ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Тип модели и основные гипотезы из "Математическая биофизика" Упомянутые свойства процесса позволяют выбрать класс моделей, описывающих особенности клеточного цикла нормальных и опухолевых клеток. Существование циклического режима (пролиферации) и наряду с ним режимов покоя означает, что минимальная динамическая модель должна иметь 2-образную изоклину, характерную для катастрофы типа складки, и при этом быть достаточно релаксационной. (Напомним, что именно в складке возможны периодический и стационарные ждущие режимы (см. гл. 1).) Стохастичность клеточного цикла означает, что модель должна быть не очень грубой, т. е. рабочая область параметров модели должна быть близка к бифуркации типа складки и включать ее. [c.141] Отметим, что для описания клеточного цикла широко используются вероятностные модели (см., например, [7]), в которых как раз главным свойством цикла считается его стохастичность. В них переменными являются вероятности застать клетку в той или иной фазе, а коэффициенты перехода являются параметрами. Эти модели удобны для феноменологического описания поведения популяции клеток и широко используются при обработке экспериментальных данных с целью извлечения информации о длительностях фаз и дисперсиях. Однако вероятностные модели трудно связать с механизмом продвижения клетки по циклу как правило, такая задача в них и не ставится. Ниже мы рассмотрим динамические модели клеточного цикла и специально обсудим вопрос об их стохастизации (что может служить связующим звеном с вероятностным подходом). [c.141] Обсудим теперь гипотезы, лежащие в основе динамических моделей, и историю их возникновения. Первые попытки построить модель клеточного цикла относятся к началу нашего века (см.[П711). Они основывались на предположении об определяющей роли осмотических процессов. Клетка рассматривалась как набухающий сосуд с эластичными стенками. Акт деления приурочивался к моменту, когда оболочка разрывается. Эта модель была популярна и оценки приводили к правдоподобным результатам. Однако по накоплению экспериментальных данных модель была оставлена. [c.141] Сформулируем теперь важную для моделирования гипотезу регуляторные аппараты дтоль сложного процесса, как клеточная деятельность, должны быть достаточно просты, автономны и обособлены от регулируемого процесса. Эта гипотеза равно относится к клеточным часам, к регуляции деления и вообще к управлению поведением сложной системы. Гипотеза не тривиальна, поскольку можно сформулировать альтернативу автономного регулятора нет и в управлении циклом равно участвуют все клеточные процессы (а их порядка нескольких тысяч ). Гипотеза важна для нас, поскольку только она позволяет построить модель регуляции. [c.142] Следующий этап относится к определению места, в котором локализован аппарат, управляющий клеточным циклом. По этому поводу были высказаны три возможные гипотезы регуляторный аппарат сосредоточен в клеточном ядре [П52], в цитоплазме [9] и в клеточной мембране [10—161 соответственно были предложены различные модели. Затем, однако, выяснилось, что модели автоколебательных процессов в цитоплазме более соответствуют клеточными часам, о чем уже упоминалось. [c.142] Модель, основанная на процессах в генетическом аппарате, была построена Цаневым и Сендовым [П52] и привела к ряду интересных результатов, в частности к описанию эффекта блокировки (см. гл. 2). Однако применение ее к описанию регуляции клеточного цикла оказалось затруднительным. [c.142] Гипотеза о том, что регулятор цикла находится в клеточной мембране, высказывалась сравнительно давно и в разных работах [10, И]. Наиболее веские соображения в ее пользу состоят в следующем. Регулятор должен вырабатывать сигналы к синтезу ДНК (или к делению) на основании информации о ситуации во внешней по отношению к клетке среде. Такая информация поступает прежде всего на клеточную мембрану, поэтому и сам регулятор естественно поместить там же. Помещение регулятора цикла в клеточное ядро было бы неразумно. Одна из главных функций ядра — сохранение генетической информации, для чего нужно по возможности защитить ядро от внешних влияний ясно, что эту задачу трудно совме-стить с задачей сбора информации извне. [c.142] В клеточной мембране можно выделить два типа процессов химические и физические. К первым относятся изменение липидного состава, окисление липидов и их удаление на их возможную роль в регуляции цикла впервые было обращено внимание в работах Бурлаковой [10, 19]. К физическим процессам относится изменение фазового состояния липидного бислоя, его текучести, упругости и т. д. Помимо этого в мембране протекает множество ферментативных процессов деятельность ферментов зависит как от липидного состава, так и от фазового состояния клеточной мембраны. Эти белки-энзимы могут играть роль первичных акцепторов сигналов, генерируемых в мембране. [c.143] Мы последовательно рассмотрим оба типа процессов. [c.143] Вернуться к основной статье