Часы без колесиков
Прежде всего Е.Е. Сельков и его коллеги приняли во внимание,
что энергетические процессы в клетке – это реакции, в которых или
синтезируется, или разлагается АТФ – аденозинтрифосфорная кислота.
Она поистине вездесуща, клетка без нее мертва. Различные внутриклеточные
синтезы, выделение и транспортировка веществ от одной части клетки
к другой, управление реакциями, чисто механическая работа сокращения
мышц – всюду мы непременно столкнемся с АТФ.
Во-вторых, из очень высокой стабильности хода биочасов (на частоту
циклических процессов почти не влияет, например, изменение температуры)
вытекало, что предполагаемая реакция идет с большой скоростью. Подробное
объяснение уведет нас далеко, поэтому прошу просто поверить в то,
что медленными реакциями стабильности не достичь. Так оказались
«вне подозрений» все синтезы нуклеиновых кислот и белков, «по долгу
службы» идущие неторопливо. Остались жирные кислоты, гликоген и
аминокислоты, в паре с которыми АТФ участвует в «быстроходных» реакциях.
Но...
Тут исследователей поджидало знаменитое «но», которое, как утверждает
Чехов, часто встречается в рассказах потому, что жизнь полна неожиданностей.
Часам ведь свойствен ритм! Суточный! А реакции, которые выглядели
кандидатами на механизм часов, быстры. Вот и извольте составить
уравнение процесса, который был бы в одно и то же время быстр (стабильность)
и медлен (ритм). Каково?
Над решением бились два года. Перебрали массу вариантов, и к 1969 г.
стало ясно, что все-таки могут существовать такие внешне противоречивые,
а внутренне очень логичные реакции. Суть дела – в «складах».
Без них никакое живое существо жить не в состоянии. Запасы «на
черный день» организм делает чрезвычайно охотно, толстяки и дамы,
следящие за фигурой, осведомлены об этом более чем хорошо. Накапливаются
жиры, белки, гликоген – животный крахмал (у него очень красивая
структурная формула: словно дерево с множеством веточек). Все эти
вещества в трудную минуту превращаются в тот исходный продукт, из
которого были созданы.
Гликоген, скажем, становится снова глюкозой.
И здесь я должен сделать одну оговорку. Я был не совсем точен,
утверждая, что запасы расходуются только в трудную минуту. Дело
обстоит сложнее. Они и расходуются, и не расходуются. Поддерживается
динамическое равновесие: сколько расходуется, столько немедленно
пополняется, так что в целом запас остается неизменным.
«Склады» велики. Полное обновление запасов происходит неторопливо.
На это уходит практически столько же времени, сколько понадобилось
бы, чтобы дочиста израсходовать все запасенное. На накопленном в
организме жире человек может просуществовать без пищи почти месяц,
лишь бы вода была. Зато гликоген исчерпается быстрее, примерно за
сутки. Сутки...
Гликоген, как вы помните, клетка получает из глюкозы. В Пущине
создали математическую модель расходования глюкозы, существенно
отличающуюся от традиционной: в схеме появился «склад».
Раньше процесс выглядел так. Клетка получает откуда-то (откуда
– не так уж важно) глюкозу и тратит АТФ на различные превращения
этой глюкозы. В конце концов получается пировиноградная кислота,
которой клетка распоряжается, как ей нужно, а кроме того выделяется
свободная АТФ. И самое замечательное: ее образуется больше,
чем было израсходовано. Что с этой разницей делает клетка?
Прежде на вопрос не было ответа. Но теперь, когда появился «склад»,
процесс стал понятен. Оказывается, АТФ не только перерабатывает
глюкозу по обычной схеме, но и частично превращает ее в гликоген,
который откладывается «про запас». Дополнительная же АТФ, полученная
вместе с пировиноградной кислотой, идет на переработку глюкозы в
гликоген, т.е. увеличивает объем «склада».
И круг замкнулся. Волки принялись кушать овец.
Чем больше поступает АТФ в «голову» процесса, тем быстрее расходуется
принесенная извне глюкоза, тем больше образуется на «выходе» АТФ
– словно маятник летит все выше и выше. В конце концов наступает
момент, когда глюкозы становится так мало, что скорость ее потребления
для переработки в гликоген и пировиноградную кислоту несколько уменьшается.
На выходе системы уменьшается объем АТФ, соответственно и скорость
потребления глюкозы падает еще значительнее. Маятник качнулся в
обратную сторону.
Какова же задача «склада»? Он играет роль тормоза, замедляющего
скорость игры в «волки и овцы». Во сколько раз масса глюкозы, запасенной
в гликогене «склада», больше массы, переработанной в пировиноградную
кислоту, во столько раз замедляются колебания «маятника». Быстрый
процесс прямого превращения, гарантирующий стабильность хода биочасов,
приобретает одновременно нужную медленность – период порядка суток.
Разработанная Е.Е. Сельковым и его товарищами схема объяснила
и такую особенность живых часов, как нечувствительность периода
к изменениям температуры. Это свойство было получено в придачу к
разгадке медленных колебаний, как следствие внутренних особенностей
модели.
А опыты, проделанные, в ФРГ и Японии на живых клетках, полностью
подтвердили математическую гипотезу советских ученых. Она вполне
убедительна, а самое главное – опирается на такое фундаментальное
свойство организма, как запасание и расходование энергии.
Ничего таинственного нет в суточных циклах. Они сложились еще на
заре зарождения жизни на планете, когда, так же как и сейчас, день
сменялся ночью и живые организмы с суточной ритмичностью запасали
энергию солнечного света. Иная частота попросту невыгодна.
И тема, к которой мы перейдем в следующей главе, посвящена тому,
как Homo sapiens научился использовать энергию солнца на уровне
уже не одного организма, а коллектива людей.
|
