ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы МОЛЕКУЛЯРНАЯ СИГНАЛИЗАЦИЯ из "Перекрёстки науки" Самоорганизация происходит при развитии организма из зародышевой клетки по плану, заложенному в совокупности генов, в молекулах ДНК. В ДНК хранится память о длительной биохимической эволюции, которая и привела к существованию современного организма со всеми его наследственными признаками. В ходе эволюции возникли гены, ответственные за сущность данного биологического вида. Но ДНК помнит и об индивидуальных наследственных особенностях наших предков. В уже упоминавшейся книге Э. Шредингера Что такое жизнь с точки зрения физики рассказано о том, что у представителей австрийской династии Габсбургов на протяжении ряда столетий фигурировал индивидуальный наследственный признак — отвислая нижняя губа. [c.299] Очевидно, память обязательно должна существовать в любой самоорганизующейся системе. Без плана, без наличия кодирующего запоминающего устройства никакая самоорганизация невозможна. Более того, не только самоорганизующаяся система, но любое кибернетическое устройство, скажем вычислительная машина, не может функционировать без памяти, и в сущности такая машина есть не более чем средство, переводящее память нз одного состояния в другое. [c.299] Три вида памяти присущи организму многоклеточного животного. Генотипическая память, заложенная в ДНК и определяющая главные черты организма. Фенотипическая память о событиях, с которыми сталкивалась данная особь во время своей жизни, например, иммунитет к ряду заболеваний (наличие антител в организме, стр. 243). Но, конечно, сама способность синтезировать различные антитела также генетически закодирована. И, наконец, память в обычном смысле слова, запасаемая в центральной нервной системе животного. [c.300] Согласованная организация сложной дифференцированной системы, состоящей из частей, имеющих разную структуру и функции, возможна лишь при наличии связей между отдельными частями, через посредство которых осуществляется регуляция, управление системой. Организм — саморегулируемая система. В нем поддерживается гомеостазис — постоянные концентрации веществ, постоянные температура и давление. Очевидно, что поддержание гемеостазиса требует обратных связей. Управляющая система посылает сигналы управления неким приемным устройствам, но само приемное устройство сообщает управляющей системе, что сигналы следует изменить. Хороший пример управляющей системы с обратной связью — регуляция температуры в пчелином улье. Пчелиный рой это тоже своего рода единый организм отдельно друг от друга пчелы существовать не могут. Если температура в улье повышается выше нормы, пчелы-работницы перестают доставлять в улей мед, но приносят вместо него воду. Другие пчелы, находящиеся в улье, берут воду у прилетающих пчел и распыляют ее, усиливая испарение непрерывными взмахами крыльев. Обратная связь проявляется в том, что, как только температура в улье снижается, пчелы перестают забирать воду у прилетающих работниц и те вновь переходят на сбор меда. [c.300] В электронных машинах сигнализация имеет электромагнитную природу, а в живых организмах — химическую. Иными словами, и сигналами и рецепторами, т. е. приемниками сигналов, служат молекулы. Информация передается молекулой молекулам и заключена она в структуре и последовательности атомных групп. [c.301] Это фундаментальное общее положение означает перекресток двух главных путей развития теоретической биологии кибернетического и молекулярного. Кибернетика — наука об управлении и информации — занята общим феноменологическим описанием свойств живого организма как целостной сложной системы. Молекулярная биология выясняет конкретную природу процессов, ответственных за поведение такой системы. [c.301] Все это ужасно сложно и трудно, и мы находимся лишь на начальном этапе построения теоретической биологии. [c.301] Установление сущности молекулярных процессов в саморегулируемой и самоорганизующейся системе — задача несравненно более сложная, чем установление генетического кода. Кое-что, однако, уже удалось выяснить. [c.301] Зародышевая клетка, зигота, содержит весь план, всю программу дальнейшего развития многоклеточного организма. В первую очередь — это программа синтеза белков. [c.301] Развитие организма состоит не только в делении клеток, но и в их дифференциации. Взрослый организм содержит несколько сот различных типов клеток, и на первый взгляд нет ничего общего между, скажем, нервной клеткой и лейкоцитом (белым кровяным шариком). Функции специализированных клеток совершенно различны, хотя они содержат один и тот же набор хромосом, один и тот же набор генов. [c.301] Более того. Каждая клетка проходит определенный цикл развития во времени. Это значит, что одни белки синтезируются раньше, другие позже. Разные гены срабатывают в разное время, и нарушение такой временной регуляции означало бы решительное изменение жизнедеятельности клетки. [c.302] Эти предположения получали прямые опытные подтверждения в ряде работ, в частности, в исследованиях, проведенных советским биохимиком Р. В. Хесиным и его сотрудниками. Нужно ли говорить об исключительной важности таких работ Ведь они посвящены самой актуальной проблеме современной молекулярной биологии— проблеме дифференциации. [c.302] что пока удалось сделать для решения этой проблемы, относится главным образом не к клеткам многоклеточных организмов, а к бактериям. [c.302] Жакоб и Moho, блестящие французские ученые, удостоенные в 1965 году Нобелевской премии, детально изучили очень удачную модель генетической регуляции. Существуют разные мутантные штаммы все той же знаменитой кишечной палочки Es heri hia oli. Имеется штамм, вырабатывающий фермент -галактозидазу, способный превращать сахар (галактозу) в нужные для клетки вещества. И имеется другой штамм, который вырабатывает -галактозидазу лишь в присутствии некоторых низкомолекулярных соединений — индукторов. Первый штамм называется конститутивным, второй индуцируемым. [c.302] В чем же смысл индукции синтеза фермента в индуцируемом штамме Совокупность множества генетических и биохимических фактов приводит к следующей, достаточно надежно установленной картине. [c.302] Индуктор, вводимый в систему, соединяется с репрес-сором и переводит его в неактивную форму. Репрессор перестает действовать на ген-оператор, и оперон деблокируется, начинает работать. Синтезируется р-галакто-зидаза. Эти соотношения схематически показаны на рис. 89. [c.303] Имеется, следовательно, химическая сигнализация между генами, осуществляемая через посредство цитоплазмы. [c.303] Оперон Жакоба и Моно — сравнительно простая система генетической регуляции. Несомненно, что в многоклеточных организмах все происходит значительно сложнее. Но принципиальное значение оперона весьма велико установлено, что гены управляются химическими регуляторами, раскрыта природа одного из элементарных регуляторных процессов. [c.303] Сейчас известен ряд фактов, свидетельствующих о существенной регуляторной и организующей роли клеточных оболочек-мембран. Те же Жакоб и Моно показали, что удвоение цепи ДНК при делении бактериальной клетки связано с неким взаимодействием с веществом мембраны. При образовании многоклеточного организма путем многократных делений исходной, зародышевой клетки дочерние клетки взаимодействуют друг с другом посредством своих оболочек, и эти взаимодействия играют организующую роль. Клетки узнают друг друга, вернее, узнают мембраны. Если измельчить вплоть до клеток живую губку и поместить эти клетки во вращающийся сосуд, они образуют скопление, подобно чаинкам в стакане чая, помешанном ложкой. И в таком скоплении клетки вновь объединяются, губка воссоздается Более того, если проделать сходные эксперименты с ранними эмбрионами амфибий, го в клеточном скоплении происходит сортировка клеток и эмбрион образуется вновь. Похоже на то, что на клеточных поверхностях имеются какие-то специфические склеивающие вещества. [c.304] Мембранами сейчас много занимаются и биологи, и химики, и физики. Мембраны состоят из белков и липидов — жировых веществ, содержащих углеводородные гидрофобные цепочки и полярные группы. Мембраны — высокоорганизованные структуры, это несомненно, но об их детальном устройстве мы знаем еще очень мало. Между тем, множество основных биологических явлений связано со структурой мембран проникновение в клетку и выход из клетки различных веществ, т. е. функционирование клетки как открытой системы, и тем самым действие любых фармакологических средств на организмы. Проведение нервного возбуждения по длинному отростку нервной клетки определяется проницаемостью мембраны по отношению к ионам натрия и калия. Это бесконечно интересно и ван но, но обо всем ведь не расскажешь. [c.304] Вернуться к основной статье