Archive

Archive for the ‘Новости’ Category

Физиология растений как наука

Физиология растений — это наука о процессах, происходящих в растительном организме. Задача физиологии растений заключается в раскрытии сущности этих процессов для того, чтобы научиться рационально использовать их. К.А. Тимирязев писал: «Физиолог не может довольствоваться пассивной ролью наблюдателя, как экспериментатор, он является деятелем, управляющим природой». C одной стороны, физиология растений — это теоретическая наука, которая опирается на последние достижения физики, химии, молекулярной биологии, с другой стороны, эта наука имеет большое практическое значение для земледелия. Физиологии растений отвечает на ряд вопросов о процессах, протекающих в растительном организме, установление их взаимной связи, изменение под влиянием среды, механизмов их регуляции, физиологические изыскания и обоснование приемов, направленных на повышение продуктивности сельскохозяйственных культур.

Физиология растений изучает, происходящих в организмах процессы на разных уровнях организации: биоценотическом, организменном, органном, клеточном, субклеточном, молекулярном и даже субмолекулярном.

В последние годы активно идет внедрение молекулярной биологии в физиологию растений, что позволяет исследователям более подробно изучить и получить представление о механизмах биосинтеза белка, основных закономерностях поглощения и использования квантов света в процессе фотосинтеза и многое другое. Именно благодаря этому получили новую интерпретацию процессы поступления воды и питательных веществ, вопросы адаптации растений, механизм действия фитогормонов, их роль в росте и развитии. Сейчас фитогормонам, подобно гормонам животных организмов, отводится важнейшее значение как в регуляции различных физиологических процессов, так и в приспособлении к условиям внешней среды. На основе изучения процессов гормонального влияния разработаны многочисленные приемы применения синтетических регуляторов роста в растениеводстве.

Анализирую темпы развития науки, можно сказать, что физиологические функции, которые столетие назад всего-навсего только описывались, в данное время досконально изучены на биохимическом и молекулярном уровнях: значение органоидов, энергетика, ассимиляция С02, многие участки обмена веществ, механизмы регуляции и наследственности. В этих процессах основную роль играет взаимодействие клеточек между собой.

Изменения климата, загрязнение природной среды заставили обратить особое внимание на механизмы адаптации растений к неблагоприятным условиям обитания. Сейчас пристальное внимание уделяется особенностях образования и физиологического влияния активных форм кислорода, а также о способах защиты и функционировании антиоксидантной системы.

От чего зависит и как рассчитывается концентрацию гемоглобина

Концентрацию гемоглобина и кислородную емкость крови изучали у большого ряда млекопитающих. Как можно было ожидать, кислородная емкость крови оказалась строго пропорциональной концентрации гемоглобина и ней. Средняя концентрация гемоглобина у 18 млекопитающих размерами от мелкой летучей мыши до лошади составляла 128,7 г гемоглобина на 1л крови. Соответствующее значение кислородной емкости крови было 175,0 мл 02 на 1 л крови. Какой-либо отчетливой связи с размерами тела не наблюдалось.
В литературе существует огромная масса дополнительной информации. Общая картина однообразна: концентрация гемоглобина в крови почти всех млекопитающих приближается к значению 150 г гемоглобина в 1 л крови, но редко его превышает, и эта величина, по-видимому, не зависит от размеров тела. Таким образом, у мелких млекопитающих, несмотря на присущий им высокий уровень метаболизма и относительно большие потребности в кислороде, кровь обладает такой же кислородной емкостью, как и у крупных млекопитающих.
Чем же обусловлен этот верхний предел (который все же в некоторых случаях превышается)? Нормальная кровь у млекопитающих состоит почти на 45% из эритроцитов и на 55% из плазмы, причем доля эритроцитов лишь изредка бывает выше. Когда человек акклиматизируется к большим высотам, доля эритроцитов и, таким образом, способность крови переносить кислород увеличиваются в ответ на более низкое его давление. Повышение концентрации гемоглобина в крови накладывает определенные обязательства, так как оно увеличивает вязкость крови и возлагает дополнительную нагрузку на сердце.
Когда доля эритроцитов в крови увеличивается, вязкость крови возрастает все более и более быстро, что делает невозможным бесконечное увеличение концентрации эритроцптов. До некоторого момента это окупается увеличением концентрации гемоглобина, поскольку на этом отрезке вязкость, а следовательно, и рабочая нагрузка на сердце возрастают лишь умеренно. Но затем, когда вязкость резко возрастает, рабочая нагрузка на сердце увеличивается непропорционально увеличению кислородной емкости. Оптимальная точка, при которой переносится максимальное количество кислорода на единицу работы сердца, задается касательной к кривой вязкости, проведенной из начала координат. Соответствующая ей концентрация гемоглобина составляет около 150 г на 1 л крови. Это и есть обычная концентрация гемоглобина в крови млекопитающих, при которой, следовательно, переносится максимальное количество кислорода с наименьшей возможной рабочей нагрузкой на сердце.

Почему слон больше мыши?

Животные очень отличаются друг от друга. Слон не похож на мышь ни по форме, ни по размерам. Размеры — это одна из самых важных характеристик животного, и вместе с тем различия в размерах столь очевидны, что мы часто не задумываемся об этом. Известно, что слон значительно крупнее мыши, но почему? Если измерить слона, то окажется, что он тяжелее в 100000 раз мыши. Самая мелкая взрослая землеройка меньше мыши в 10 раз, что составляет одну миллионную долю слона.
Все живое на планете Земля управляется законами физики и химии, и животные тоже существуют в пределах, определяемых этими законами. Поэтому размеры тела оказывают глубокое влияние на структуру и функцию, а также имеют решающее значение для выживания организма.

Реакции декарбоксилирования и карбоксилирования.

Реакции декарбоксилирования и карбоксилирования.

Карбоксилазы – катализируют реакции удлинения углеродной цепочки, т.е. присоединения СО2.

Название состоит из 2 частей:

1. Название субстрата, к которому присоединяется СО2,

2. + «карбоксилаза».

Например,  превращение пирувата в оксалоацетат:

 

Катализирует эту реакцию пируваткарбоксилаза.

 

Реакции декарбоксилирования – реакции уменьшения углеродной цепочки. Декарбоксилирование осуществляется легче, если в α-положении имеется оксогруппа. Реакцию могут осуществлять несколько ферментов:

  • Декарбоксилазы (отнимают СО2),
  • Дегидрогеназы – катализируют окислительное декарбоксили-рование (т.е. происходит 2 процесса –  отнимается СО2 и 2Н).
  • Мультиэнзимные комплексы (пируватдекарбоксилазный комплекс, или ПДК, и α-кетоглутаратдегидрогеназный комплекс, или α -КГДК ).

Механизм действия этих ферментов различен, поэтому разными будут и конечные продукты реакции.

 

Декарбоксилазы – обеспечивают уменьшение углеродной цепочки, в результате из кислоты образуется альдегид (с уменьшен-ной на 1 атом углерода цепочкой).

Название состоит из 2 частей:

1. Название субстрата, подвергающегося декарбоксилированию,

2. + «декарбоксилаза».

Например, декарбоксилирование пирувата при спиртовом брожении:

 

 

              пируват                                                        уксусный альдегид

 

 Дегидрогеназы (см. название дегидрогеназ):

 

 

Эту реакцию катализирует изоцитратдегидрогеназа – она одновременно декарбоксилирует и дегидрирует изоцитрат.

Аппарат Гольджи

Аппарат Гольджи (комплекс Гольджи, пластинчатый комплекс). Назван в честь К. Гольджи, который в 1898 г. обнаружил его в нервных клетках.

Основой аппарата Гольджи является диктиосома – стопка уплощенных одномембранных цистерн. Количество диктиосом в клетке может достигать 20. Если диктиосомы расположены независимо друг от друга, то такая структура аппарата Гольджи называется диффузной. Если диктиосомы связаны между собой каналами в единую трехмерную систему, то такая структура называется сетчатой.

В зоне аппарата Гольджи наблюдается множество мелких вакуолей. Часть вакуолей имеет ретикулярное происхождение, то есть они образуются путем отшнуровывания от эндоплазматического ретикулума. Путем слияния этих вакуолей и образуются цистерны аппарата Гольджи. Другая часть вакуолей (обычно более крупных) образуется путем отшнуровывания от цистерн аппарата Гольджи.

В цистернах аппарата Гольджи завершается формирование компонентов плазмалеммы. Здесь же завершается модификация экспортных белков. От аппарата Гольджи отшнуровываются секреторные вакуоли и первичные лизосомы (см. ниже).

Таким образом, функции аппарата Гольджи сводятся к накоплению разнообразных веществ, их модификации и сортировке, упаковке конечных продуктов в одномембранные пузырьки, выведению секреторных вакуолей за пределы клетки и формированию первичных лизосом.

У одноклеточных организмов расширенные цистерны аппарата Гольджи образуют сократительные вакуоли. В передней части сперматозоидов расширенная цистерна аппарата Гольджи образует акросому, которая содержит литические ферменты, растворяющие оболочки яйцеклетки.

Джеймс Дьюи Уотсон ДНК и мозг: в поисках генов психических заболеваний

Я хочу поблагодарить тех, кто принимает меня в Москве, за то, что они устроили мне такую интересную и приятную неделю. Она даже превзошла все мои ожидания. А теперь я хочу отдельно поблагодарить Дом ученых и тех, кто им руководит, за предоставленную возможность выступить перед такой большой аудиторией. Для начала, я расскажу немного о своих воззрениях на то, как нужно делать науку.
Мне недавно исполнилось 80 лет. Первые 20 я был школьником и студентом. Затем, еще 20 лет я был активно работающим ученым: сперва занимаясь ДНК, а потом, в Гарвардском университете у меня были студенты, изучавшие синтез белков. После этого, в возрасте 40 лет я круто изменил свою жизнь и стал директором научно-исследовательского института, работающего в области ге-нетики. У меня было на то несколько причин. У моей лаборатории не было денег и, нас могла по-стигнуть неудача. Но должно быть главной причиной было то, что я хотел начать довольно боль-шое дело — разобраться в том, как вирусы могут вызвать рак. Мне было ясно, что этот проект на-много крупней, чем я мог осуществить в университете. Поэтому мне надо было стать большим на-чальником и нанимать других людей для научной работы.
Если вы хотите работать над определенной конкретной проблемой, такими вопросами можно за-ниматься и в университете. Но там всегда присутствует борьба интересов и сложно на чём-то со-средоточиться по-настоящему. А если вы хотите на чём-то сосредоточиться, скажем, понять при-роду рака, университет для этого не так хорош. Это можно сделать в научно-исследовательском институте, где мне и хотелось сосредоточиться. Если вы руководите научно-исследовательским институтом, по-моему, это такое средство, что лучше не придумаешь. И вот, на сороковом году жизни, когда я стал директором института, у меня больше не было лаборатории и своих студентов. Моя главная задача состояла в том, чтобы просто находить и нанимать на работу тех, кто был нам нужен.
С самого начала я хотел, чтоб институт населяли люди молодые, те, кто только-только… Хуже, ес-ли я брал на работу постдока. Поэтому мы и не пытались взять на работу каких-то больших уче-ных. Я старался нанимать людей, о которых никто не слышал, но которые, как мне по какой-то причине казалось, будут хорошо работать. И конечно, главной причиной, по которой я их нани-мал, было их желание исследовать рак, почему они и хотели получить эту работу. Они хотели по-нять природу рака. А моя работа состояла в том, чтобы добыть на это деньги. И если у меня полу-чалось добыть деньги, то, наняв этих людей, я уже никогда не говорил им, что они должны делать. Мое правило успешного руководства состоит в том, чтобы делегировать, как можно больше пол-номочий. Стремиться к тому, чтобы все решения, насколько это возможно, принимали другие. По-этому у меня был заместитель. Он принял множество решений и сэкономил мне много сил и вре-мени. Я стремился к тому, чтобы быть настолько заменимым, чтобы смочь на год уехать в Евро-пу, но это ничего бы не изменяло. Потому, что я не говорил сотрудникам, как именно они должны делать науку. Я лишь нанимал людей, а они сами решали, чем им следует заниматься.
Поначалу у нашего института денег было очень мало, так как не было постоянных научных пози-ций. И на самом деле, это было хорошо, потому что я не хотел, чтобы кто-то задерживался у нас надолго. Я хотел только, чтобы они хорошо делали свою науку и, зная, что положение их непроч-но, что постоянной позиции они у нас не получат, покидая нас, уходили в какой-нибудь хороший университет. Тем, что я не предоставлял им прочного положения, я смог поддерживать возраст своих сотрудников на уровне меньше 40 лет. Я это делал потому, что, когда еще только начал за-ниматься наукой, я познакомился с немецким физиком Максом Дельбрюком. Макс всегда неиз-менно говорил мне, что после 25 лет, ученый уже начинает сдавать и, к 40 годам он уже не тот. Такова была и моя политика: никаких прочных позиций, люди усердно работают, делают науку, так, как сами считают нужным, а затем, находят работу где-нибудь в другом месте. И я был там самым главным начальником, в течение примерно 25 лет. Так мы работали и преуспели, прежде всего потому, что наука, которой занимались у нас в лаборатории2, никогда не казалась мне скуч-ной. Всем, что сотрудники делали, я живо интересовался — для того я их и нанимал.
А вторая моя работа состояла в том, чтобы не наскучить тем, кто мог дать нам денег. Поэтому мне было нужно с неподдельным энтузиазмом относиться к тому, что мы делали. Лаборатория, к сча-стью располагалась в удачном месте: недалеко от нас жили несколько очень богатых людей и, с их помощью мы могли двигаться вперед быстрей, чем, если бы целиком зависели от средств государ-ства. Настоящая наука всегда, по самой своей сути во многом элитарна. Мы стремились двигаться быстрей, чем другие. А чтобы отличаться от других, нужно задавать хороший темп. И, по крайней мере, в Соединенных Штатах, получая какие-то деньги от частного капитала, можно неплохо ус-корить свое движение. И вот, все эти 25 лет, мне всегда удавалось добывать достаточно денег. По-тому что мы хорошо работали и, нашим соседям это нравилось, а наш институт становился всё крупней и крупней.
И еще одно. Кроме того, что я оставил за собой право принимать решения, кого нанимать на ра-боту, целиком в моей власти было решать, как будут выглядеть наши здания и, какие мы будем сажать деревья. У меня всегда было ощущение, что обычно ученые не очень интересуются эстети-кой. Им не важно, как что-то выглядит, если они могут делать свои эксперименты. Но с институ-том приходится думать о будущем и, нелишне стремиться к некоторому блеску. Если институт выглядит хоть немного блестяще, люди чувствуют его прочность и охотней жертвуют деньги. По-тому что у них не создается впечатления, что он скоро развалится. Вот такая была у меня работа и, она принесла мне много радости: я пытался проектировать красивые здания, по которым сразу бы-ло видно, что они простоят долго. И сажать деревья. Я теперь вижу деревья, которые посадил 40 лет назад. Они уже совсем большие.
У моего преемника, тоже власти достаточно, как это было и у меня. И он позволил людям стареть. Иногда такие вещи имеют смысл. На самом деле, когда я уже проработал в Колд-Спринг-Харборе 15 лет, я дал одному из наших сотрудников прочное положение: предоставил ему постоянную по-зицию. И то, о чём я говорю вам сегодня, это в основном, его работа. Ему теперь 57 лет, но по своим поступкам, он по-прежнему молодой человек. Так что, можно иметь свои правила, но и на-рушать их нужно. А вот университетам, трудно нарушать правила. Потому что кому-то, это обяза-тельно покажется несправедливым. Там сложно делать, что захочешь.
И еще одно. Почему, как мне кажется, я преуспел в роли, так сказать, главного начальника? Я стремился к тому, чтобы все делалось, как можно быстрей. Поэтому я всегда, как можно быстрей принимал решения. Кто-нибудь приходил в мой кабинет и, я ему не говорил, что подожду и неде-лю подумаю, а сразу давал ответ. Просто говорил «да». Я пришел к выводу, что это очень хорошая политика — всегда говорить «да», когда кто-то приходит в твой кабинет. Потому, что этим я по-казывал своим сотрудникам, что я им доверяю. А если вы хотите сказать «нет», значит, этого со-трудника нужно уволить. Нужно брать на работу таких людей, которым можно говорить «да». Поэтому я никогда не назначал никаких встреч. Двери моего кабинета были всегда открыты и, я стремился быстрей двигаться вперед.
Один из способов быстро двигаться вперед — это не создавать никаких комиссий. Просто прини-мать решения. И у нас никогда не было комиссий, которые решали, кого взять на работу. Мы про-сто брали на работу людей. А теперь у нас есть комиссии! Это замедляет дело, потому что стре-мишься быть ко всем справедливым. А я пришел к выводу, что в науке — быть ко всем справед-ливым не оправдано. Потому, что это просто замедляет дело. А если вы что-то не сделаете, то раньше вас, это сделает кто-нибудь другой.
А еще я думал: если мы что-то делаем, мы должны стремиться, быть, по крайней мере, не хуже, чем кто угодно во всём мире. Не делать ничего, если нет шанса быть лучше всех. Не браться за дело, думая: «Ну, я буду на десятом месте». Только думая, что будешь на первом месте и, конечно, если окажешься даже на третьем, тоже хорошо. Хотя бы так.
В самом начале нашими конкурентами были люди, работавшие в Лондоне. Они вскоре постарели и мы перестали о них думать. Тогда, довольно долго, я, прежде всего стремился быть не хуже, чем Массачусетский технологический институт. Они могут себе позволить нанимать людей, про кото-рых все говорят, что они хорошо работают. А мне приходилось нанимать людей прежде, чем кто-то другой, мог о них такое сказать. Если подумать, то, имея свою лабораторию, я бы занимался своей наукой и не думал о конкурентах. А я всегда думаю только о том, что мы хотим быть лучше всех. Иногда это удается, иногда нет, но всегда можно, по крайней мере, к этому стремиться. На слайде те же правила. Самое сложное из них состоит в том, что любое научное учреждение, либо растет, либо уменьшается. Если вы преуспеваете, то становитесь крупнее. Успех требует роста. Но проблема в том, что нельзя расти до бесконечности. А если вы не будете строить новых зда-ний, ваши сотрудники уйдут, куда-нибудь еще. И в той или иной степени, это верно для любых компаний и организаций. Они должны расти, но иногда в результате, можно стать слишком большим и обрушиться.
В заключение, о проблемах роста Лаборатории Колд-Спринг-Харбор. В основном для выживания, я хотел превратить ее в университет. Если мы не станем университетом, мы рухнем. Это значит, что людям нужны постоянные позиции. Но мое правило, не давать постоянных позиций людям, кому от 35 до 50. А если вы перешагнули рубеж в 50 лет, то вы уж, должно быть, не перегорите.
Теперь я перейду к основной теме своей лекции и расскажу о работе Майкла Уиглера. Он приду-мал методику обнаружения генетических отличий у раковых клеток еще до того, как их научились секвенировать. Сразу скажу, что Уиглер — человек необычный. Из него вышел бы ужасный на-чальник, потому что он всегда думает только сам и, только о своих собственных исследованиях. Майклу нужен человек вроде меня, который бы его поддерживал. Он был очень успешным аспи-рантом Школы медицины Колумбийского университета, когда я взял его на работу. Задача состо-яла в том, чтобы внедрив в обычную клетку ДНК, сделать из нее раковую. Он изобрел метод, по-зволяющий внедрять ДНК в клетки. Это позволило выявлять гены рака. Вскоре, разработанная ме-тодика оказалась коммерчески очень выгодной, так как позволила внедрять гены в клетки живот-ных, получая с помощью биотехнологий белковые медикаменты.
Метод, разработанный Уиглером, позволил Колумбийскому университету получить патент, кото-рый принес им 600 миллионов долларов. Сам Уиглер заработал на этом около ста миллионов. Так что Майк — богатый ученый. Но и разбогатев, он продолжает заниматься наукой на том же высо-ком уровне. Он хотел стать ученым отнюдь не для того, чтобы разбогатеть. Просто богатство, дало ему больше свободы. И теперь он живет на другом от меня берегу пролива3 в большом доме, при-надлежавшем когда-то Джону Фостеру Даллесу4. И это, если подумать, довольно смешно, что уче-ный может преуспеть, не хуже адвоката с Уолл-стрит.

Давно известно, что причина наследственной изменчивости – результат точечных замен, делеций или вставок одиночных нуклеотидов. Поэтому все изучали простые мутации, вроде замены А на Т. А другую половину причин наследственной изменчивости людей обнаружила группа Уиглера. Хоть мои цифры и устарели, думаю интересно, что 4 года назад вышла серия их статей, посвящен-ных очень масштабным, крупным мутациям, затрагивающим миллионы пар оснований, которые могут касаться множества копий генов = CNVs. В исходной работе говорилось, что если искать ген не на уровне хромосом, а используя ДНК-чипы, то у каждого человека выявляется около 10 крупных участков полиморфизма. Таким образом, метод Уиглера позволил выявлять в геномах людей CNVs = обширные участки, в которых вместо двух нормальных копий гена содержатся 3-4 или одна, если другая исчезнет.
Вот упрощенная схема генома человека. Примерно так, все человеческие геномы на самом деле и выглядят. Во всех хромосомах можно найти участки, где число копий увеличено или уменьшено. И причина появления таких участков, это я говорю для специалистов, состоит в том, что из-за по-вторяющихся последовательностей ДНК, в неверных местах происходит кроссинговер. Ферменты, которые его реализуют, принимают такие места за истинные. Они и есть одинаковые, но находят-ся в разных частях хромосом и, поэтому, происходят лишние кроссинговеры. Итак, можно сказать, что человеческому геному всегда свойственна изменчивость по числу копий гена. И на самом де-ле, это довольно распространенный тип изменчивости.
С самого начала Уиглер хотел понять, наблюдается ли это явление при аутизме — болезни, при ко-торой у детей затруднения с речью. Нередко в их поведении повторяются одни и те же действия. У них часто низкий коэффициент интеллекта и большие проблемы с обучаемостью. Они очень несчастны. Аутизм, наверное худшая из всех детских болезней, которая может постичь родите-лей. Я хочу сказать, что растить такого ребенка очень и очень сложно.
До Уиглера считалось, что аутизм возникает лишь тогда, когда из хромосомы выпадает несколько разных генов. Но это необычная болезнь, потому что если такая хромосома с выпавшим участком достанется мальчику, то у него будет аутизм. А если она окажется у девочки, то у нее аутизма не будет. То есть аутизм у девочек встречается, но намного реже, чем у мальчиков. По какой-то при-чине, соотношение здесь примерно 5 : 1. Если родится девочка, наследовавшая испорченную хро-мосому, она часто сможет говорить и всё такое. Но у половины ее сыновей будет аутизм, потому что им достанется эта плохая хромосома. Собственно, такая хромосома будет проявляться и у мальчиков, но в итоге, за пару поколений исчезнет.
Итак, аутизм, как мы только что видели, связан не с генами, существовавшими ранее, но с воз-никновением новых генов.
Вскоре после второй мировой войны, при Чикагском университете организовали спецшколу для детей с аутизмом, так как родители с ними не справлялись. Работавший там психолог заметил, что часть матерей проявляет к своим детям очень мало интереса. Он назвал их «матери-айсбер-ги». По его теории, причиной аутизма был недостаток внимания и заботы со стороны родителей. Это звучит ужасно и, теория не всем понравилась. Впоследствии, существование такого явления подтвердил английский психолог Саймон Барон-Коэн, сперва работавший в Лондоне, а теперь — в Кембридже. Вероятно, оно связано с тем, что матерям — носительницам испорченной хромосо-мы, свойственна легкая форма аутизма. Поэтому они и не интересуются своими детьми, или инте-ресуются, но очень слабо. Похоже на то, что примерно половина случаев аутизма возникает, ни с того ни с сего. Матери заботятся о детях и не отличаются от других матерей, но в тех случаях, когда мать унаследовала испорченную хромосому, это приводит к недостатку внимания, уделяе-мого детям.
Так почему же у женщин, есть эта неполная устойчивость? При том, эта болезнь слегка проявляет-ся, что видн