Лекция № 1

ВВЕДЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ. РОЛЬ РЕГУЛЯТОРНЫХ МЕХАНИЗМОВ В ПОДДЕРЖАНИИ КЛЕТОЧНОГО ГОМЕОСТАЗА. ТИПЫ РЕГУЛЯЦИИ. ВКЛАД ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ЗАРУБЕЖНЫХ ИССЛЕДОВАТЕЛЕЙ В ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИЗМОВ РЕГУЛЯЦИИ МЕТАБОЛИЗМА. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗНАНИЙ ОБ ОСНОВАХ РЕГУЛЯЦИИ МЕТАБОЛИЗМА У МИКРООРГАНИЗМОВ

1. Введение

Основная черта всех биохимических и биологических механизмов – их способность их к саморегулированию. В интактной микробной клетке практически все протекающие метаболические процессы регулируются. Высокая эффективность клеточных регуляторных механизмов обеспечивает:

максимально экономичное использование питательных веществ среды, оптимальное количество и соотношение синтезируемых промежуточных и конечных метаболитов;

быструю адаптацию клетки к меняющимся условиям среды за счёт уменьшения или увеличения скорости синтеза определенных метаболитов или скорости образования клеточной энергии.

Если параметры системы отклонены от значений, которые обеспечивают оптимальные условия существования, в организме начинается процесс, направленный на выравнивание значений параметров: будь то содержание сахара в крови, температура тела, концентрация кислорода в тканях и т. п. Следовательно, биологические системы — это не просто машины, а скорее автоматы, приспособленные к сохранению устойчивости в данной среде, которая сама по себе является источником постоянных возмущений. Если в неизменной среде устойчивой является равновесная система, то в изменяющейся среде устойчивость достигается формированием регулирующих механизмов.

Н. Винером (1958г) было отмечено глубокое сходство между системами управления связи в технике и системами, обеспечивающими регулирование в живых организмах. Эта концепция получила название «применением кибернетики к биологии», в ней устанавливает взгляд на организм именно как на машину, а не как на собрание статистических единиц с весьма проблематичными перспективами самоорганизации. Но по-прежнему остается неясным, почему хаотизированная и открытая среда породила столь сложные машины (недостаток данной концепции), но по крайней мере внимание направляется на свойства самих систем (плюс), что дает надежду на отыскание законов, которые описывали бы не только среду или организм в отдельности, но и среду и организм как целое.

Т.о. по Винеру организм с точки зрения теории регулирования – не собрание слабо связанных друг с другом и тождественных частиц, а скорее механизм, в котором все части находятся во взаимодействии, достаточно тесном, чтобы обеспечить функционирование аппаратов обратной связи.

Теория автоматического регулирования явилась слишком примитивной для анализа биологических систем, так как она выделяет небольшое число связанных и регулируемых параметров и базируется на использовании линейных систем дифференциальных уравнений, в то время как биологические системы нелинейны. Но тем не менее в целом эта теория оказалась более пригодной для изучения и моделирования феноменов жизни, чем классическая статистика и термодинамика необратимых процессов. Понятие «системы» в теории регулирования несколько другое. Оно включает указание на то, что система содержит определенным образом связанные между собой элементы и характеризуется наличием так называемого «входа», т. е. в общем случае некоторого воздействия на систему, и «выхода», т. е. ответной реакции системы. Это определение сближает объект исследования с биологическими системами, т.е. это наличие «определенным образом» связанных элементов, а также введение представлений о входе и выходе для характеристики отношений организма и среды.

Т. о., исследования механизмов регуляции метаболизма у микроорганизмов базируются на фундаментальных понятиях и представлениях теории управления и проблемы биогенеза.