Временная организация клетки. Динамическая теория внутриклеточных регуляторных процессов - Гудвин Б.
Скачать (прямая ссылка):
исследованию кинетики с помощью меченых атомов. Весьма реальная проблема,
встречающаяся при установлении «истинных» скоростей обновления, состоит в
возможности повторного включения молекул метаболитов в макромолекулы, из
которых они образовались при распаде; если при обработке данных не
применять специальных методов, указанных Кохом, то результаты
экспериментов с мечеными атомами могут дать много меньшие скорости
обновления, чем те, которые в действительности имеют место в клетке.
Таким образом, вполне возможно, что полученные к настоящему времени
средние величины скорости обновления макромолекул являются заниженными.
Однако из исследований, в которых удалось избежать обычных трудностей
[99], следует, что повторное включение молекул, по крайней мере в случае
аргинина в белках печени, не приводит к значительной ошибке.
В более общем плане исследования, основанные на методе меченых атомов,
свидетельствуют о том, что благодаря общим метаболическим фондам
внутриклеточная динамика характеризуется взаимодействием разных
макромолекул, приводящим к сильному перемешиванию аминокислот и
нуклеотидов между различными видами макромолекул в клетке. Однако у нас
нет никаких количественных данных об этих взаимодействиях, а без этого
невозможно оценить величину к. При отсутствии численных значений для
этого параметра лучшее, что мы можем сделать, это высказать более или
менее обоснованное предположение. Рассмотрим один специфический тип
«малого» возмущения, который можно использовать для исследования времен
релаксации эпигенетических систем в клетках высших организмов.
Предположим, что культура клеток поддерживается в стационарном состоянии
(без роста) посредством ограниченного снабжения ее нужными
аминокислотами. Создадим теперь малое отклонение в количестве
лимитирующих аминокислот, достаточное для того, чтобы в течение 20—30 мин
происходил усиленный синтез белков. Количество синтезируемых
ВРЕМЯ РЕЛАКСАЦИИ ЭПИГЕНЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ 153
белков различных видов изменится под влиянием этого импульса по-разному,
в зависимости от того, какое количество лимитирующих аминокислот в них
содержится. Импульс вызовет также возмущение колебательных траекторий
разных видов белков, причем у тех видов, которые находятся в данный
момент над положением равновесия, отклонение будет направлено в сторону
от равновесия, а те виды, которые находятся ниже положения равновесия,
будут приближаться к нему. Синтез т-РНК также может при этом измениться,
если верно предположение Стента и Бреннера [94] о том, что аминокислоты
служат индукторами в синтезе ти-РНК. Импульсное изменение в снабжении
системы аминокислотами вызовет, следовательно, временное изменение
состояния эпигенетической системы, по после того как эта малая добавка
израсходуется, система возвратится в свое первоначальное стационарное
состояние, являющееся в нашей теории положением равновесия. Сколько
времени потребуется системе после использования добавленных аминокислот
для того, чтобы возмущение уменьшилось вдвое (точнее, в е раз)? Мы
полагаем, что это время по порядку величины близко к среднему периоду
колебаний в системе, который мы приняли равным 4 час. Так как за 4 час в
клетке высшего организма обновляется около 4% «среднего» белка, а для
активного фермента эта величина может быть и много больше, ясно, что за
это время эффект малого временного возмущения действительно существенно
уменьшится и система вернется в невозмущенное состояние.
Итак, по нашей оценке время релаксации эпигенетических систем в клетках
высших организмов составляет 4 час, т. е. несколько больше верхнего
предела для времени релаксации, полученного нами в гл. 2 на основе
результатов Фейгельсона и Грингард [23]. Но эти результаты относятся к
скорости изменения состояния некоторых видов молекул в клетке, т. е.
фактически к изменениям ее микроскопического состояния, и ничего не
говорят нам о том, как быстро происходит изменение макроскопического
состояния всей эпигенетической системы, определяемого в настоящем
исследовании такими величинами, как 0, G и S. Конечно, скорости изменения
этих микроскопических и макроскопических переменных тесно
154
ГЛАВА 6
связаны. Тем не менее вполне возможна ситуация, когда даже после
достижения одним из компонентов эпигенетической системы своего среднего
значения вся система еще не достигнет равновесия, определяемого
соотношениями (33). Это равновесие достигается только в результате
взаимодействия всех компонентов и является, таким образом, условием,
характеризующим систему в целом, а не любую из ее частей. Поэтому мы
будем исходить из того, что время релаксации эпигенетической системы
больше времени, требуемого для того, чтобы произошли малые изменения
размеров популяций макромолекул в клетках высших организмов.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ
Рассмотрим теперь вкратце две группы экспериментов, которые могут в
какой-то степени подтвердить основные положения настоящего исследования и
