Напечатать документ Послать нам письмо Сохранить документ Форумы сайта Вернуться к предыдущей
АКАДЕМИЯ ТРИНИТАРИЗМА На главную страницу
Институт Продления Жизни - Теория

А.Н. Стацкевич
Электронный механизм дистанционного каскадного управления клеток

Oб авторе
(продолжение статьи Жизнь и смерть на уровне клетки)


Доказана принципиальная возможность синхронного участия клеток эпителия в активном транспорте, т.е. тот факт, что большая популяция выделенных клеточных органелл может синхронно циклически поглощать и высвобождать ионы щелочных металлов.

В 1965 году Ларди с Гравеном (и независимо от них Прессманом) было открыто циклическое поглощение и высвобождение ионов К+ и Н+ взвесью митохондрий из сердечной мышцы голубя и печени крысы. Иллюстрацией послужит рисунок, позаимствованный из работы Чанса и Ёшиока.



Обратите внимание на то, что эти данные подтверждают существование циклического поглощения и высвобождения ионов внутренним матриксом каждой митохондрии. Поразительная синхронность процессов поглощения и высвобождения в масштабе огромной популяции обособленных митохондрий позволяет по-новому взглянуть на степень координации как между органеллами отдельной клетки, так и между самими клетками. Такой характер процесса поглощения и освобождения веществ и столь совершенная синхронизация работы соответствующих белковых структур теоретически необходимы для объяснения механизма активного транспорта в эпителиальных клетках и в гигантских клетках водорослей.

Электрический импульс, переданный по медному проводу длиной в 7 земных экваторов, пройдет это расстояние менее чем за секунду. Исключительная скорость электрической передачи по проводам, открытая Бенджамином Франклином, позволила создать такие великие изобретения, как телеграф, телефон и интернет, превратившие обычных людей в волшебников, ежедневно творящих технические чудеса.

Естественно, биологи задавались вопросом о том, может ли в основе скоординированности физиологических явлений лежать тот или иной способ дистанционной передачи сигналов. Но ответ оказался отрицательным — нет, не может. Единственным кандидатом на роль биологических проводов могли бы быть вездесущие белки с их длинными молекулами. Но белки не являются проводниками. Наоборот, нити такого типичного белка, как шелк, используют для подвешивания и изоляции металлических шаров при школьных демонстрациях феномена электростатического взаимодействия зарядов.

Конечно, все слышали, что сигналы могут передаваться в виде потенциалов действия по мембране нервных и мышечных волокон. Но мало кому известно, что в основе функционирования элементарной живой машины на молекулярном уровне лежит дистанционный каскадный контроль. Более того, оба эти способа дистанционной передачи сигнала имеют близкий механизм, что можно продемонстрировать на искусственной модели.

Более двух тысячелетий тому назад враждебные взаимоотношения с гуннами (называемыми в Китае Hsiung-nu) привели к возведению Великой китайской стены, которую можно рассматривать как своего рода аппарат для скоростной передачи информации на большие расстояния. Длиной более 6350 км, пересекающая пустыни и скалистые горы, эта рукотворная структура видна даже из космоса. Отлично вымощенная и настолько широкая, что по ней рядом могут скакать две лошади, она являлась также скоростным шоссе древности, поднятым над землей на много метров.

Стена соединяет между собой череду сторожевых башен, расположенных друг от друга на расстоянии 200-500 метров. При появлении неприятеля часовые, находящиеся в такой башне, тут же разжигали костер и подавали этим световой и дымовой сигнал другим постам. Увидев их, часовые соседних сторожевых башен в свою очередь тоже зажигали костры, передавая сигнал тревоги дальше. И так сигнал быстро передавался по цепочке сторожевых башен, пока не достигал гарнизонов, охранявших границу. На помощь постам, подвергшимся нападению, быстро прибывала конница и отражала натиск врага. Этот цепной способ передачи сигналов по Великой китайской стене может служить моделью быстрой передачи информации способом, альтернативным проводной связи — передача информации на большие расстояния обеспечивается многократным повторением ближних взаимодействий соседних сторожевых башен. Эта модель обладает существенным сходством как с распространением потенциала действия вдоль нервных и мышечных волокон, так и с распространением индуктивного эффекта вдоль белковых цепей (согласно теории Линга).

_________________________________________________________________________


Белки — основной субстрат жизни. Нельзя отрицать важность и ДНК с РНК, без которых жизнь не смогла бы долго продолжаться. Но функции ДНК и РНК не выходят за рамки функции кодирования ими белков (если не считать самокопирования), так что их роль не так тесно связана с жизнью, как роль белков.

Каждый белок — это уникальная последовательность аминокислотных остатков, разнообразие которых, как правило, составляет двадцать две аминокислоты. Поэтому язык жизни можно сравнить с письменным языком. Слова еаt и аtе (англ.) имеют разные значения, хотя набор букв в них одинаков. Так же и белок характеризуется не только природой и количеством аминокислотных остатков, но и порядком их расположения в цепи.

Разница между словами еаt и аtе чисто внешняя. Различие же между разными последовательностями аминокислотных остатков гораздо более глубокое. Во-первых, у них разная форма молекулы, или конформация. Еще важнее их электронные отличия в силу действия индуктивного эффекта.

В качестве примера приведем превращение приятного острого уксуса или уксусной кислоты (CH3COOH) с константой диссоциации 4.75, в чрезвычайно едкую трихлоруксусную кислоту (CCl3COOH) с константой диссоции < 1.

Каждый атом хлора в молекуле трихлоруксусной кислоты более электроотрицателен, чем замещенный им атом водорода. Понятно, что атом хлора с 17-ю положительно заряженными протонами в ядре сильнее притягивает отрицательно заряженные электроны, чем замещенный им атом водорода с его единственным протоном.

Поэтому при замещении атомов водорода на хлор притяжение к ним электронов возрастает. Более того, эффект притяжения электронов в конце концов достигает по цепочке атомов отрицательно заряженного атома кислорода карбоксильной группы. При этом электронная плотность на этом атоме снижается и связь с положительно заряженным атомом водорода, — протоном (Н+), — ослабевает. При замещении же всех трех атомов водорода на хлор образуется кислота с очень низким сродством к Н+. И слабая кислота в результате индуктивного эффекта становится очень сильной.

Белки — основное вещество протоплазмы, и в природе их умеют создавать лишь живые клетки, включая и те, из которых состоят сами биохимики, научившиеся синтезировать белки искусственно. Уникальными соединениями их делает вовсе не разнообразие аминокислотных остатков. Сколько бы их разновидностей ни было еще открыто, это не изменит главного: по-настоящему уникальной структурой белков является их полипептидная цепь.

Традиционная химия белков не уделяет этому уникальному структурному компоненту любой формы жизни того внимания, которого он заслуживает. А вот теория Линга с самого своего основания придавала полипептидной цепи огромное значение как уникальной резонансной структуре. Имеется в виду кето-енольная таутомерия: динамическое равновесие между кето-формой пептидной связи и енольной (—С=O—NН— ↔ —СОН=N—). Благодаря таутомерии пептидная связь имеет частично (на 40%) характер двойной (сопряжённой) связи, что проявляется в уменьшении её длины (1.32 Е), по сравнению с длиной одинарной —С—N— связи (1.47 Е). Эта «вибрация» делает длинную полипептидную цепь высокополяризуемой и, тем самым, придает ей способность передавать индуктивный эффект на большие расстояния. Эта особенность делает похожей цепь пептидных связей на Великую китайскую стену, а также на более непритязательную цепочку из гвоздей, превращая пептидный остов белка в главную информационную трассу элементарной структуры жизни.

Как же далеко может передаваться локальный или, как его называет Линг, прямой индуктивный эффект по полипептидной цепи белка invitro? Существует, по меньшей мере, четыре группы независимых экспериментальных данных, дающих ответ на этот вопрос. Взятые вместе, они показывают, что прямой индуктивный эффект может передаваться через три пептидные связи, и еще — через короткий участок насыщенной метиленовой цепи бокового радикала. Если вернуться к аналогии с Великой китайской стеной, то дистанцию, на которую распространяется индуктивное влияние, можно уподобить расстоянию между двумя ближайшими сторожевыми башнями.

Ввиду относительно быстрого ослабления индуктивного эффекта метиленовыми группами, функциональные группы, расположенные на коротких боковых радикалах, в большей мере испытывают его влияние, чем более удаленные. В числе этих проксимальных функциональных групп находятся, прежде всего, пептидные связи полипептидного остова белка и уже знакомые нам β- и γ-карбоксильные группы. Кроме того, ближе других к остову белка расположены функциональные группы на коротких боковых цепях остатков серина, треонина, цистеина, тирозина, фенилаланина, гистидина и триптофана. Так как функциональная группа каждого из них отделена от полипептидного остова не более чем двумя метиленовыми группами, индуктивному эффекту не сложно достичь их.


Подготовлена с использованием материалов книги Гильберта Линга "Физическая теория живой клетки"


А.Н. Стацкевич, Электронный механизм дистанционного каскадного управления клеток // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.17427, 23.04.2012

[Обсуждение на форуме «Публицистика»]

В начало документа

© Академия Тринитаризма
info@trinitas.ru