О природе живого: механизмы и смысл - Ичас М.
ISBN 5-03-002805-6
Скачать (прямая ссылка):
Рецептор и сигнальная молекула у
образуют активный комплекс; у
активный комплекс активирует еще одну молекулу фермента, присоединяя к ней химическую группу; у
фермент вызывает образование молекулы "второго посредника";
второй посредник активирует какую-то регуляторную цепь в клетке
Эта последовательность событий образует уже знакомый нам каскад. На поверхность клетки может попасть всего одна сигнальная молекула, но действие ее многократно усиливается, так как образуется множество молекул второго посредника, способных вызвать большой конечный эффект.
\
Рис. 9-1. У некоторых бактерий имеются жгутики — бичевидные структуры, которых может быть от одной до весьма значительного числа. Их движение продвигает клетку в жидкой среде. Обычно направление ударов у них одинаково и синхронно, но периодически оно становится хаотичным и бактерия начинает “кувыркаться”, а затем плывет в новом направлении.
Таким способом работает, в частности, наше обоняние. Молекулы пахучих веществ, для которых На клетках обонятельного эпителия есть соответствующие рецепторы, связываются с этими клетками и заставляют их посылать по нервным волокнам сигналы в мозг. Но более интересным примером служат, пожалуй, гормоны. Такой гормон, как инсулин, распространяется с током крови по всему телу и присоединяется в результате к каждой клетке, имеющей инсулиновый рецептор. Связавшись, он подает сигнал, изменяющий метаболизм клетки.
Рецепторы в клеточной мембране обеспечивают взаимодействие соседних клеток, дают информацию об окружающей среде и тем способствуют адаптации клетки. Понятно, что ответ единичной
8—305
клетки не может быть слишком сложным, но иногда он лежит в основе высокоадаптивного поведения. Примером могут служить реакции подвижных бактерий.
Плавающая бактерия
Многие, хотя и не все, бактерии имеют двигательные органы, представляющие собой бичевидные жгутики. У некоторых бактерий их два, по одному на каждом конце клетки, а у других — множество, они покрывают всю ее поверхность. Вращая эти жгутики, бактерия плавает в жидкой среде.
Направление вращения жгутиков периодически меняется на противоположное. При вращении их в одну сторону бактерия кувыркается на месте, а при обратном вращении плывет по прямой линии. В однородной среде бактерия передвигается в случайном направлении, которое меняется после каждого периода кувыркания. Если же она встречается с повышенной концентрацией какого-то привлекательного для нее вещества, то кувыркания происходят реже, а периоды прямого движения удлиняются, что приводит к направленному перемещению в сторону большей концентрации этого вещества. И наоборот, если окажется, что она плывет по направлению к какому-то “отпугивающему” ее веществу, то кувыркания учащаются, что способствует перемене направления. Привлекающие вещества (аттрактанты) — это обычно полезные для бактерии вещества, например аминокислоты, а отпугивающие (репелленты) — всякого рода вредные химикаты.
Бактерия “ощущает” аттрактанты и репелленты благодаря тому, что на ее поверхности имеется множество специфических рецепторов. Каждый из них взаимодействует только с определенным веществом. Когда молекула какого-то вещества связывается с рецептором, он подает сигнал, изменяющий поведение бактерии. В данном случае он влияет на вращение жгутика. Одна-единственная мутация может изменить структуру какого-либо рецептора, и тогда бактерия перестает реагировать на соответствующее вещество, хотя других веществ это не коснется.
Бактерии не “знают” направления, но влияние аттрактантов и репеллентов на частоту кувыркания позволяет бактерии приближаться к более высоким концентрациям аттрактанта и удаляться от повышенных концентраций репеллента.
Это можно упрощенно представить на двумерной схеме. Представим себе, что существует градиент аттрактанта, причем в обла-
сти А концентрация его мала, а в области С велика, а бактерия находится между А и С.
Бактерия Бактерия
кувыркается чаще кувыркается реже
Ч—'" — — —— — ----- ¦¦¦¦.....>
(-) А ------------------------ В -------------------------С (+)
Концентрация Концентрация
аттрактанта аттрактанта
ниже выше
Если бактерия плывет в сторону А, то снижающаяся концентрация аттрактанта заставит ее кувыркаться чаще и пытаться плыть в ином направлении. Если же она плывет в сторону С, то повышение концентрации аттрактанта снизит частоту кувырканий и увеличит продолжительность прямого движения, так что бактерия хотя и будет поочередно двигаться в обоих направлениях, фазы “правильного” движения будут длиннее и в общем итоге она будет перемещаться вправо. Именно поэтому капилляр с аттрактантом вскоре оказывается набитым бактериями, которые попадают туда в результате суммированного эффекта отдельных случайных движений. (В случае с репеллентом тот же механизм будет действовать “наоборот”!)
