STRESS, ORDER AND SURVIVAL
Abraham Minsky, Eyal Shimoni & Daphna Frenkiel-Krispin
Nature Reviews Molecular Cell Biology 3, 50 -60 (2002)
Nature Reviews Molecular Cell Biology 3, 50 -60 (2002)
(Рис.1.) | DNA supercoiling
(Рис.2.) | DNA–Dps co-crystals.
(Рис.3.) | Liquid-crystalline DNA phases.
(Рис.4.) | DNA–RecA crystals.
(Рис.5.) | Dps–ferritin homology
(Рис.6.) | S-layers.
(Рис.7.) | Order in dsRNA bluetongue virus.
(Рис.8.) | Order in T7 bacteriophage.
(Рис.9.) | Intracellular ribosome crystals.
Очень сложная химия жизни включает мультикомпонентные комплексы, которые действуют ка молекулярные машины. Основой аккуратной и эффективной их работы является энергия, которая получается при гидролизе трифосфатов. Условия, которые ограничивают источники энергии ведут к распаду и гибели. Однако исследования некоторых организмов при воздействии на них продолжительных стрессов указывают на то, что при этом их судьба предопределяется образованием высоко упорядеченных внутриклеточных ансамблей. В этих термодинамически стабильных структурах витальные компонеты защищены физической секвестрацией, которая не зависит от потребления энергии.
Упорядоченность в неорганическом мире базируется на равновесии структур, таких как кристаллы и жидкие кристаллы, а также динамических феноменах, таких как whirlwinds и осциляторных процессах. Напротив химия и структура живых систем стремится в направлении динамической упорядоченности, которая нуждается в потреблении энергии.
Голодающие бактерии защищают свою ДНК, продуцируя большие количества Dps, DNA-binding protein, чьи взаимодействия с ДНК вызывают образование Dps-DNA co-crystals, внутри которых молекулы ДНК физически секвестрированы.
ДНК спор защищается путем упаковки ее в чрезвычайно скондесированные и упорядоченные структуры, которые снижают доступность ДНК для повреждающих агентов и воздействий внешней среды.
Бактерии, которые подвергаются воздействию агентов, которые вызывают разрывы двойной нити ДНК, формируют высоко упорядоченные DNA-RecA ко-кристаллы, которые первоначально способствуют репарирующей активности, а затем предоставляют защиту ДНК путем физической секвестрации.
S-слои и кристаллиновые ряды, которые покрывают поверхность одноклеточных организмов - таких как бактерии и archaea - регулярно подвергаются воздействую вредных внешних условий. Эти упорядоченные структуры обеспечивают устойчивость таких организмов.
Индукция большинства бактериофагов и вирусов затрагивается внешнесредовыми стрессами. Высоко упорядоченные кристаллин-подобная организация зрелых вирусов значительно увеличивает их способность противостоять вредным условиям внешной среды.
Упорядоченные рибосомальные ряды формируются в живых системах, которые часто подвергаются гипотермии или аноксии, также когда нервные клетки подвергаются запрограммированной клеточной гибели. Предполагается, что кристаллизация рибосом является следствием обусловленного стрессом ослабления энергия-зависимого рибосомального транспорта.
Когда баланс клеточной энергии тяжело нарушен, а динамические процессы не могут больше поддерживаться, то выживание может быть обеспечено за счет биокристаллизации - процесса внутриклеточной сборки структур, порядок равновесия в которых осуществляется за счет их кристаллической или жидко-кристаллической формы. В этих структурах витальные компоненты защищены с помощью физической секвестрации, которая не зависит от потребления энергии.