Избыточный синтез

Поддержание градиента концентрации такого химически вполне безобидного иона, как ион натрия (или калия), позволяет клетке быть в постоянной готовности к реакции на случай повреждения (а в дальнейшем, при совершенствовании этого механизма — уже лишь при угрозе повреждения). Изменение градиента концентрации служит сигналом для принятия защитных мер, прежде всего для включения механизмов синтеза пограничного вещества — липидов и белков клеточной мембраны. Необходима тонкая регулировка процесса биосинтеза элементов мембраны (как и других биосинтетических процессов — синтезов ферментов и матриц). В самом деле, избыточный синтез делает жизнь невозможной — клетка переполняется веществом, на избыточный синтез напрасно расходуется вещество и энергия. Таким образок, возникает необходимость непрерывного (пока существует опасность повреждения) поддержания готовности к реагированию, к раздражению и возбуждению. Для этого приходится все время поддерживать искусственный градиент концентрации химически безвредных сигнальных веществ — ионов натрия и калия. Постоянная боевая готовность клетки обычно сопряжена с непрерывным расходом энергии. В неблагоприятных солевых условиях расходы на поддержание необходимого градиента могут превысить возможности клетки. Тогда становится «дешевле похоронить, чем прокормить».... На этом основано использование в качестве консервирующего средства поваренной соли в сильно соленой среде истощаются и гибнут нежелательные нам микроорганизмы. Поэтому безжизненны резко соленые водоемы и столь мало пригодны для жизни.
Необходимость непрерывного поддержания асимметрии распределения тонов натрия и калия в системе клетка — внешняя среда вовсе не означает, что этот механизм должен все время функционировать.
Было бы нерационально, бессмысленно непрерывно откачивать воду из дырявой лодки. Во всяком случае, ни о каком совершенстве тут говорить нечего. Необходимый градиент можно сохранить, закрыв пробоины. Конечно, умеют это делать далеко не все организмы, а лишь специально приспособленные к жизни в необычных условиях чрезмерной солености или пресности. Физиология и биология приспособлений к жизни водных организмов при разг.ой степени солености рассмотрена.
Итак, первичный механизм реагирования клеток на повреждение (раздражение) был, по-видимому, основан на изменении внутриклеточной концентрации ионов калия и натрия.
Мерой градиента концентрации ионов является электрохимический потенциал. Для реагирования на внешние воздействия вовсе не обязательно доводить дело до грубого повреждения клетки — функции сигнала может взять на себя изменение электрохимического потенциала. Ясно, что обязательным компонентом такого механизма должен быть процесс резкого активирования биосинтеза биодетергентов и белков. Следовательно, процессы считывания текста нуклеотидных матриц и синтезы необходимых ферментов, а также, быть может, активность уже готовых молекул ферментов должны быть чувствительны к уровню концентрации одновалентных катионов.
Так возникает в процессе эволюции электрофизиологический механизм, детальное рассмотрение которого выходит за пределы задач этой главы.
Нам остается, однако, обсудить здесь еще один важный вопрос: почему в процессе эволюции на Земле возникла именно такая ионная асимметрия.
Мы считали, что ионная асимметрия, т. е. «противоестественный» градиент концентраций возник как эволюционное следствие необходимости клетки реагировать на повреждение. Однако мы уже видели, что в «простых» глинах происходит резко избирательное накопление калия, и, следовательно, возникает ионная асимметрия, а именно, натрий остается вне глины, калий проникает внутрь. Строго говоря, в глине никакого противоградиентного накопления калия нет. Напротив, строго по предписаниям термодинамики калий заполняет пустоты в структуре сэндвичевых глин, в результате чего свободная энергия системы понижается. В глиняной модели живого организма можно предусмотреть и реагирование на повреждение. В самом деле, всякое нарушение целостности сопряжено с механическим воздействием. А глина, как и другие гелеобразующие материалы, тиксотропна, т. е. разжижается при механическом воздействии (вот почему в мокрой глине ноги вязнут тем сильнее, чем интенсивнее попытки выбраться). Нарушение структуры тиксотроп-ных гелей — вполне удобный в принципе механизм раздражения, который может включить необходимые для восстановления целостности клетки процессы биосинтеза.







Материалы

Яндекс.Метрика