Сильная и слабая связь

Несмотря на открытие специфических механизмов, управляющих синтезом макромолекул, нельзя, однако, игнорировать тот факт, что все биохимические процессы в клетке так или иначе связаны между собой. Именно эта связь обеспечивает органическое единство живой клетки. Мы попытаемся разделить эти связи на 2 класса. Связи первого типа образуют специфические системы управления, регулирующие состояние эпигенетической системы. Связи второго типа являются неспецифическими в том смысле, что они осуществляются между всеми без исключения биохимическими процессами в клетке. Например, выработка энергии в цикле Кребса и синтез ферментов глутаминсинтетазы и орнитинтранскарбамилазы, несомненно, как-то связаны между собой. Но можно ли сказать, что эта связь специфична, т.е. что существует индивидуальная зависимость синтеза каждого из этих ферментов от активности цикла Кребса, которую можно описать с помощью уравнений? Другими словами, можно ли сказать, что эта связь является сильной, т.е. что уровень глутаминсинтетазы специфически зависит от количества АТФ, вырабатываемого в цикле Кребса, и что уровень орнитинтранскарбамилазы также контролируется этой переменной, но как-то иначе, поскольку эти ферментные системы изменяются независимо друг от друга? Конечно, АТФ может специфически контролировать и действительно контролирует синтез ферментов, участвующих в биосинтезе пуринов. В этом случае АТФ действует в цепи обратной связи в качестве репрессора точно так же, как и другие конечные продукты цепей биосинтеза. Но совершенно очевидно, что действие АТФ как общего энергетического источника клетки неспецифично. Если количество АТФ в клетке – ограниченно, то это тормозит все синтетические процессы. По-видимому, не все в одинаковой степени, однако и не столь специфически, чтобы обеспечить селективное управление синтезом различных белков. Такой общий метаболит, как АТФ, может быть использован как фактор отбора специфических состояний эпигенетической системы только при наличии в клетке дополнительных, независимых и специфических регуляторных систем. Фликинджер предложил теорию дифференцировки клеток, в которой высокоспецифичным и детерминированным компонентом системы является часовой механизм, управляющий деятельностью генов.

Таким образом, оказывается необходимым выделить два типа взаимодействий между переменными в клетке; мы назовем их сильными и слабыми по аналогии с физической терминологией. Сильные взаимодействия могут быть строго описаны математически и образуют основу полностью детерминированной модели регуляторных систем клетки. Слабые взаимодействия не представлены в уравнениях явно, поскольку они не составляют четко выделенной части системы регуляции. Однако их следует считать существенной частью всей системы, так как в противном случае мы получим не модель целой клетки, а систему уравнений, описывающую динамику части клетки. Существенными эпигенетическими переменными в нашей теории являются m-РНК, белок и некоторые метаболиты. Эта система погружена в весьма сложную биохимическую среду, о динамических свойствах которой мы почти ничего не знаем. Однако ее влияние на существенные переменные должно быть каким-то образом учтено, и поэтому слабые взаимодействия составляют существенную часть статистической механики. Итак, в нашем подходе клетка делится на детерминированную часть, описываемую уравнениями, содержащими регуляционные переменные, и вероятностную часть – всю остальную клетку, от которой зависит синтез существенных переменных. С точки зрения динамики детерминированной эпигенетической системы регуляции эта "остальная клетка" ведет себя как "шум". Даже детерминированные цепи регуляторных реакций с сильной связью, работающие в метаболической системе, должны действовать как шум на эпигенетические переменные, так как, согласно предпосылкам, скорости метаболических процессов значительно выше, чем эпигенетических. И именно через эту шумовую среду осуществляется слабая связь между регуляционными переменными. Подход с позиций статистической механики точно соответствует подобной ситуации. При этом степень приближения теории к реальной системе зависит от того, насколько правильно выбраны существенные переменные и насколько точно уравнения описывают их динамику.


Также смотрите:

Предыстория антропного принципа
Антропный принцип вовсе не изобретение второй половины ушедшего XX столетия, как может показаться при первом рассмотрении, он так же стар, как вся известная нам западноевропейская цивилизация. Достаточно вспомнить древнегреческих мудрецов с их изречениями: «Познай сам ...

Взаимоотношения среди взрослых особей
Одной из наиболее характерных черт стадного поведения всех дельфинов является сотрудничество и взаимопомощь среди взрослых особей, которые выражаются в самых разнообразных формах. Здоровые особи оказывают помощь нуждающемуся в ней члену сообщества независимо от пола и ...

Роль хаоса в эволюции
Путь хаоса, термодинамическая ветвь остается как один из возможных путей эволюции в открытых нелинейных средах. Необходимо осознавать конструктивную роль хаоса в эволюции. Например, аналогом хаоса в социальной области является рынок, рынок в обобщенном смысле, не толь ...