Академик В. М. Глушков – пионер кибернетики - Деркач В.П - Страница 74

74

Подобно белкам каждая молекула ДНК представляет собой огромную цепь, состоящую из миллионов сравнительно простых органических молекул четырех различных видов – так называемых нуклеотидов. Двухмолекулярный комплекс, о котором идет речь, представляет собой две свитые в спираль одинаковые молекулы ДНК. Эти комплексы (включенные в специальные образования – так называемые хромосомы) находятся внутри ядра клетки (ДНК со сравнительно небольшими цепями нуклеотидов, находящиеся вне ядра в так называемых митохондриях, не играют роли в дальнейших построениях и поэтому исключаются из рассмотрения).

* Иногда рассматривают подобный двухмолекулярный комплекс как одну сложную молекулу.

При делении клетки (митозе) две нити ДНК расходятся и в процессе формирования двух новых ядер синтезируют вторые (недостающие) нити комплексов. Затем происходит деление тела клетки (цитоплазмы с наружной мембраной), после чего возникают две новые клетки, являющиеся в нормальных условиях в точности подобными (по составу ДНК) исходной клетке.

На первичном штампе ДНК синтезируются молекулы рибонуклеиновой кислоты, называемой сокращенно РНК. Подобно ДНК Молекулы РНК представляют собой цепи нуклеотидов (хотя гораздо менее длинные, чем у ДНК) четырех различных видов, три из которых являются общими с нуклеотидами, составляющими ДНК, а один нуклеотид (урацил) новый. Существуют два типа РНК – так называемая информационная (и-РНК) с длинными молекулами и транспортная (т-РНК) с относительно короткими молекулами. Синтезируясь в ядре на двухмолекулярных комплексах ДНК, молекулы РНК попадают (по-видимому, в момент деления ядра, что естественно с системной точки зрения) в цитоплазму, где с их помощью осуществляется синтез белков из аминокислот. При этом роль молекул т-РНК заключается в захвате и транспортировке к молекулам и-РНК отдельных аминокислот. На молекуле и-РНК – своеобразном „вторичном штампе” – из этих аминокислот образуются белковые молекулы. Причем различные (по составу и порядку расположения нуклеотидов) молекулы и-РНК штампуют, вообще говоря (с точностью до некоторой избыточности кода РНК), различные белки.

Необходимые для синтеза белков аминокислоты переносятся к клеткам различных тканей кровеносной системой из пищеварительного тракта, где белки пищи разлагаются на отдельные составляющие их аминокислоты. Другой возможный источник аминокислот - белки погибших клеток организма. Опыт свидетельствует, что выделительная система человека постоянно выводит из организма еще более простые (чем аминокислоты) продукты распада белков. Это означает, очевидно, что полной утилизации белков погибших клеток в человеческом организме не происходит.

Кроме процессов гибели и разложения клеток внутри клеток могут происходить процессы разложения отдельных молекул белков и нуклеиновых кислот либо с последующим ресинтезом, либо с выведением остатков их разложения из клетки (с последующим выносом их из организма через кровеносную и выделительную системы). Энергия, необходимая для всех перечисленных процессов, производится, в конечном счете, в результате окисления глюкозы. Как глюкоза, так и необходимый для ее окисления кислород подаются к клеткам кровеносной системой соответственно из пищеварительной и дыхательной систем. Кроме того, источником глюкозы могут служить (после переработки) жировые запасы организма (и, возможно, в условиях глюкозного голодания – углеводные резервы менее важных клеток).

Кроме перечисленных видов обмена клетки с окружающей средой имеют место и другие виды обмена с участием неорганических молекул и ионов. При этом, разумеется, наряду с необходимыми для клетки веществами в нее могут попадать (в случае наличия в окружающей клетку среде) и другие вещества, вредные и даже смертельно опасные для нее. Когда с подобной ситуацией сталкиваются в технических системах, стремятся, по возможности, защитить от проникновения вредных веществ как всю систему в целом, так и особенно ее наиболее ответственные части. Для таких целей естественно использовать прежде всего мембраны (т. е. пленки с порами в них), которые были бы проницаемы для одних веществ (полезных) и непроницаемы для других (вредных). Другой способ – открывать доступ в систему на короткое время при самой благоприятной обстановке и полностью закрывать его в остальное время.

Хорошо известно, однако, что создать мембрану даже с управляемыми (например, электрически) порами, «отличающую» все полезные молекулы от всех вредных при огромном многообразии различаемых молекул, практически невозможно.

Поэтому приходится ограничиваться более простыми решениями, различающими молекулы и ионы в основном по их размерам и электрическим зарядам. При этом для максимального сужения возможности проникновения вредных веществ поры в мембране желательно делать более мелкими, но, однако, не столь мелкими, чтобы препятствовать постоянно происходящим обменным процессам. Для разового же пропуска больших молекул подходит метод открывающегося на короткое время „шлюза”. Метод „шлюза” наиболее естествен, в частности, для выброса в цитоплазму синтезированных в ядре молекул РНК. Моменты открытия и закрытия шлюза должны характеризоваться разрывными преобразованиями оболочки, что происходит, соответственно, в моменты деления и „смыкания” новых оболочек-мембран. Именно в момент деления ядра должны происходить как выброс из ядра молекул РНК, так и (возможно) захват необходимого „крупноблочного” строительного материала для необходимого при делении удвоения массы „ядерного” материала.

Аналогичный процесс (хотя, по-видимому, и в меньших масштабах) может происходить и при делении всей клетки в целом. При этом могут происходить выброс и захват крупных молекул, например молекул информационной РНК, и тем самым (через кровеносную и лимфатическую системы) может осуществляться с некоторой вероятностью перенос РНК из одних клеток в другие, в том числе и достаточно удаленные друг от друга.

Имея в виду, что наиболее важной составной частью клетки является ДНК, а наибольшая интенсивность обменных процессов имеет место в цитоплазме, естественно предположить, что наружная мембрана клетки является более „крупнопористой”, чем мембрана клеточного ядра. Поэтому вероятность поражения чужеродными веществами материала ядра (в частности, молекул ДНК) должна быть значительно меньше, чем такая же вероятность для аналогичного материала цитоплазмы (в частности, молекул РНК). Источниками такого поражения могут служить вирусы и различные канцерогенные вещества. Другой возможный источник поражения – проникающее излучение (рентгеновские и гамма-лучи, потоки нейтронов и т. п.), а для поверхностных клеток тела – также и ультрафиолетовые лучи.

В этих случаях материал ядра оказывается почти (а для глубоко проникающих излучений) практически точно так же уязвим, как и материал цитоплазмы. Не следует исключать (ввиду особо больших размеров молекул ДНК) и возможность их поражения в результате механических повреждений клеток.

Наконец, надо считаться и с возможностью простого износа штампов без каких-либо дополнительных причин. О такой возможности свидетельствует факт наличия двойной системы штампов: эталонного штампа (ДНК) и рабочего – (и-РНК). В технических системах такая организация процесса применяется для уменьшения износа эталонного штампа. Если бы не было износа, естественно было бы использовать в качестве рабочего инструмента сам эталонный штамп. Все известные в общей теории систем механизмы износа штампов носят вероятностный характер. Естественно предположить поэтому, что как для эталонных, так и для рабочих штампов существуют какие-то пределы для числа их использования, после достижения которых вероятность естественной порчи штампов (вначале практически равная нулю) становится настолько заметной величиной, что продолжение пользования ими в случае