Сигналы с клеточной поверхности геному

Дрожжи обладают интересным половым процессом размножения. Клетки противоположных полов, а и α, выпускают феромоны (небольшие белковые молекулы с липидными вкраплениями) для обоюдного привлечения. Гаплоидные клетки дрожжей имеют рецепторы (чувствительные приемники) на своей поверхности к феромонам противоположного пола, которыми она распознают сигнал и отвечают на него. Их ответ заключается в том, что они останавливают клеточный цикл в фазе G1 (с неудвоенным геномом) и образуют в сторону полового партнера выпячивание на своей поверхности так, что клетка становится грушевидной формы. Такие выпячивания в итоге сливаются для образования единой клетки с двумя гаплоидными ядрами, которые в последствии также сливаются и образуют диплоидное а/α ядро.

---

Контроль клеточного цикла

Ранее мы узнали о SOS ответе, который запускается в ответ на повреждения ДНК и который сам ответственен за изменение (мутагенез) генетической информации.

Один из компонентов SOS системы, белок SulA, блокирует клеточное деление, тем самым предотвращая перенос поврежденной или неполной генетической информации в дочерние клетки. SulA останавливает клеточный цикл только на время, пока ДНК репарация не завершится: такое поведение известно как контрольная точка клеточного цикла (своего рода контрольно-пропускной пункт, без прохождения которого дальнейшее продвижение по циклу невозможно).

---

Репарация ДНК-повреждений и мутагенез (продолжение)

Итак, мы видели, как клетки бактерий отвечают на повреждения УФ излучением. SOS ответ, который активируется в ответ на такие повреждения, включает, как мы уже отмечали, два вида восстановительных систем: эксцизионную систему, вырезающую поврежденный участок целиком и восстанавливающую его без внедрения ошибок, и систему репарации с внедрением ошибок в код, задействующую специальные подверженные ошибкам ДНК полимеразы.

Вдобавок к данным двум системам SOS ответ включает синтез белков, которые способствуют гомологичной рекомбинации, остановке клеточного деления, изменению клеточного метаболизма, а также тормозят нормальную ДНК репликацию и стимулируют выход из SOS состояния после того, как репарация завершена. Гомологичная рекомбинация — процесс физического и генетического обмена между двумя молекулами ДНК, которые обладают одинаковой последовательностью (гомологичны). SOS система зависит от мультифункционального сенсорного белка под названием RecA. RecA получил свое название от Джона Кларка (A. John Clark), который открыл его ключевую роль в процессе гомологичной рекомбинации, которая является главным механизмом восстановления двуцепочечных разрывов молекул ДНК (так как при двойном разрыве вся генетическая информация в участке разрыва потеряна: нет шаблона, по которому можно восстановить разорванный участок, как в случае одноцепочечных разрывов).

---

Восстановление повреждений ДНК и мутагенез

Еще одним заблуждением традиционных обсуждений, касающихся изменений генома, является то, что клетки якобы не могут избежать непроизвольных мутаций в ответ на повреждения ДНК, как, например, в случае воздействия ультрафиолетового излучения и мутагенных факторов химической природы. Такое заблуждение проистекает из незнания того сложного аппарата любой, даже самой малой, клетки, который осуществляет восстановление поврежденных участков генома, а также из неспособности узреть всю мощь двух режимов функционирования: контроль (качества) и ответ (ответная реакция). ДНК репарация (восстановление) стала поистине исследовательской индустрией, так как тесно связана с онкогенезом. Для краткости изложения автор использует пример повреждений ультрафиолетовым излучением в бактериях.

---

Корректировка ДНК репликации (продолжение)

Мы видели, какой точности достигает процесс ДНК репликации в кишечной палочке E. coli. Мы также отметили, что точность самой ДНК-полимеразы, которая осуществляет процесс репликации, по крайней мере на четыре порядка ниже точности всего результирующего процесса. Теперь мы поговорим о том, какими способами достигается столь высокая точность ДНК репликации.

Две различные сенсорные стадии обеспечивают высокую точность (=низкую погрешность) корректировочного механизма процесса репликации.

---

Корректировка ДНК репликации

Стандартный подход к эволюционному изменению (то есть такой модификации, которая закрепляется на видовом уровне, в череде поколений) — случайное изменение ДНК: неизбежные ошибки при удвоении ДНК или физические и химические повреждения молекулы (например, вызванные облучением или химическими препаратами). Именно такие случайные и в то же время незначительные изменения, накапливаясь с течением времени (∝ миллионы лет), приводят к последовательному усложнению биологической организации материи — важное предположение Ч. Дарвина, опровергни кто которое, как мы видели во Введении, и он сам бы посчитал свою теорию несостоятельной. Помимо случайности (нео-дарвинистское дополнение) и незначительности (оригинальное предположение), условиями эволюционного изменения по Дарвину также были многочисленность и последовательность.

---

Как кишечная палочка выбирает лучший сахар к обеду

Читайте о содержании следующей главы книги Джеймса Шапиро "Эволюция 21 век" здесь

Живая клетка — не пассивный объект. Она не действует слепо. Клетка постоянно воспринимает различного рода информацию из окружающей среды и отслеживает внутренние показатели. Полученная информация используется для управления процессами, ключевыми для выживания, роста и воспроизведения. Без такого хорошо отработанного механизма отслеживания ключевых внешних и внутренних показателей клетка не может успешно участвовать в размножении и развитии всего организма. Жизнь нуждается в восприятии на всех уровнях организации.