могут вырабатывать до миллиона и более различных видов антител. Для объяснения разнообразия существующих антител были предложены две гипотезы.

1. Инструктивная гипотеза. Соединяясь с клеткой, антиген передает ей инструкцию выработать соответствующие антитела. Можно представить себе, что в плазматической клетке или на ее поверхности для антигенов существует общий рецепторный участок, который может каким-то образом распознавать пространственную структуру. антигена или некоторых его частей. Полученная информация и определяет в конце концов структуру и специфичность синтезирующихся затем молекул антитела. Такого рода раздумья и приводят к головной боли. Антитела отличаются друг °Т Друга последовательностью амипокислот, которая в свою очередь определяется последовательностью оснований в молекулах мРНК. Следовательно, пужно либо объяснить на молекулярно-биологическом уровне превращение информации о форме антигена_ в структуру молекулы мРНК, либо выдумать новый, специальный механизм изменения последовательности аминокислот после синтеза белка.

2. Селективная гипотеза. Предполагается, что плазматическая клетка, способная вырабатывать определенные антитела, существует и функционирует у животного еще до появления соответствующего антигена. Антиген контактирует с ней. (Возможпо,. он связывается с молекулой антитела, находящейся на ее поверхности.) Для клетки это сигнал к росту и образованию клона потомков, синтезирующих соответствующие антитела, в результате их концентрация в крови растет. Теперь подумаем: если каждое из возможных антител вырабатывается в нескольких плазматических клетках, а всего антител, скажем для простоты, миллион, то должен существовать миллион генов, причем в каждой клетке должны быть активны только один или два гена. Давайте будем милосердными и вспомним, что и тяжелые, и легкие цепи молекулы у-глобулина могут меняться (каждое изменение определяется отдельным геном). Это означает, что 1000 генов для тяжелых цепей и 1000 генов для легких цепей могут дать 1000-1000 = = 1000 000 различных комбинаций. Кроме того, нужно еще объяснить происхождение всех этих генов и понять, почему в разных клетках активны разные пары генов.

Иммунное подавление и самоузнавание. Если кожу утки пересадить цыпленку, то трансплантат какое-то время сохраняется, но в конце концов клетки кожи утки начинают отмирать, трансплантат съеживается и отторгается. То же самое происходит и почти со всеми пересаженными органами у человека и по той же причипе. Тканевые антигены, специфичные для утки (или человека), чужеродны для реципиента и вызывают у него синтез

антител. В конце концов трансплантат разрушается. Однако эту иммунную реакцию можно подавить. Куриным зародышам за день или за два до вылупления или цыплятам в течение первого дня после вылупления инъецировали суспензию, клеток кожи утки. Когда позднее таким цыплятам пересаживали кожу утки, она не отторгалась, а сохранялась и продолжала расти. Следовательно, в определенный период развития животного и в определенных условиях его иммунная система может решать, что является собственным и что чужим, и, сохраняя в памяти это решение, подавлять или стимулировать синтез соответствующих антител. Опыты, поставленные с целью выяснения механизма этого явления, помогу т. понять припципы работы иммупной системы и позволят наконец решить важнейший вопрос медицинской практики — пересадку тканей и органов.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Grobstein С, Zwilling Е., Journal of Experimental Zoology, i22, 259 (1953). Grobstein C, Annals N. Y. Academy of Sciences, 60, 1095 (1955). Spemann 11., Embryonic Development and Induction, New Haven, Yale University Press, 1938. Zwilling E., Advances in Morphogenesis, 1, 301 (1961).

Davis B. D., Dulbecco Д., Eisen II. N.,'Ginsberg II. S., Wood W. В., Jr.f Microbiology, New York, Harper and Row, 1967.

Watson J. D., Molecular Biology of the Gene, 2nd ed., New York, W. A. Benjamin, Inc., 1970. (Имеется перевод 1-го изд. Дж. Уотсоп, Молекулярная биология тепа, изд-во «Мир», М., 1967.)

Grobstein С, National Cancer Institute Monograph, 26, 279 (1967).

Grobstein С, in: Aspects of Synthesis and Order in Growth, D. Rudnick, ed., Princeton, Princeton University Press, 1955.

Townes P. L., Holtfreter J., Journal of Experimental Zoology, 128, 53 (1955).

Moscona A. A., in: Developing Cell Systems and their Control, D. Rudnick, ed., New York, Ronald Press, 1961.

Rifkind R. A., Chui D., Epler M., Journal of Cell Biology,/i0, 344 (1969).

Orlic D., Gordon A. S., Rhodin J., Journal of Ultrastructure Research, 13, 516 (1965).

Grobstein C, Science, 143, 643 (1964).

Wessells N. K.t Wilt F. П., Journal of Molecular Biology, 13, 767 (1965). Rutter W. J., Journal of Cell Physiology, 72 (Supplement 1), 1 (1968).

ЧАСТЬ IV

Идеи и гипотезы

Г лава 12

МОРФОГЕНЕЗ. СТАНОВЛЕНИЕ ФОРМЫ В БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

Рассмотрим миофибриллу мышечной клетки позвоночного животного (рис. 12-1). Она состоит из протофибрилл двух типов — тонких и толстых. В миофибрилле существует система поперечных мостиков, соединяющая два ряда протофибрилл. Мостики расРис. 12-1. Продольный срез через саркомер.

положены вдоль оси с угловым смещением. Оба ряда протофибрилл сохраняют свою длину, по скользят друг относительно друга (сокращение и расслабление). Протофибриллы состоят из ограниченного числа белков, главным образом из актина и миозипа. Допустим, что в мышечной клетке запрограммирован синтез этих

специфических белков. Возникает вопрос: каким образом зти белки образуют такой исключительно правильный комплекс?

Рассмотрим книдобласт гидры. Это специальная клетка, которая выбрасывает содержащую яд зазубренную нить, для тою чтобы парализовать свою жертву (рис. 12-2). Нить свернута спиралью и находится под большим давлением в контейнере с крышечкой —

Рис. 12-2. Кпидобласт и кпидоцист гидры.

I. Книдоцист с закрытой крышечной и свернутой нитью. II. Крышечка открыта и нить выброшена. III. Книдобласт с «разряженным» книдо-цистом. I —крышечка, 2 — хитин жертвы, з —щетиикп. книдоцисте. Если крышечку задеть, нить выбрасывается (оставаясь связанной с книдобластом). Книдоцист образуется в процессе развития книдобласта. Белки, по-видимому, синтезируются на месте сборки или попадают туда (аппарат Гольджи). Сборка ведется в соответствии с точной программой. Допустим, что кпидобласт может синтезировать белки в пужиое время и в пужпых количествах. Что же определяет программу сборки?

Чудеса формы свойственны не только органеллам клетки, но и многоклеточным структурам. Форму листа, черты лица, линию груди пельзя объяснить, просто перечислив, сколько каких белков синтезируется в клетках или па их поверхности.

А нельзя ли?

Принцип самосборки

Стремление ответить на вопрос о том, какие факторы обеспечивают сборку структур, привело к созданию одной из самых интересных и перспективных концепций, выдвинутых в биологии за последние 20 лет, — концепции самосборки. Принцип самосборки был сформулирован в результате изучения морфологии вирусов, и в частности строения их оболочек. Было обнаружено, что оболочки вирусов всегда построены из белковых субъединиц, упакованных паподобие кристалла (рис. 12-3). Для того чтобы объясО ЮОЛ

А

Рис. 12-3. Вирус табачной мозаики.

А. Схема строения вируса. Белковые субъединицы расположены по спирали вокруг молекулы РНК. В, В. Электронные микрофотографии вирусов табачной мозаики. Участки белковой оболочки удалены в ре-? зультате обработки вирусов детергентами, виден тяж РНК.

нить характер упаковки, было выдвинуто предположение о том, что информация для сборки оболочки вируса заключена в самих субъединицах, а именпо в их пространственной структуре. В результате они могут соединяться друг с другом только одним или несколькими способами. Таким образом, в определенных условиях окружения, благоприятствующих сборке, неизбежно возникает характерная форма оболочки.

а

или

Принцип самосборки легко понять на таком простом примере. Предположим, что мы собрали людей в большой комнате. Мы просим их поднять руки горизонтально перед собой и двигаться медленно в любом направлении. Ставим еще одно условие: когда одна из рук (правая* или левая) одного человека коснется плеча (правого или левого) другого, причем люди в этот момент будут обращены друг к другу лицом, каждый должен схватить плечо другого. Теперь они продолжают двигаться парой. Очевидно, что возможны два варианта (а я б), изображенные на рис. 12-4. По прошествии некоторого времени фигура б неизбежно превратится в фигуру в. Таким образом, можно предсказать, что через определенное время люди в компате образуют пары а или цепочку е.

Другой вариант. Предположим, что мы просим людей поднять горизонтально только левую руку и двигаться в любом направлении. Далее ставится условие, что, когда один человек соприкасается с другим таким образом, что его левая рука охватит сзади спину другого и будет лежать на его левом плече, он должен схватить зтой рукой плечо партнера и продолжать двигаться в таком

Рис. 12-5. Самосборка И.

положении. При этих условиях возможпа только одна стабильная фигура — квадрат (рис. 12-5). Если мы попросим людей держать руки под углом 60°, возникнет шестиугольник (рис. 12-6). Ясно,

360° /

180°

Рис. 12 6. Самосборка III.

что, задавая структуру субъединиц (число поднятых рук и их направление) и условия, при которых связи становятся стабильными, мы можем создать любой нужный рисунок.

Можно представить себе, что таким образом возникают все биологические структуры, мышечные волокна, книдоцисты, митохондрии и хлоропласты, клеточные мембраны и скопления клеток. Если мутация затрагивает структуру одной из субъединиц, она меняет структуру целого. Если такая измененная структура выдерживает проверку -биологического отбора, она сохраняется, если нет — утрачивается. Считается, что эволюция формы у животных и растений происходила имепно таким образом.

Морфогенез фага Т4

Из принципа самосборки вытекают два следст