.” 1995, 40(5): 541-544.
Illangasekare M., Sanchez G., Nickles T., Yarus M., Aminoacyl-RNA synthesis catalyzed by an RNA. „Science” 1995, 267(5198): 643-647.
Joyce G. F., RNA evolution and the origins of life. „Nature” 1989, 338(6212): 217-224.
Kajta S., Włodzimierza Sedlaka kwantowa teoria życia. [w:] Lubański M., Ślaga Sz. W. (Red.), Z Zagadnień Filozofii Przyrodoznawstwa i Filozofii Przyrody. Warszawa: ATK, 1991, 12: 11-283.
Kanavarioti A., Template-directed chemistry and the origins of the RNA world. „Origins Life & Evol. Biosphere” 1994, 24(6): 479-494.
Kellershohn N., Ricard J., Coordination of catalytic activities within enzyme complexes. „Eur. J. Biochem.” 1994, 220(3): 955-961.
Kloskowsk i K., Hipercykl jako model abiogenezy. [w:] Lubański M., Ślaga Sz. W. (Red.), Z Zagadnień Filozofii Przyrodoznawstwa i Filozofii Przyrody. Warszawa: ATK, 1985, 7: 257-280.
Koruga D., Neuromolecular computing. „Nanobiology” 1992, 1: 5-24.
Kowalczyk E., O istocie informacji. Warszawa: Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, 1981.
Kuhn H., Waser J., On the origin of the genetic code. „FEBS Lett.” 1994, 352(3): 259-264.
Kunicki-Goldfinger W. J. H., Rola informacji w układach biologicznych. „Studia Philosophiae Christianae” 1995, 31(1): 49-57.
Küppers B. O., Geneza informacji biologicznej. Filozoficzne problemy powstania życia. (tł. niem.) Warszawa: PWN, 1991.
Lahav N., Prebiotic co-evolution of self-replication and translation or RNA world? „J. Theoret. Biol.” 1991, 151(4): 531-539.
Lahav N., The RNA-world and co-evolution hypotheses and the origin of life − Implications, research strategies and perspectives. „Origins Life & Evol. Biosphere” 1993, 23(5-6): 329-344.
Lamond A. I., Gibson T. J., Catalytic RNA and the origin of genetic systems. „Trends Genet.” 1990, 6(5): 145-149.
Latawiec A. M., Pojęcie informacji biologicznej. [w:] Kłósak K., Lubański M., Ślaga Sz. W. (Red.), Z Zagadnień Filozofii Przyrodoznawstwa i Filozofii Przyrody. Warszawa: ATK; 1982; 4: 213-229.
Latawiec A. M., Koncepcja informacji biologicznej. [w:] Kłósak K., Lubański M., Ślaga Sz. W. (Red.), Z Zagadnień Filozofii Przyrodoznawstwa i Filozofii Przyrody. Warszawa: ATK; 1983; 5: 151-259.
Latawiec A., Od informacji do sztucznej inteligencji. „Studia Philosophiae Christianae” 1995, 31(1): 33-47.
Lazcano A., Miller S. L., How long did it take for life to begin and evolve to cyanobacteria? „J. Mol. Evol.” 1994, 39(6): 546-554.
Lenartowicz P., Elementy filozofii zjawiska biologicznego. Kraków: Wydawnictwo Apostolstwa Modlitwy, 1986.
Lubański M., Filozoficzne zagadnienia teorii informacji. Warszawa: ATK; 1975.
Lubański M., Życie w ujęciu bioelektroniki i teorii regulonów. [w:] Lubański M., Ślaga Sz. W. (Red.), Z Zagadnień Filozofii Przyrodoznawstwa i Filozofii Przyrody. Warszawa: ATK, 1991, 13: 91-108.
Lubański M., Informacja − system. [w:] Heller M., LubańskiM., Ślaga Sz. W., Zagadnienia filozoficzne współczesnej nauki. Wstęp do filozofii przyrody. Warszawa: ATK, 1992: 13-153.
Lubański M., Wszechświat informacyjny. [w:] Knappik J. J. (Red.), Jaki światopogląd odpowiada rzeczywistości? Agnostycy w drodze do poznania stwórcy. Księga ku czci Franza Kardynała Königa. Katowice: Księgarnia św. Jacka, 1993: 72-84.
Maizels N., Weiner A. M., The genomic tag hypothesis: Modern viruses as molecular fossils of ancient strategies for genomic replication. [w:] Gesteland R. F., Atkins J. F. (Eds.), The RNA World. New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1993: 577-601.
Marijuan P. C., Enzymes and theoretical biology: sketch of an informational perspective of the cell. „BioSystems” 1991, 25(4): 259-274.
Marijuan P. C., Enzymes, artificial cells and the nature of biological information. „BioSystems” 1995, 35(2-3): 167-170.
Marijuan P. C., Westley J., Enzymes as molecular automata − A reflection on some numerical and philosophical aspects of the hypothesis. „BioSystems” 1992, 27(2): 97-113.
Mazierski S., Prolegomena do filozofii przyrody inspiracji arystotelesowsko-tomistycznej. Lublin: Wydawnictwo Towarzystwa Naukowego KUL, 1969.
Miller D. A., Agency as a quantum-theoretic parameter-synthetic and descriptive utility for theoretical biology. „Nanobiology” 1992, 1: 361-371.
Muir A., Holism and reductionism are compatible. [w:] Rose S. (Ed.), Against Biological Determinism. The Dialectics of Biology Group. London−New York: Allison & Busby, 1982: 122-135.
Niedersen U., Alwin Mittasch − Katalysechemiker, Katalysehistoriker und Katalysephilosoph. „Wiss. Z. Univ. Halle” 1986, 35(5): 151-158.
Ohnishi K., Evolutionary meanings of the primary and secondary structures of the "UR-RNA", a primitive possibly self-replicating ribo-organism commonly ancestral to tRNAs, 5S-rRNA and virusoids. [w:] Gruber B., Yopp J. H. (Eds.), Symmetries Sci. 4 [Proc. Symp.], 1989. New York: Plenum, 1990: 147-176.
Ohnishi K., Selfish origin of virusoids from M1 RNA-like ribozyme homologous to the E. coli rrnD operon, as viewed from the origin and evolution of tRNA. „Endocytobiosis Cell Res.” 1992, 8(2/3): 109-120.
Olsen G. J., Woese C. R., Ribosomal RNA: A key to phylogeny. "FASEB J." 1993, 7(1): 113-123.
Orgel L. E., RNA catalysis and the origins of life. „J. Theoret. Biol.” 1986, 123(2): 127-149.
Orgel L. E., Crick F. H. C., Anticipating an RNA world − Some past speculations on the origin of life − Where are they today. "FASEB J." 1993, 7(1): 238-239.
Pace N. R., Brown J. W., Evolutionary perspective on the structure and function of ribonuclease P, a ribozyme. "J. Bacteriol." 1995, 177(8): 1919-1928.
Pace N. R., Marsch T. L., RNA catalysis and the origin of life. "Origins Life" 1985, 16(2): 97-116.
Popławski R. P., Termodinamika informacionnych prociessow. Moskwa: Izd. Nauka, 1981.
Popp F. -A., Photon storage in biological systems. [w:] Popp F. -A., Becker G., König H. L., Peschka W. (Eds.), Electromagnetic Bio-Information. Proceedings of the Symposium, 1977 Sep. 5, Marburg. München: Urban & Schwarzenberg, 1979: 123-149.
Popp F. -A., Biologia światła. (tł. z niem.), Warszawa: Wiedza Powszechna, 1992.
Popp F. -A., Evolution as expansion of coherent states. [w:] Rubik B. (Ed.), The Interrelationship between Mind and Matter. Philadelphia, PA: Center for Frontier Sciences, Temple University, 1992: 249-281.
RobertsonM.P., Miller S. L., Prebiotic synthesis of 5-substituted uracils: A bridge between the RNA world and the DNA-protein world. „Science” 1995, 268(5211): 702-705.
Schwartz A. W., The RNA world and its origins. „Planetary & Space Sci.” 1995, 43(1-2): 161-165.
Sedlak W., ABC elektromagnetycznej teorii życia. „Kosmos, Seria A: Biologia” 1969, 18(2(97)): 155-174.
Sedlak W., Wstęp do elektromagnetycznej teorii życia. „Roczniki Filozoficzne” 1970; 18(3 (Filozofia Przyrody)): 101-126.
Sedlak W., Is life an electromagnetic phenomenon? [w:] Sedlak W. (Red.). Bioplazma. Materiały z I Konferencji poświęconej bioplazmie; 9 maja 1973; Katolicki Uniwersytet Lubelski, Lublin: Red. Wyd. KUL; 1976: 73-81.
Sedlak W., Postępy fizyki życia. Warszawa: Inst. Wyd. PAX, 1984.
Sedlak W., Wykłady o bioelektronice. Warszawa: Studencka Oficyna Wydawnicza ZSP „Alma-Press” O/Warszawa, 1987.
Sedlak W., Wprowadzenie w bioelektronikę. Wrocław−Warszawa− Kraków−Gdańsk−Łódź: Zakład Narodowy im. Ossolińskich − Wydawnictwo, 1988.
Sławińska D., Sławiński J., Low-level luminescence from biological objects. [w:] Burr J. G. (Ed.), Chemi- and Bioluminescence. New York: M. Dekker, Inc.; 1985: 495-531.
Sławiński J., Stany wzbudzone i fotony jako możliwe czynniki informacyjno-kontrolne procesów życiowych. „Post. Fiz. Med.” 1982, 17(3-4): 59-68.
Sławiński J., Generowanie i emisja fotonów w układach biologicznych. [w:] Zon J., Wnuk M. (Red.), Perspektywy bioelektroniki. Lublin: Red. Wyd. KUL; 1984: 27-41.
Stonier T., Information and the Internal Structure of the Universe: An Exploration into Information Physics. London New York: Springer-Verlag, 1990.
Symons R. H., Ribozymes. „Curr. Opinion Struct. Biol.” 1994, 4(3): 322-330.
Szathmary E., Coding coenzyme handles − A hypothesis for the origin of the genetic code. „Proc. Nat. Acad. Sci. USA” 1993, 90(21): 9916-9920.
Ślaga Sz. W., Eigena fizykalny model ewolucji prebiotycznej. [w:] Kłósak K. (Red.), Z Zagadnień Filozofii Przyrodoznawstwa i Filozofii Przyrody. Warszawa: ATK, 1979, 3: 121-152.
Ślaga Sz. W., U podstaw biosystemogenezy. [w:] Lubański M., Ślaga Sz. W. (Red.), W poszukiwaniu prawdy. Pamięci profesora Kazimierza Kłósaka. Warszawa: ATK, 1987: 174-201.
Ślaga Sz. W., Teleonomia organizacji biosystemów. „Studia Philosophiae Christianae” 1991, 27(2): 65-81.
Ślaga Sz. W., Życie − ewolucja. [w:] Heller M., Lubański M., Ślaga Sz. W., Zagadnienia filozoficzne współczesnej nauki. Wstęp do filozofii przyrody. Warszawa: ATK; 1992: 283-411.
Ślaga Sz. W., Dwie interpretacje genezy informacji biologicznej. „Studia Philosophiae Christianae” 1995, 31(1): 59-81.
Treumann R. A., Evolution of the information in the Universe. "Astrophys. & Space Sci." 1993, 201(1): 135-147.
Trevors J. T., Molecular evolution in bacteria. "Antonie Van Leeuwenhoek Int. J. Gen. Mol. Microbiol." 1995, 67(4): 315-324.
Urbańsk i M., Kwantowe wzbudzenia kolektywne w układach żywych. [w:] Sedla k W., Zon J., Wnuk M. (Red.), Bioplazma. Materiały II Krajowej Konferencji nt. bioplazmy, 18 grudnia 1985, Katolicki Uniwersytet Lubelski. Lublin: Red. Wyd. KUL, 1988: 21-39.
Urbański M., Kwantowa teoria struktur makroskopowych (układy żywe). [w:] Sedlak W., Zon J., Wnuk M. (Red), Bioelektronika. Materiały VI Sympozjum, 20-21 listopada 1987, Katolicki Uniwersytet Lubelski, Lublin: Red. Wyd. KUL, 1990: 65-73.
Visser C. M., Evolution of biocatalysis. 1. Possible pre-genetic code RNA catalysts which are their own replicase. "Origins Life" 1984, 14(1-4): 291-301.
Visser C. M., Evolution of biocatalysis. 2. Nicotinamide and/or flavin-containing RNA molecules as possible pregenetic-code replicating oxido-reductases. "Origins Life" 1984, 14(1-4): 301-306.
Wetzel R., Evolution of the aminoacyl-tRNA synthetases and the origin of the genetic code. "J. Mol. Evol." 1995, 40(5): 545-550.
Wnuk M., Rola układów porfirynowych w ewolucji życia. Warszawa: ATK, 1987.
Wnuk M., Bioelectronic aspect of enzymatic catalysis. „Roczniki Filozoficzne” 1987-1988, 35-36 (z. 3 (Filozofia Przyrody)): 119-124.
Wnuk M., Możliwość udziału plazmy fizycznej w katalizie enzymatycznej. [w:] Sedlak W., Zon J., Wnuk M. (Red.), Bioplazma. Materiały II Krajowej Konferencji nt. bioplazmy, 18 grudnia 1985, Katolicki Uniwersytet Lubelski. Lublin: Red. Wyd. KUL, 1988: 97-112.
Wnuk M., Bioelektroniczny aspekt pochodzenia i ewolucji enzymów. [w:] Sedlak W., Zon J., Wnuk M. (Red.), Bioelektronika. Materiały VI Sympozjum, 20-21 listopada 1987, Katolicki Uniwersytet Lubelski. Lublin: Red. Wyd. KUL, 1990: 151-155.
Wnuk M., Włodzimierza Sedlaka idea sprzężenia chemiczno-elektronicznego w organizmach. „Roczniki Filozoficzne” 1991-1992, 39-40 (z. 3 (Filozofia Przyrody)): 103-120.
Wnuk M., Enzymy jako nanoprocesory − perspektywa bioelektroniczna. „Roczniki Filozoficzne” 1995, 43 (z. 3 (Filozofia Przyrody i Ochrona Środowiska)): 127-154.
Wnuk M., Życie jako forma istnienia informacji elektromagnetycznej. „Studia Philosophiae Christianae” 1995, 31(2): (w druku.)
Wnuk M., Biosystemy elektroniczne a pierwotne środowisko życia. [w:] Zon J., Wnuk M. (Red.), VII Sympozjum Bioelektroniki nt. Wpływ czynników środowiska na organizm jako system elektroniczny, 16-17 grudnia 1994, Katolicki Uniwersytet Lubelski. Lublin, (19 str., w druku).
Yang J. H., Cedergren R., Nadalginard B., Catalytic activity of an RNA domain derived from the U6-U4 RNA complex. „Science” 1994, 263(5143): 77-81.
Yarus M., How many catalytic RNAs? Ions and the Cheshire Cat conjecture. "FASEB J." 1993, 7(1): 31-39.
108.Zięba S., Istota życia w monistycznych i pluralistycznych teoriach bytu. „Roczniki Filozoficzne” 1976, 24(z. 3 (Filozofia Przyrody)): 77-88.
109.Zięba S., Analiza filozoficzna bioelektronicznej koncepcji życia. „Roczniki Filozoficzne” 1982, 30/3 (Filozofia Przyrody): 81-95.
110.Zon J., „Topografia” badań w dziedzinie bioelektroniki. [w:] Sedlak W., Zon J., Wnuk M. (Red.), Bioelektronika. Materiały VI Sympozjum, 20-21 listopada 1987, Katolicki Uniwersytet Lubelski. Lublin: Red. Wyd. KUL, 1990: 11-34.
Published
2020-11-16
Section
Articles