hirsh_ben_arie (idelsong) wrote,
hirsh_ben_arie
idelsong

Category:

Расточительность

Давно я не писал про биологию. Надо восполнить этот пробел.

Представьте себе такую ситуацию: некое государство поддерживает постоянный уровень обороноспособности. И для этого производит, например, танки. Чтобы поддержать парк танков в рабочем состоянии, в мирное время им назначен срок годности - 1 неделя. По прошествии недели танк разбирается на детали,  и делается новый. А во время войны танки отправляются на фронт, и там у них срок годности - 1 год.  При этом производство танков постоянно.

Представим себе экспериментатора, который наблюдает за всем этим, ну, скажем, с небес. Если он будет наблюдать за танками, то обнаружит следующую картину: в обычной повседневной жизни танков почти нет. Если он увеличит чувствительность наблюдения, он все-таки заметит немногочисленные танки, находящиеся в гаражах недалеко от заводов.

 

При некотором экспериментальном воздействии - например, бомбардировке страны - он обнаружит, что количество танков резко выросло, и притом они переместились в совершенно другой район.

Если же он проследит не за танками, а за их производством - например, будет считать вагоны с гусеницами, поступающие на заводы - он обнаружит очень высокий темп производства, не зависящий от внешних  воздействий.

Танк - машина дорогая, поэтому  такой подход в случае танков кажется чудовищным расточительством. Но, если бы их стоимостью можно было пренебречь в рамках государственной экономики, это не казалось бы такой дикостью.

В данном и, бли нэдер, последующих постах я хочу привести несколько примеров такой расточительной тактики в биологии.

1.       HIF (Hypoxia-induced factor(s))

Как надо себя вести, когда мало кислорода? По-разному.

Клетки, которые могут обойтись без кислорода, должны увеличить количество ферментов, нужных для производства АТФ без кислорода.

Возможно, надо увеличить количество кровеносных сосудов в ткани, которой не хватает кислорода - соответственно, ткань с нехваткой кислорода начинает производить фактор роста VEGF, который будет способствовать прорастанию в ткань капилляров.

Специальные клетки в почках, почувствовав нехватку кислорода, производят гормон эритропоэтин, сообщая костному мозгу, что хорошо бы производить побольше эритроцитов. Эритропоэтин одновременно сообщает кишечнику, что хорошо бы всасывать из пищи побольше железа.

Те клетки, которым трудно обойтись без кислорода, должны по возможности снизить до минимума свою активность.

Инженерный вопрос: как сделать сенсор на отсутствие кислорода? Более того, нужен еще fine tuning: для разных клеток нормальное количество кислорода разное.

Делает это внутриклеточный белок (точнее, группа из нескольких очень похожих белков) под названием HIF (Hypoxia-Induced Factor). Вопреки названию, его производство совершенно не индуцируется отсутствием кислорода. Он синтезируется в более или менее постоянном количестве.

Свежесинтезированый HIF встречается со специальным ферментом, HIF prolyl hydroxylase, и тот модифицирует в нем определенную аминокислоту - пролин-564: окисляет ее в гидроксипролин. В качестве окислителя используется кислород.

Пролил гидроксилаз уже несколько, и их количество и активность вполне годятся для fine tuning. HIF, содержащий гидроксипролин, узнается другим специально существующим ферментом (еще одна возможность для fine tuning), и тот навешивает на него специальную универсальную метку, обозначающую, что этот белок нуждается в немедленном уничтожении. Универсальная метка - это небольшой белок, повсеместно встречающийся в клетках, и потому названный убикуитином. Помеченные убикуитином белки, в частности, HIF, попадают в специальное место - протеасому, и там разрушаются.

А что происходит, если кислорода мало? Пролил оксидаза не может полностью модифицировать HIF, и HIF с неокисленным пролином-564 не уничтожается в протеасоме. Внесто этого он попадает в клеточное ядро, и там, вместе с другими белками, связывается с участками ДНК, содержащими определенную короткую последовательность - так называемые HRE Hypoxia Responsive Elements)

В зависимости от контекста, HRE  либо включают, либо выключают работу генов, активность которых должна зависеть от кислорода.

Таким образом, сенсор устроен так, что он постоянно производится и тут же уничтожается. А если кислорода нет, то не уничтожается. Как в нашем примере с танками. Для наблюдателя это выглядит, как будто отсутствие кислорода его индуцирует.



Вот на этой картинке (ссылка) использован ген, кодирующий гибридный белок, в котором HIF соединен с red fluorescent protein. Этот ген встроен в клетки, которые можно посадить в условия нормального или сниженного количества кислорода. Если кислорода нормальное количество, почти ничего не видно. А если кислорода мало, клетки флуоресцируют красным цветом.


Tags: чуть-чуть биологии
Subscribe

  • (no subject)

    Жена купила мне в "Бабеле" книжку Джонатан Харрис Византия: История исчезнувшей империи. Я совсем ничего не знаю про историю Византии, так…

  • (no subject)

    Очень люблю читать всякие истории из французской жизни времен Belle Époque, благо французы еще и предоставляют свободный доступ ко многим…

  • (no subject)

    Спасибо уважаемой Яне Букчиной, владелице магазина "Бабель" - наслаждался новой книжкой Акунина. Не буду спойлером, если сообщу, что в…

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 7 comments