WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 ||

правильно определяют время суток, что необходи- Но вот в последние годы интерес к этим процессам мо им для правильного выбора направления полета вновь пробудился. Для самых разных клеток и ткак цветущим растениям за “взятком”. Охлаждаются ней оказались характерными колебания концентраи цепенеют при температуре, близкой к 0° С, повис- ции ионов кальция с периодами порядка секунд – шие вниз головой в темных пещерах летучие мыши.

нескольких минут. Это взволновало исследователей Проходит много месяцев до теплых летних ночей потому, что именно ионы кальция являются универ(все это время у них правильно идут часы), и в нуж- сальными регуляторами внутриклеточных процесное время они вылетают на ловлю ночных насеко- сов. Изменение их концентрации часто включает мых. Не сбиваются с нужной фазы и околосуточные или выключает метаболические процессы. Изменепериодические процессы у растений, помещенных ние концентрации кальция включает или выключана много недель в темноту при постоянной темпе- ет сокращение мышц, активность нервных клеток, ратуре. Внешне нет никаких проявлений хода ча- определяет их электрическую активность. Очень сов, движения “стрелок” не видно. Но дайте крат- может быть, что колебательные изменения потоков кую вспышку света, и окажется, что все это время кальция в клетке, периодические изменения прочасы правильно отсчитывали время: у фасоли лис- ницаемости биологических мембран, периодичестья будут опускаться или подниматься так же, как и кие открывания и закрывания кальциевых каналов у контрольных растений, бывших при нормальной обусловлены специфическими физико-химическисмене дня и ночи (это упрощенная картина). ми свойствами – особенностями взаимодействия..

именно ионов кальция с фосфолипидными мемб- амплитуду быстрых кальциевых колебаний. Но что ранами. Это, по-видимому, следует из замечатель- особенно замечательно – это успехи в выяснении, ных опытов Г.Д. Мироновой в Институте теорети- как казалось, самого трудного вопроса – темпераческой и экспериментальной биофизики РАН в турной независимости часов. Как показано в работе Пущино. группы авторов в 1995 году, per-белки обладают уникальными свойствами. Их аминокислотные цеМожно представить себе, что и взаимодействие пи образуют петлю: складываются при взаимодейсоседних клеток может осуществляться посредстствии аминокислот друг с другом. Но, кроме того, вом колебаний концентрации кальция. А взаимоотдельные молекулы белка образуют димеры, содействие отдаленных друг от друга клеток, наприединяясь друг с другом. Процесс внутримолекулярмер, в разных отделах головного мозга, вероятно, ного взаимодействия и процесс межмолекулярного осуществляется посредством относительно низковзаимодействия в точности противоположным обчастотных электромагнитных колебаний, порождаразом зависят от температуры. В результате повыемых колебаниями концентрации ионов (кальция, шение температуры приводит к уменьшению актива затем натрия и калия) в отдельных мозговых ности одного процесса и увеличению активности структурах.

другого таким образом, что итоговая “активная поНо при чем тут синтез белка Почему яды, отверхность” белка остается постоянной. И часы идут равляющие синтез белка, выключают, останавливанезависимо от температуры. Здесь еще много всего ют внутриклеточные часы Это долго не удавалось должно быть и будет выяснено. Но “просветление” понять. Успех здесь, как и во многих других обласблизко. Скоро мы будем понимать механизмы биотях современной биологии, был обусловлен изучелогических часов. Залогом этого служат замечанием мутантов.

тельные методические достижения современной экспериментальной биологии. Примером этих достижений могут служить также исследования циркадных часов у резуховидки (Арабидобсис) – Около 50 лет тому назад К. Питтендрич начал растения, популярного в последние десятилетия у изучение периодичности в жизни дрозофил. У разгенетиков. Как узнать, который час на внутренних ных видов разная суточная активность. Дрозофилы часах этого крестоцветного Растет себе и никаких одного вида активны в утренние часы, другие – в проявлений. Методами генной инженерии в геном вечерние. Особенно четко суточная периодичность этого растения “врезан”, вставлен ген люцеферазы у них проявляется по времени массового вылуплесистемы генерации света из жука-светляка (!). Такое ния взрослых мух из коконов. К. Питтендрич раборастение начинает светиться. А интенсивность светал на разных объектах и создал замечательную чения управляется собственными генами – часами школу исследователей. Мы обязаны этому автору Арабидопсиса. Теперь можно изучать тонкости цирмногими достижениями. В его лаборатории и было кадных ритмов различных мутантов этого растения.

впервые установлено существование у дрозофилы гена биологических часов. В определенных местах хромосом есть ген per, определяющий циркадную.

периодичность. Мутации этого гена приводят к на следуемым изменениям хода часов. Аналогичные Как сказано выше, растениям часы нужны не гены были обнаружены у низшего гриба – нейротолько для подстройки к смене дня и ночи, но и для споры и у крестоцветного растения арабидопсис.

приспособления к смене сезонов. Более того, они (в Гены кодируют определенные белки. Следованаших средних широтах) не только отличают весну тельно, существуют per-белки, определяющие ход от осени, но гораздо более тонко приспосабливаютбиологических часов. Нарушение синтеза этих белся к определенной длительности дня. Есть растения ков под действием различных ингибиторов оста“короткого дня” и “длинного дня”. Короткодневнавливает часы. Синтез per-белка осуществляется ные растения зацветают ранней весной вскоре попериодически; периодичность обусловлена тем, что сле весеннего равноденствия, растения длинного по мере его синтеза по принципу обратной связи дня зацветают в дни, близкие к летнему солнцестоначинается торможение, ингибирование считываянию. Как они определяют длительность дня и нония – транскрипции гена. Как именно достигается чи Ответ на этот вопрос – одно из ярких достижеэта периодичность, еще не ясно. Однако уже извений современной науки.

стно, что именно в этой системе регуляции транскрипции существуют звенья – вещества, чувстви- На восходе и закате спектры солнечного света, тельные к свету. Именно они при даже очень доходящего до поверхности Земли, как всем ясно, коротком импульсе света корректируют фазу внут- различны. Низко над горизонтом Солнце красное, риклеточных часов. Еще не ясно, как белки, про- что обусловлено сильной зависимостью рассеяния дукты этого гена, управляют жизнедеятельностью. света от длины волны: длинноволновый красный Можно строить пока гипотетические схемы, связы- свет рассеивается меньше, чем синий. В закатном и вающие образование в клетке этого белка и ритм и сумеречном свете относительно много “дальнего, ‹7, красного”, почти инфракрасного, света. Это изме- руются сменой светлого и темного времени, а среди нение спектрального состава солнечного света рас- сигналов, действующих на эти клетки, оказалась тения используют для определения длительности NO – окись азота. То, что NO – участник важных дня. Для этого им служит замечательный пигмент биохимических процессов, открыл около 30 лет тофитохром. Этот пигмент существует в двух формах. му назад А.Ф. Ванин (в Институте химической фиОдна форма Фк – “фитохром красный” – поглоща- зики АН СССР). Сейчас пути образования в клетке ет свет в “дневной” красной области в районе длин этого, как казалось ранее, вполне чужеродного веволн 660 нм и... превращается под действием этого щества, изучают во множестве лабораторий в разных поглощенного света во вторую форму Фдк – “фито- странах. Становится понятным смысл употребления хром дальний красный”, поглощающий “сумереч- препаратов нитроглицерина при стенокардии: выясный” красный свет с длиной волны 730 нм. При няется механизм расширения коронарных сосудов этом (это самое замечательное) Фдк превращается сердца. Обнаружена роль этого вещества в самых “обратно” в Фк: в темноте Фдк медленно превраща- разных процессах. И вот в механизмах временной ется в Фк. Так получается цикл: две формы пигмента организации сложного организма NO также играет превращаются одна в другую в зависимости от вре- ключевую роль.

мени суток и в соответствии с собственным характерным временем жизни одной из форм. Это часы, регулируемые внешними сигналами. В зависимос ти от концентрации Фдк находятся и физиологические процессы в растениях – их рост и зацветание. Проблема биологических часов не ограничивается чисто научными задачами. Очевидно принциФитохромы присутствуют в растениях в очень пиальное значение этих вопросов для медицины.

малых концентрациях. Это голубые пигменты, поИзменение физиологического состояния организма хожие по строению на желчные пигменты животных на протяжении суток – изменение работоспособноили пигменты некоторых водорослей. В нормальсти, умственной активности, проявлений иммуниных зеленых листьях они маскируются хлорофиллатета – все это необходимо учитывать в повседневной ми и каротиноидами. Для выделения первых милжизни. Одни и те же лекарства могут давать соверлиграммов чистых препаратов фитохромов в 60-е шенно различные эффекты в разное время суток, годы пришлось переработать тонны этиолированпри разных фазах биологических ритмов. Помимо ных (бесхлорофильных) проростков кукурузы.

околосуточных, циркадных, периодов наши оргаТаким образом, внутриклеточные часы растений низмы подчинены многодневным – околонеимеют дополнительные фитохромные регуляторы, дельным, околомесячным, годичным и еще более позволяющие им приспосабливаться к изменениям длительным ритмам. Этим вопросам посвящено длительности светлого времени суток.

большое количество литературы. Вопросы эти далеки от полного выяснения. В последнее время боль шой интерес вызывают исследования и концепции доктора медицинских наук Л.Я. Глыбина, дирекНаконец, немного о наших с вами часах – часах тора Кардиологического центра Владивостока.

высших животных. Во всех клетках есть свои часы.

Л.Я. Глыбин полагает, что в сутках есть несколько Но, как уже сказано выше, многоклеточный сложпериодов повышенного и пониженного физиолоный организм может нормально существовать тольгического состояния организма. Пониженная соко при условии согласованности во времени всех противляемость болезням, пониженная работоспоего функций, то есть должны быть “центральные”, собность приходится на время 2 – 3, 9 – 10, 14 – 15, “главные” часы, управляющие всеми остальными 18 – 19, 22 – 23 часа местного времени. Высокая равнутриклеточными часами. Относительно недавно ботоспособность и сопротивляемость болезням хабыло показано, что эти главные часы расположены рактерна для времени суток 5 – 6, 11 – 13, 16 – 17, в головном мозге в супрахиазменном ядре таламуса.

20 – 21 и 24 – 1 час. Соответственно этим периодам, К этим часам подходят нервные волокна от зрительЛ.Я. Глыбин полагает желательным начинать день в ного нерва, и с кровью приносятся различные гор5 – 6 часов утра и ложиться спать до 22 часов, соотмоны и среди них, вероятно, наиболее важный для ветственно перестроив всю общественную жизнь, настройки часов гормон эпифиза – мелатонин.

отменив работу в ночные смены, вечерние сеансы Эпифиз, бывший когда-то третьим глазом у древкино и театральные спектакли. По его мнению, “соних рептилий, сохранил свои функции регуляции вы” отличаются от”жаворонков” только тем, что циркадных ритмов.

они используют период 24 – 1 час и пропускают В клетках супрахиазменного ядра таламуса цирчрезвычайно продуктивный период 5 – 6 часов. Так кадная периодичность сохраняется и в опытах, когли это Нужно много лет, чтобы найти ответы на тада эти структуры изолированы из организма. Это кие вопросы.

позволило выяснить многие особенности действия этих главных часов. С помощью волокон зритель- Мы многое узнали в эти недавние годы расцвеного нерва и гормона мелатонина эти часы регули- та исследований природы биологических часов.

..

6. Pittendrich Colin S. Temporal Organization; Reflections Еще больше предстоит узнать. Это очень увлекаof a Darwinian Clock Watcher // Ann. Rev. Physiology.

тельно. И особое чувство вызывает то, что в каждом 1993. V. 55. P. 17 – 54.

новом достижении так или иначе проявляются труды, мысли и жизненные судьбы многих поколений 7. Millar A.J., Carre I.A., Stryer C.A., Chua Nam-Hai, исследователей. Я не мог по краткости времени и Kay S.A. Circadian Clock Mutants in Arabidopsis Identified места даже упомянуть большинство имен и могу by Luciferase Imaging // Science. 1995. V. 267.

лишь отослать любознательных к книгам и статьям, 8. Huang Z.J., Curtin K.D., Rosbash M. PER Protein Interопубликованным по этой проблеме.

actions and Temperature Compensation of a Circadian Clock in Drosophila. // Science. 1995. V. 267.

* * * 1. Бюннинг Э. Ритмы физиологических процессов (Физиологические часы) / Пер. с нем. под ред. И.И. Гунара. М.: ИЛ, 1961. Симон Эльевич Шноль, профессор Московского государственного университета им. М.В. Ломо2. Биологические часы / Пер. с англ. под ред. С.Э. Шноносова, зав. лабораторией физической биохимии ля. М.: Мир, 1964.

Института теоретической и экспериментальной 3. Биологические ритмы / Под ред. Ю. Ашоффа. М.:

биофизики РАН (Пущино), доктор биологических Мир, 1984.

наук, действительный член Российской Академии 4. Глыбин Л.Я. Когда ложиться спать. Владивосток: естественных наук, Соросовский Профессор. ОбДальневост. кн. изд-во, 1987.

ласть интересов: колебательные процессы в биологических системах, теория эволюции, космофи5. Гэлстон А., Дэвис П., Сэттер Р. Жизнь зеленого расзические корреляции биологических и физикотения / Пер.с англ. под ред. Н.П. Воскресенской. М.:

Мир, 1983. химических процессов, история науки.

, ‹7,

Pages:     | 1 ||










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.