Временная организация клетки. Динамическая теория внутриклеточных регуляторных процессов - Гудвин Б.
Скачать (прямая ссылка):
к порядку, равному . Тогда период часов уменьшится
до 21 час. Если далее под влиянием импульсов 0 повысится, скажем, до 16,
то период основных колебаний станет равным примерно 8 час, так что
субгармоника порядка
снова будет генерировать суточный ритм с периодом около 24 час.
Вряд ли можно ожидать, что поведение такой идеализированной системы можно
количественно сопоставить с возможным ответом реальной циркадной системы
на воздействие, создаваемое описанной выше процедурой. По этому
поведению, однако, можно определить основные свойства ответа реальной
системы, предсказываемые нашей теорией (конечно, если считать, что
изменения периода часов адекватно отражают изменения величины 0). Одна из
явных трудностей, с которой сталкивается наша теория, состоит в том, что
мы не можем предложить никакого
218
ГЛАВА 8
другого способа непосредственного измерения 0, кроме прямого наблюдения
величин колебаний определенных видов макромолекул в живой клетке
посредством какого-нибудь очень тонкого микроспектрофотометрического или
аналогичного оптического метода. Однако доступность циркадных ритмов для
наблюдения сразу делает их основным средством анализа G-уровней и всей
временной структуры клетки. Следует надеяться, что между величинами
основных колебаний и всеми прочими ритмическими процессами, в том числе
циркадными, существует достаточно тесная причинная связь, для того чтобы
наблюдение за одной из этих величин позволяло изучать другую. Такое
предположение кажется сейчас довольно разумным.
Описанную выше экспериментальную процедуру можно обратить в том смысле,
что она будет вызывать не увеличение, а уменьшение 0. Один из способов
такого обращения может состоять в том, чтобы в культуру клеток, в которой
наблюдается стационарный (или близкий к стационарному) ритм, подавать в
малых концентрациях какой-нибудь ингибитор белкового синтеза (например,
пуромицин) в течение, скажем, 20 мин через каждые 2 час. Поскольку
антибиотик не расходуется, после каждого 20-минутного периода его следует
удалять из культуры. (Каракашьян и Гастингс [46] показали, что у
Gonyaulax пуромицин вызывает быстрое затухание ритма люминесценции, хотя
и не показано, что он влияет только на белковый синтез.) Подобный импульс
должен на короткое время замедлять белковый синтез, уменьшая таким
образом 0 и сдвигая траектории ближе к стационарной оси. Можно
предсказать, что если эту процедуру проделывать день или два, то часы
станут идти быстрее. Здесь опять возникает основной вопрос: будет ли это
изменение периода часов, если оно произойдет, устойчивым в том смысле,
что часы будут продолжать идти быстрее и после прекращения эксперимента?
Если после прекращения импульсов период сразу вернется к своему
первоначальному значению, то это будет указанием на то, что только
естественный 0-уровень является устойчивым и что аналогия между
таландической и физической энергией не справедлива.
ВОЗМОЖНЫЕ ПРИЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ И ПРЕДСКАЗАНИЯ 219
Если подобную процедуру проводить с актиномици-ном, то эффект должен быть
тем же самым, только в этом случае антибиотик будет непосредственно
влиять на m-PHK. Поскольку снижение уровня m-PHK должно снижать также и
уровень белка, то следует ожидать, что актиномицин будет влиять сильнее
пуромицина. Действительно, в работе Каракашьяна и Гастингса [46]
показано, что актиномицин полностью подавляет ритм люминесценции у
Gonyaulax, прекращая, по их предположению, синтез m-PHK. Основная
особенность предлагаемых здесь экспериментов (которая отличает их от всех
предыдущих работ) состоит в попытке возбудить или уйеньшить колебания в
системе короткими периодическими возмущениями, не изменяя, однако,
радикально ее микроскопического состояния, что обычно происходит при
переносе клеток в новую для них химическую среду на длительный срок.
Если применение актиномицина или пуромицина действительно уменьшает
величину 0, то в конце концов при продолжении такой процедуры должно
возникнуть новое состояние, в котором таландическая температура будет
столь мала, что сильно уменьшится нелинейность колебаний и циркадная
организация клетки начнет разрушаться. Ясно, что это не обязательно
приведет к гибели клетки. И действительно, Каракашьян и Гастингс получили
такое состояние у Gonyaulax, применяя как пуромицин, так и актиномицин.
При концентрации актиномицина 0,02 мкг/мл ритм люминесценции затухал
полностью, тогда как рост культуры подавлялся лишь частично. Как мы
видели в гл. 7, существуют по крайней мере два возможных объяснения этого
явления с точки зрения нашей теории; однако только одно из них использует
идею об уменьшении 0 до значений, при которых нелинейное взаимодействие
становится слишком слабым, чтобы обеспечить существование временной
организации. Нужно еще, однако, выяснить, может ли в результате
проведения такой процедуры с импульсами антибиотиков возникнуть
достаточно жизнеспособное состояние без циркадной временной структуры,
