Передача биологических сигналов

Генетик Константин Северинов о проблеме биологических решений, взаимодействии гормонов и рецепторов и регуляции работы генов

Как принимаются биологические решения? Каким образом можно регулировать работу генов? Как происходит процесс передачи информации между клетками? Об этом рассказывает доктор биологических наук Константин Северинов.

Жизнь в конечном счете — это вопрос принятия правильных решений. Внешняя среда изменяется, и живой организм должен к ней приспособиться. Если он приспосабливается, принимая неправильные решения, то, скорее всего, долго такой организм или его потомки существовать не будет, и мы про него просто не будем знать. Возникает вопрос: как именно принимаются биологические решения? Все, что мы делаем, хотя мы можем сколько угодно обсуждать свободную волю, в конечном счете все равно сводится к взаимодействию макромолекул в нашем мозге, в наших мышцах, в нашем теле, клетке.

Фолдинг белка

Генетик Константин Северинов о структурной биологии, методах предсказания структуры белка и краудсорсинге в науке

Если мы рассмотрим клетку, которая может отвечать на наличие в среде гормона (это небольшая, как правило, пептидная молекула), то на ее поверхности — а клетка отгорожена от внешнего мира мембраной — плавают рецепторы, белковые молекулы, которые находятся частично снаружи и могут взаимодействовать с другими молекулами, которые есть во внешней среде. Причем для конкретного гормона у клетки должен быть рецептор, который может с гормоном провзаимодействовать. Взаимодействие это идет на уровне ключа и замка. Гормон взаимодействует с рецептором потому, что на поверхности молекулы рецептора, белка, есть некая впадина или форма, которая в точности повторяет внешнюю форму гормона. И поэтому взаимодействие очень плотное. Когда такое взаимодействие происходит, то рецептор не остается таким же, каким был раньше, он реально меняет свою форму. Он был сначала такой, а стал другой. Энергия для изменения, конформации рецептора получилась из энергии связывания гормона с рецептором. Всякое связывание привносит некоторую энергию в систему, и эта лишняя энергия может найти свое выражение (или выход) в том, что большая молекула рецептора изменила свою форму. Такого рода изменения приводят к тому, что на молекуле рецептора появляются новые, ранее не экспонированные участки, с которыми в свою очередь может взаимодействовать что-то еще. Возникает некая цепь передачи информации. Каждый участник этой цепи за счет молекулярных взаимодействий с партнером выше по каскаду способен затем передать сигнал ниже, просто чуть-чуть изменившись.

Если у нас где-то на поверхности клетки возник сигнал, который привел к каскадной передаче измененных макромолекулярных взаимодействий между молекулами, можно представить, что этот сигнал дойдет куда надо. А надо, чтобы он дошел именно до репрессора, и какое-то дополнительное взаимодействие с репрессором приведет к следующему: изменится уже структура репрессора так, что он больше не будет комплементарен молекуле ДНК, где он находился до сих пор. Значит, если он оттуда уйдет, ген окажется открытым, с него может пойти транскрипция, он заработает.