Временная организация клетки. Динамическая теория внутриклеточных регуляторных процессов - Гудвин Б.
Скачать (прямая ссылка):
конечного продукта Мт. Однако при различных состояниях клетки полная
активность всей цепи будет контролироваться разными компонентами. Это
приводит к своеобразному вырождению эпигенетических состояний системы,
при котором ее можно описать без особенных математических затруднений.
Если генетические локусы, соответствующие некоторым ферментам в цепи, не
подвержены репрессии, то состояние этих локусов просто не зависит от
каталитической активности ферментов цепи (поскольку мы предполагаем
отсутствие связи между локусами L2, . . . . . ., Lm). Если в цепи имеются
локусы такого типа, то их активность будет зависеть только от
концентрации предшественников. Но если такой локус входит в цепь,
изображенную на фиг. 6, то количество фермента, им синтезируемого, не
должно быть фактором, ограничивающим скорость процесса в цени. В
противном случае цепь не будет управляться сигналом обратной связи.
Однако неуправляемый локус может служить ограничителем, определяющим
максимальную концентрацию Мт. Это означает, что при полной дерепрессии
скорость будет лимитироваться ферментом, синтезируемым «свободным»
локусом. Тогда динамика системы становится очень простой: система
оказывается в стационарном состоянии, а обратная связь уже не действует.
Весьма вероятно, что подобная ситуация осуществляется в клетке при
условиях, оптимальных для роста, нанример в бактериальных клетках в
период экспоненциального роста. В этот момент динамика клетки максимально
необратима и многие тонкие регуляторные механизмы оказываются
выключенными из-за насыщения. Здесь еще раз следует подчеркнуть, что
главной целью данной работы является не исследование динамики таких
находящихся в «насы-
86
ГЛАВА 4
щении» систем, а изучение динамики внутриклеточных механизмов управления
в стационарном состоянии или в период, когда клетка непрерывно и медленно
адаптируется к изменяющимся условиям среды.
В случае когда локусы Lu Lz, . . ., Lm сцеплены в одном участке
хромосомы, что, по-видимому, имеет место у сальмонеллы [13], появляется
другая возможность. Такая группа сцепленных генов может контролироваться
одним оператором, примыкающим к Однако в этом случае деятельность локусов
не будет управляться индивидуально, и поэтому лимитирующим фактором в
цепи может оказаться не концентрация фермента Ylt а концентрация какого-
либо другого фермента, скажем Yt, или даже различных ферментов при
различных условиях, как уже говорилось при обсуждении множественной
репрессии. Однако существование единого оператора для всей цепи позволяет
рассматривать всю группу сцепленных генов как одну элементарную единицу.
Если фермент Yt лимитирует выработку Мт, то он тем самым управляет
степенью репрессии всей группы и, следовательно, локуса Lt. Таким
образом, мы вновь имеем замкнутый контур, динамика которого идентична
динамике простейшей схемы, описываемой уравнениями (14).
Хотя выше мы показали, что наша простейшая модель может быть
приспособлена ко многим ситуациям в клетке (их,число даже больше, чем
кажется на первый взгляд), тем не менее она все еще весьма далека от
реальной системы. Часть ограничений, связанных с этой моделью, будет
устранена при обсуждении систем с сильной связью. Однако есть более
существенные расхождения, которые определяются тем, что мы имеем дело с
моделью гомогенной, а не гетерогенной системы. Эта проблема будет вкратце
обсуждена в конце главы, после того как мы исследуем системы с сильными
связями. Однако, как уже отмечалось, для того чтобы разведать пути
теоретического и экспериментального подхода к столь сложной проблеме,
необходимо применить методы строго классического анализа и только после
этого можно перейти к значительно более сложному функциональному анализу,
который, скорее всего, и обеспечит успех теории.
ДИНАМИКА ЭПИГЕНЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ 87
СИСТЕМЫ С СИЛЬНОЙ СВЯЗЬЮ
Обращаясь к проблеме сильных связей между автономными компонентами,
рассмотрим сначала ситуацию, изображенную на фиг. 2. Здесь метаболит Mi
репрессирует не только локус но также и второй локус, Ь2, а метаболит М2
в свою очередь действует и на Ь2, и на Lx. Мы снова примем, что репрессия
может быть описана выражением, аналогичным изотерме адсорбции. Кроме
того, будем считать, что оба метаболита конкурируют за одно и то же место
в каждом из локусов. Местом репрессии является «оперон»; существование
таких оперонов у Е. coli было показано генетическими методами в работах
Пастеровского института. Мы пошли дальше, предположив, что различные
репрессоры конкурируют за один и тот же оператор оперона. Применим
процедуру, аналогичную той, которая была использована при выводе
выражения (7), но будем учитывать действие второго репрессора Й2 на локус
Li\ тогда мы получим следующее уравнение для концентрации комплекса
матрица — предшественник, осуществляющего синтез m-PHK:
Здесь константы имеют то же значение, что и в уравнении (7), но вместо Ку
мы пишем Кп, a Ki2 есть константа равновесия в реакции между Я2 и 7\.
