Фотопериодизм. Биологические часы

Перейти в оглавление раздела: СВЕТ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ РИТМЫ

* Фотопериодизм. Биологические часы

Читать очерк сначала: Биологические часы

Существуют гены биологических часов

...Более 50 лет назад К.Питтендрич начал изучение периодичности в жизни дрозофил. У разных видов разная суточная активность. Дрозофилы одних видов активны в утренние часы, других – в вечерние. Особенно четко суточная периодичность у них проявляется во время массового выхода взрослых мух из коконов.

К.Питтендрич создал замечательную школу исследователей. Мы обязаны этому ученому многими достижениями. В его лаборатории и было впервые установлено существование у дрозофилы гена биологических часов. В определенных местах хромосом есть ген per, определяющий циркадную периодичность. Мутации этого гена приводят к наследуемым изменениям хода часов. Аналогичные гены были обнаружены у низшего гриба нейроспоры и у крестоцветного растения арабидопсис.

Гены кодируют определенные белки. Следовательно, существуют per-белки, определяющие ход биологических часов. Нарушение синтеза этих белков под действием различных ингибиторов останавливает часы. Синтез per-белка осуществляется периодически; периодичность обусловлена тем, что по мере его синтеза по принципу обратной связи начинается торможение, ингибирование считывания – транскрипции гена.

Как именно достигается эта периодичность, еще не ясно. Однако уже известно, что именно в этой системе регуляции транскрипции существуют звенья (вещества), чувствительные к свету. Именно они даже при очень коротком импульсе света корректируют фазу внутриклеточных часов.

Еще не ясно, как белки – продукты этого гена – управляют жизнедеятельностью. Можно строить пока гипотетические схемы, связывающие образование в клетке этого белка и ритм и амплитуду быстрых кальциевых колебаний. Но что особенно замечательно – это успехи в выяснении, как казалось, самого трудного вопроса – температурной независимости часов.

Как показано в работе группы авторов в 1995 г., per-белки обладают уникальными свойствами. Их аминокислотные цепи образуют петлю: складываются при взаимодействии аминокислот друг с другом. Кроме того, отдельные молекулы белка образуют димеры, соединяясь друг с другом. Процесс внутримолекулярного взаимодействия и процесс межмолекулярного взаимодействия в точности противоположным образом зависят от температуры. Повышение температуры приводит к уменьшению активности одного процесса и увеличению активности другого таким образом, что итоговая «активная поверхность» белка остается постоянной. И часы идут независимо от температуры.

В том, как устроены биологические часы, остается много неясного, но, возможно, скоро мы поймем механизмы их функционирования. Залогом этого служат замечательные методические достижения современной экспериментальной биологии. Примером этих достижений могут служить исследования циркадных часов у арабидопсиса – растения, популярного в последние десятилетия у генетиков.

Как узнать, который час на внутренних часах этого крестоцветного? Методами генной инженерии в геном этого растения встроен ген люцеферазы (фермента системы генерации света) из жука-светляка (!). Такое растение начинает светиться, а интенсивность свечения управляется собственными генами – часами арабидопсиса. Теперь можно изучать тонкости циркадных ритмов различных мутантов этого растения.

Читать очерк дальше: Биологические часы

Данная статья была опубликована в № 45/2004 газеты "Биология" издательского дома "Первое сентября". Все права принадлежат автору и издателю и охраняются.