9.7. Механизмы регуляции гомеостаза клетки

Гомеостаз клетки выражается в относительном постоянстве ее химического состава, осмотического давления, pH цитоплазмы, структурно-функциональной организации.

Включение и выключение процессов, обеспечивающих поддержание нормального химического состава и структурно-функциональной организации клетки, происходит в ней по принципу обратной связи автоматически. Такую регуляцию называют саморегуляцией, или авторегуляцией.

В основе авторегуляции деятельности клетки лежат процессы информации, т.е. сигналы. Сигналом служат изменение, возникшее в каком-либо звене клетки. В ответ на изменение включаются процессы, в результате которых это изменение устраняется.

Наглядным примером такой саморегуляции деятельности клетки может быть рассмотренный ранее механизм регуляции активности генов на уровне оперона.

Важное значение для поддержания гомеостаза клетки имеет изберательная проницаемость клеточной мембраны, процессы репликации и репарации ДНК, а также диплоидность эукариотических клеток.

Плазматическая мембрана позволяет проникать в клетки и выходить из них лишь определенным молекулам, и скорость обмена ими через мембрану строго регулируется возможностями диффузии, осмотическими и электрическими градиентами, активными механизмами, включающими транспортные системы мембран, и перемещениями мембранных структур, как, например, калий-натриевый насос.

Самое важное свойство живого – самовоспроизведение, в основе которого лежит процесс редупликации ДНК. Сам механизм этого процесса, при котором новая нить ДНК стоится строго комплементарно возле каждой из двух старых нитей, есть оптимальным для точной передачи информации. Точность этого процесса достаточно велика, но все-таки, хотя и редко, возникают ошибки при редупликации. В этом случае включается известный нам механизм самокоррекции, который устраняет возникшие нарушения в структуре ДНК.

Нарушение структуры молекулы ДНК может происходить и в ее первичных звеньях вне процесса репликации под воздействием эндогенных и экзогенных химических веществ, под влиянием физических факторов. В большинстве случаев происходит исправление повреждений ДНК с помощью системы репарационных ферментов. Репарация играет важную роль в восстановлении структуры генетического материала и сохранении нормальной жизнедеятельности клетки и ее гомеостаза. При нарушении механизмов репарации происходит нарушение гомеостаза, как на клеточном, так и на организменном уровнях.

Одним из механизмов сохранения гомеостаз является диплоидный набор хромосом в соматических клетках у эукариот. Большинство мутаций, которые часто имеют негативное влияние, есть рецессивными. Наличие доминантного аллеля обеспечивает полное или частичное угнетение в фенотипе рецессивной мутации.

Стабилизация сложной системы генотипа обеспечивается и явлениями полимерии, а также другими видами взаимодействия генов. У прокариот, которые имеют более примитивную организацию генотипа, наблюдается меньшая автономность их клеток от колебания внешней среды и более низкая стабильность самого генетического аппарата.