Возьмём для примера процесс переключения питания бактерии с глюкозы на лактозу (молочный сахар) в случае отсутствия глюкозы. (Я беру этот пример, так как он довольно детально изучен и просто и наглядно описан, например, здесь:
http://www.nanonewsnet.ru/articles/2...ayut-resheniya
Регуляцию лактозного оперона описали французские учёные Жак Моно (Jacques Monod) и Франсуа Жакоб (Francois Jacob), получившие впоследствии вместе с Андре Львовым (Andre Lwoff) Нобелевскую премию «за открытия, касающиеся генетического контроля синтеза ферментов и вирусов».).
Итак. (Далее следует длинная цитата из этого текста.)
Для бактерии, так же, как и для всех живых существ в мире, глюкоза – самая лучшая еда. Если глюкоза есть, то всё в порядке, в этом случае ни на какие другие источники энергии можно вообще не обращать внимания. А вот если глюкозы нет, то приходится думать, чем бы её заменить или из чего добыть. И если в окружающей среде есть молочный сахар, лактоза, то это неплохой вариант: бактерия E. coli вполне способна расщепить его на два более простых вещества – глюкозу и галактозу. Для того чтобы переваривать молочный сахар, бактерия использует специальный фермент – β-галактозидазу. Этот фермент вырабатывается только тогда, когда, во-первых, в окружающей среде есть лактоза и во-вторых, отсутствует глюкоза, и, значит, её нужно добывать из других веществ.
Синтез любого белка, в том числе и β-галактозидазы, начинается с транскрипции – прочтения соответствующего гена. РНК-полимераза, фермент, который читает нуклеотидную последовательность ДНК, должна присоединиться к промотору – участку, с которого начинается считывание гена (или группы генов).
В ситуации когда молочного сахара нет вообще, не производится и нужный для его переваривания фермент, β-галактозидаза. Такая экономия ресурсов достигается благодаря тому, что с промотором гена β-галактозидазы связан белок-репрессор, который физически не позволяет РНК-полимеразе связаться с ДНК и начать транскрипцию.
Репрессор не позволяет РНК-полимеразе связаться с промотором, и поэтому β-галактозидаза не синтезируется.
Когда в клетке появляется лактоза, она сама же и снимает запрет на производство фермента, нужного для её расщепления. Молекула лактозы связывается с белком-репрессором, в результате чего он меняет конформацию и отсоединяется от ДНК.
Теперь нужный фермент производится, но в очень незначительном количестве. Дело в том, что промоторы бывают разные: к некоторым РНК-полимераза присоединяется охотно, а к некоторым – не очень. Промотор гена β-галактозидазы слабый: он мало «привлекает» РНК-полимеразу, и нужна дополнительная «приманка».
Приманка начинает работать в том случае, если в клетке очень мало глюкозы. Значит, хочешь не хочешь, а использовать альтернативные источники пищи необходимо.
Отсутствие глюкозы – это настоящий голод, а в случае голода клетка вырабатывает молекулы-алармоны (от англ. alarm – тревога), которые служат сигналом для перестройки всей её жизнедеятельности.
В роли одного из таких посредников выступает циклический аденозинмонофосфат, цАМФ. Молекула этого вещества взаимодействует с белком, активирующим катаболизм, – CAP (catabolism activating protein), а образовавшийся комплекс связывается с промотором гена β-галактозидазы. CAP притягивает РНК-полимеразу к промотору и увеличивает вероятность того, что ген β-галактозидазы будет прочитан.
Присутствие белка CAP повышает вероятность того, что РНК-полимераза свяжется с промотором и ген начнёт считываться.
Эти два события – блокировка репрессора и активация CAP – приводят к активному производству β-галактозидазы. Клетка теперь может использовать молочный сахар в качестве пищи, что позволяет ей выйти из состояния голода и продолжить рост.
(Конец цитаты.)
Из этого примера мы видим, как управляется переключение режима питания бактерии с глюкозы на лактозу. Но что в этом примере выступает в качестве «эталона»?
Насколько можно понять, и белки-репрессоры и белки-помощники есть всегда, и оба эти белка имеют способность связываться с ДНК (каждый со своим участком). Что же помогает четко переключить рельсы с одной колеи на другую?
По всей видимости таким барьером служит химическая избирательность того и другого белка, и возможно, что в этом деле замешан ещё какой-нибудь агент, который пока избежал пристального взгляда исследователей (например потому, что его никто не искал).
Но в любом случае, когда мы рассматриваем систему управления, мы всегда обнаруживаем, что к ней «извне» поступает сигнал, который и регулирует её работу. Этот сигнал, который я окрестил «эталоном», может быть сгенерированным «центром управления» (как например это делаем мы, когда выставляем желаемую температуру в камере холодильника, или у утюга, или в потоке воздуха кондиционера), либо в самом предельном случае — это определяется самими физическими и химическими свойствами того объекта, который выступает в рассматриваемой нами ситуации в роли катализатора.
То есть, сколь верёвочка не вейся, но на самом верху пирамиды системы управления будет стоять самая простейшая реакция, которая будет зависеть только от своих внутренних свойств. А это приводит нас к мысли (во всяком случае, должно приводить, я так думаю) об изначальной способности Природы создавать системы обладающие свойством управления. Это, на мой взгляд, прекрасно иллюстрируется всей химией, которая просто не может существовать без катализаторов. И что уж тогда говорить о живых объектах! Где просто всё построено на процессах управления.