 |
Синтез белка — основная клеточная синергия
|
|
|
|
Саморегуляция внутриклеточных процессов
Организация, информация и управление свойственны живой материи на всех уровнях, начиная с самых глубоких—физико-химического и субклеточного. Мельчайшая структурная единица живого организма — клетка — является сложнейшей, уникальной системой с многочисленными внутренними регуляциями, тонкой и точной реакцией на изменения среды.
Цитология, биохимия и биофизика изучают клетку, сосредоточивая внимание на превращениях вещества и энергии в клеточной деятельности. Кибернетику в отличие от этих наук интересует не вещественно-энергетическая сторона этих процессов, а организация управления, осуществляемого с помощью информационного взаимодействия между клеточными структурами.
Клетка как система целесообразного саморегулирования
Биологические системы существенно отличаются от искусственных кибернетических наличием -задачи оптимизации своего текущего состояния. Клетки как элементарные биологические самоорганизующиеся системы всегда выполняют операции, направленные на достижение оптимальных параметров и условий жизнедеятельности. Механизмы целесообразного саморегулирования процессов жизнедеятельности клетки формируются в процессе их развития и модифицируются влияниями более высоких уровней (ткань, орган, организм):
Элементарными задачами саморегулирования клетки можно считать следующее: 1) поддерживать свои структуры в состоянии, удаленном от термодинамического равновесия, используя охранительные реакции, выработанные в эволюционном процессе; 2) по истечении определенного времени осуществить функцию размножения.
Включение клеток в систему более высокого порядка, например в многоклеточном организме, оказывает на нее мощные влияния, которые в конечном счете могут препятствовать решению задач, присущих индивидуальной клетке. Так, клетки эпителия неизбежно отмирают в больших количествах, не успевая разделиться; эритроциты млекопитающих превращаются в ходе эритропоэза в безъядерные образования, специализированные для переноса кислорода; нервные клетки взрослого организма также лишены способности к делению. Однако не следует думать, что организм полностью уничтожает свойства, присущие отдельным клеткам.
|
|
|
Одно из принципиальных отличий между современными техническими управляющими системами и организмами и заключается в том, что в случае организма мы имеем дело с иерархической системой элементов (органов, клеток), каждый из которых имеет индивидуальные задачи саморегулирования.
Клеточные синергии
Каждой клетке присущ отработанный и отточенный в эволюции набор синергий, обеспечивающий ее целесообразное функционирование как целостной системы.
Понятие синергии было наиболее четко сформулировано на примере вопроса о том, как координация сокращений мышц образует целостный двигательный акт.
Синергия — это совокупность согласованных процессов (в свою очередь, как правило, весьма сложных в деталях), которая может быть пущена в ход как целое под воздействием внешних факторов и приводит к биологически полезному результату. «Программа» синергии, таким образом, уже заложена в структурах самой системы; управляющее воздействие приводит к тому, что эта программа реализуется.
Примерами клеточных синергий могут служить: деление клетки, восстановительные процессы при разрушении части протоплазмы, паранекроз, индуцированный синтез ферментов у бактерий, электрическая реакция и др. Одну и ту же синергию могут включить совершенно различные по своей природе воздействия. Например, рост и деление клеток можно вызвать: воздействием гормонов, повышением функциональной нагрузки (при тренировке или при удалении симметричного органа), повреждением участка ткани (при регенерации). В то же время конечная цель синергии может зачастую достигаться различными путями, так как сложный характер синергии допускает множество вариантов протеканий процесса, приводящих к одному и тому же финалу. Это свойство называется «эквифинальностью». Конечно, управление системами, обладающими набором синергий, будет существенно отличаться от управления стандартными техническими элементами, обеспечивающими жесткую связь между выходом и входом.
|
|
|
Наличие многих эквифинальныхсинергий в управляемых элементах обеспечивает, кроме того, высокую функциональную надежность системы. Элементы такой системы могут, перестраивая свои реакции применительно к конкретным обстоятельствам, осуществлять программу своих действий даже тогда, когда их окружение меняется в достаточно широких пределах. Более того, они являются в большой степени взаимозаменимыми, так что выход из строя одного или нескольких элементов не приводит к дезорганизации целого. Наличие синергий приводит к объединению родственных элементов в функциональные ансамбли, устойчиво и надежно решающие физиологические задачи. Есть основания распространить понятие ансамблей организации и на внутриклеточные системы.
Синтез белка — основная клеточная синергия
Одним из главных регуляторов всех процессов, протекающих в системе клетки, является аппарат управления ее основным обменом веществ, связанным прежде всего с белковой основой цитоплазмы.
Представление о переносе информации в процессах транскрипции и трансляции с ДНК через РНК на белок (см. схему) стало
общепризнанным и заслужило название «центральной догмы» молекулярной биологии. Открытие процесса «обратной транскрипции», катализируемой специальным ферментом ревертазой, существенно дополнило «центральную догму» и позволило объяснить ряд важных явлений, связанных, например, с включением добавочной информации в клеточную ДНК при вирусном заражении клеток, приводящем к дезорганизации нормальной работы аппарата, управляющего синтезом белка и превращению нормальной клетки в опухолевую. Не менее важными следствиями этого открытия являются возможности, открываемые в «генной инженерии» — искусственном создании новых генотипов с помощью внедрения участков ДНК с заданными свойствами в ДНК клетки.
|
|
|
