Временная организация клетки. Динамическая теория внутриклеточных регуляторных процессов - Гудвин Б.
Скачать (прямая ссылка):
содержался в среде с меченой аминокислотой, или вводя одновременно с
меченой аминокислотой кортизон.
Первое из этих наблюдений крайне интересно для настоящей теории, и мы
можем предложить его интерпретацию. Как указывалось в предыдущей главе,
одно из прямых следствий наших предположений относительно динамического
поведения клеточных регуляторных цепей состоит в следующем. Во всех
случаях, когда клетка производит метаболит эндогенно, посредством
биосинтетических реакций, регулируемых с помощью отрицательной
ВРЕМЯ РЕЛАКСАЦИИ ЭПИГЕНЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ 157
обратной связи, размер метаболического фонда должен периодически
меняться. Если мы предположим, что клетка цыпленка синтезирует заменимую
аминокислоту про-лин из орнитина или из глутаминовой кислоты через
полуальдегид глутаминовой кислоты, то будет осуществляться такая цепь
отрицательной обратной связи и можно ожидать, что метаболический фонд
пролина будет осциллировать. При введении небольшого количества меченого
пролина в такой осциллирующий фонд обнаруживаются циклические изменения
удельной активности метаболического фонда, поскольку меченый пролин будет
периодически разбавляться пролином, синтезируемым эндогенно. Если клетка
снабжается немеченым пролином, то цепь регуляции будет «разорвана» и
система перестанет колебаться. Таким путем, вероятно, можно подавить
лолебания в любой цепи эпигенетической регуляции, если только клетка
настолько проницаема для метаболита, осуществляющего обратную связь, что
он может насытить регуляционную цепь. Правильна ли эта интерпретация
наблюдений Танцера и Гросса, еще не ясно. Кроме того, остается
необъясненным наблюдавшееся ими затухание под влиянием кортизона. Однако,
по-видимому, наиболее важная сторона этих результатов состоит в том, что
они ясно показывают возможность устранения периодических колебаний
метаболического фонда пролина путем подбора определенных условий
эксперимента, из чего следует, что мы действительно имеем дело с
колебаниями внутриклеточных переменных.
Заслуживает внимания другая особенность экспериментов Танцера, Гросса и
Джексона: как и в работе Стерна, они были выполнены не на одной клетке, а
на группе клеток или даже на целом эмбрионе. Таким образом, если эти
эксперименты действительно выявили колебания, характерные для
внутриклеточных фондов пролина, то можно сделать вывод, что большие
популяции клеток синхронизованы между собой в отношении динамики их
метаболических фондов; более того, и это самое замечательное,
синхронизованы целые группы эмбрионов, так как в случае исследований на
цыпленке каждая экспериментальная точка на кривой колебаний представляет
один эмбрион. Если это заключение правильно, то оно
158
ГЛАВА 6
имеет огромное значение для будущей экспериментальной работы, ибо
создается возможность прямого наблюдения внутриклеточной динамики без
обращения к методам исследования одной клетки. Как бы то ни было,
исследования Стерна, Гросса, Джексона и Танцера, несомненно, создали
новое экспериментальное направление, которое обещает дать весьма много
для понимания временной организации развивающегося эмбриона. Полученные к
настоящему времени результаты свидетельствуют в пользу развиваемой нами
теории.
ВРЕМЯ РЕЛАКСАЦИИ И НЕОБРАТИМЫЕ ПРОЦЕССЫ
Вернемся к рассмотрению времени релаксации эпигенетической системы и
поясним, почему при построении статистической механики столь важно
представлять себе порядок этой величины. Макроскопические переменные,
такие, как 0, G, S, и т. д., используемые для описания
«термодинамического» состояния, существуют только для равновесных
состояний системы. В нашей теории эти состояния равновесия являются
стационарными состояниями и определяются конкретными значениями величин
pi и qt. О таландической температуре эпигенетической системы имеет смысл
говорить, например, только в том случае, если система находилась в
стационарном состоянии достаточно долго, для того чтобы распределение
величины G стало одинаковым во всех частях системы, т. е. чтобы 0 тоже
стало повсюду одинаковой. Если некоторые микроскопические параметры,
например bt или ки изменились, то тем самым определяется новое
стационарное состояние. После этого должно пройти некоторое время, прежде
чем статистические' переменные системы достигнут новых равновесных
значений и тем определят новые значения макроскопических переменных.
Время релаксации дает нам возможность оценить, как долго будет
происходить этот процесс. Обычно принимают, что для перехода системы в
новое равновесное состояние после изменения ее параметров нужно время, по
крайней мере в 10 раз большее, чем ее время релаксации. Тогда, согласно
нашим оценкам, для перехода эпигенетической
ВРЕМЯ РЕЛАКСАЦИИ ЭПИГЕНЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ 159
системы клеток высших организмов в состояние равновесия требуется около
40 час. Далее, может оказаться, что микроскопические параметры
эпигенетической системы, например аг, kt, bt, могут изменяться как
