big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Генетическая основа жизнедеятельности и воспроизведения клетки

Вторая фундаментальная задача будущей генетики — это раскрытие принципов, лежащих в основе жизнедеятельности и развития клетки как целого. Живая клетка представляет собой целое в виде такой формы связи частей, когда целое реализует свою способность к саморазвитию. Вместе с тем налицо субординация частей, так что вне целого они не только теряют свои свойства, но и вообще не могут существовать. Это показывает недопустимость сведения целого к частному, сведения целостной клетки к комплексу генов. Однако при всем признании целого очевидно, что рассмотрение отдельных частей должно явиться предпосылкой для раскрытия природы целого.

В настоящее время наряду с четким пониманием диалектики целого и части в проблеме наследственности наступает время конкретного анализа главных элементов, входящих в целое,— жизнедеятельности клетки. Здесь на первый план выступают генетические механизмы в синтезе белков, роль эффекта положения генов в создании континума в организации хромосом, разработка проблем внутри геномных регуляторных механизмов в действии генов (теория оперонов) и в авторепродукции хромосом (теория репликонов).

Анализ системности клетки потребует тесного контакта генетики с кибернетикой.

Кибернетика — «наука об управлении и связи в живом организме и машинах» (таково классическое определение, данное ее основоположником Н. Винером) — возникла на стыке трех до того мало связанных между собой групп наук — математических, биологических и технических. Поэтому основные представления, понятия и терминология новой науки создавались из арсенала перечисленных областей знания. Эта тесная связь привела в невиданно короткий срок к стремительному развитию всех трех областей знания.

Возникли новые отрасли науки — вычислительная математика, биокибернетика и бионика. Универсальные подходы кибернетики находят все более широкое применение и в других областях знания и деятельности человека.

К основным понятиям кибернетики можно отнести понятия системы, информации, связи, программы и др.

Кибернетическая система — это совокупность одинаковых или разных элементов, объединенных связями. Примерами таких систем в биологии могут служить клетка, где роль элементов выполняют ядро, цитоплазма, рибосомы и прочие структурные единицы, составляющие клетку, и популяция организмов, для которой элементами являются отдельные особи.

Понятие информации сложнее. В обыденной жизни под информацией мы понимаем знания, сведения. Кибернетическое понятие информации значительно шире.

Информация — это мера сообщения, это то, чем обмениваются элементы системы. Этот обмен осуществляется через связи. Связь — это воздействие, влияние одного элемента на другой. Таким образом, можно сказать, что любая система состоит из емкостей (хранилище — память) и потоков информации. Емкости информации (элементы) связаны между собой каналами, или потоками, информации (связи). Различают прямые и обратные связи: первые направлены от управляющей системы к управляемой, а вторые в обратном направлении. Понятие обратной связи — одно из важных понятий кибернетики. Можно сказать, что обратная связь дает возможность системе корректировать свое будущее поведение в зависимости от своего поведения в прошлом, с учетом действия возмущающих факторов. В этих представлениях заключены принципы целесообразности живого.

Программа — это заранее предопределенная последовательность переходов системы, заложенная в самой системе, т. е. описание свойств и поведения системы в определенных условиях. Например, все физические и химические свойства атомов и молекул представляют их программу. Также любая клетка имеет свою программу: для эритроцитов — это транспорт кислорода к тканям тела, а для гамет — передача генетической информации следующему поколению.

Одна из основных идей кибернетики — это признание, что процессы управления и связи во всех регулируемых и управляемых системах, главным образом в живых организмах и машинах, имеют глубокую аналогию друг с другом, и это дает возможность изучать общие для них законы управления и связи. Изучая эту аналогию, кибернетика полностью абстрагируется от материальных форм различных систем и сосредоточивает свое внимание только на общности их «поведения». Иными словами, она изучает лишь то общее, что характерно для процессов управления, и описывает все возможные системы.

Установление такой аналогии равносильно резкому расширению области материальных систем, питающих первичной информацией данную науку. Если до появления кибернетики биология для построения своих теорий (вторичная информация) могла использовать первичную информацию, полученную только на живых системах, после появления кибернетики для этих целей может служить также первичная информация, полученная из изучения технических систем. И наоборот, техника (бионика) получила возможность широко применять первичную информацию, накопленную биологическими науками.

Можно заметить, что кибернетика занимается в основном системами, связанными или с самой жизнью, или с ее проявлениями (техника, экономика), т. е. с управляемыми системами, в которых идут процессы накопления информации. Задача состоит в том, чтобы различить принципы управления и связи в живых системах.

Регуляция действия генов в живой клетке в первую очередь осуществляется действием репрессоров и индукторов. Недавно было осуществлено выделение репрессора из бактерий и выяснение его химической природы. Стоит задача вскрыть основные закономерности регуляции активности генов в клетках животных и растений, которая, по-видимому, существенно отличается от регуляции у микроорганизмов. В этом случае следует ожидать большей, чем у бактерий, координации работы генов, в частности координации работы различных групп генов (оперонов). Кроме того, для регуляции активности генов у высших организмов, по-видимому, характерна более жесткая репрессия генов, что стойко удерживается в процессах дифференцировки.

Возможно, что существуют два механизма регуляции: стойкая репрессия генов при дифференцировке и лабильная (оперативная) регуляция при функционировании специализированных клеток.

Весьма важным вопросом, без знания которого нельзя рассчитывать на понимание механизмов дифференциальной регуляции разных генов, является природа «узнавания» индуктором и репрессором специфических локусов ДНК. Возможно, что в таком «узнавании» участвуют белки и РНК, входящие в состав хромосомы.

Регуляция передачи генетической информации от ДНК к белкам в клетках высших организмов, по-видимому, не обязательно происходит на уровне транскрипции генов. Образующиеся на ДНК молекулы информационной РНК могут находиться в неактивном состоянии, будучи связаны с белком в составе особых РНП — частиц. Такие частицы обнаружены у ряда объектов. Однако совершенно неизвестно, каким образом осуществляется выбор из большого числа частиц тех из них, которые содержат информационную РНК, подлежащую считыванию, и «выбраковке» остальных.

В последние годы наметились значительные успехи в изучении природы и генетической регуляции морфогенеза — главным образом вирусов и субклеточных структур. Выяснение этапов сборки фаговых частиц и реконструкция рибосом позволяют надеяться на то, что можно будет понять, каким образом молекулы «распознают» друг друга при воссоединении в биоструктуры и как и почему происходит объединение клеток в процессе морфообразования органов и тканей. Это даст возможность в конечном итоге управлять морфообразованием в организме и в искусственных условиях.

Новые возможности для изучения генетики соматических клеток и регуляции синтезов макромолекул открываются в связи с возможностью получения эффективной гибридизации животных клеток в культуре. Было показано, что обработка клеток некоторыми убитыми вирусами облегчает слияние разнородных клеток, причем в гибридных клетках происходит слияние ядер, сохраняются хромосомные наборы исходных клеток, идут митозы и процессы биосинтеза нуклеиновых кислот и белков. Удалось обнаружить дерепрессию генов (точнее; дерепрессию синтеза РНК) в ядрах дифференцированных клеток и при гибридизации с активно делящимися клетками.

В последние годы получены новые данные о роли клеточных мембран в процессах регуляции генетической функции нуклеиновых кислот и клеточного деления. С помощью агентов, специфически действующих на оболочку клетки, удается весьма эффективно влиять на эти процессы. В ближайшие годы, возможно, будут вскрыты механизмы такого влияния. Они могут играть важную роль в природе взаимодействия клеток при их росте и размножении. Это наряду с репликацией хромосом будет иметь решающее значение в управлении процессом клеточного деления, что особенно необходимо для решения проблемы злокачественного роста.

Исследованиям регуляции активности генов предстоит большое будущее, они призваны поставить под контроль индивидуальное развитие и жизнедеятельность клетки. Их успех окажет решающее влияние на борьбу с вирусными инфекциями, раком, на регуляцию гистонесовместимости и на общие реакции иммунитета.

Проблема регуляции действия генов стоит в непосредственной связи с изучением механизма считывания генетической информации, которая также интенсивно изучается в настоящее время. Идея кода переброшена также в область молекулярных основ нейробиологии. Никто пока не понимает молекулярного языка нервной системы и ее кода, с помощью которого зашифрована память. Однако справедливость идеи существования кода для «записи» воспринимаемой нервной системой информации не вызывает сомнений. Можно думать, что молекулярные явления, лежащие в основе этой «записи», обусловлены синтезом или перестройкой макромолекул. В пользу такого взгляда говорят результаты экспериментов по действию ингибиторов и стимуляторов синтеза РНК и белка на процесс обучения у животных. Несомненно, что детальное изучение этих процессов будет толчком для понимания молекулярных основ нервной деятельности и возможности управления ею.

 

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.