Способы замедления старения (блок 1)

Способы замедления старения (блок 2)
Август 2, 2017
Против воспалительное питание
Август 16, 2017

Основные процессы, лежащие в основе старения

Для того чтобы лучше понять сущность процессов, лежащих в основе старения, будет полезно вспомнить основные факты об устройстве организма человека.

Чтобы построить дом, необходим набор данных о его длине, ширине, высоте, расположении крыльца, окон и дверей, форме крыши, материалах и инструментах, которые нужны  для его возведения. Хранилищем подобной информации об организме человека является длинная молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты или ДНК. ДНК состоит из повторяющихся блоков –нуклеотидов – и чаще всего организована в виде двойной спирали. Цепи спирали соединены между собой с помощью перекладин азотистых оснований (аденин, гукнин, тимин и цитозин). ДНК находится в центральной части клетки – в ядре, где она скручена в хромосомы, а также в некоторых органоидах (например, митохондриях). Участок ДНК, в котором закодирована информация о синтезе одного или нескольких белков с определенными свойствами, называется ген. Каждый ген отвечает за формирование какого-либо признака организма и его передачу в ряду поколений. А полная совокупность наследственной информации, заложенной в клетке организма, это геном.

Чтобы строители могли приступить к работе по возведению дома, заданные параметры нужно преобразовать в чертеж. В нашем организме этот процесс называется транскрипцией. В ходе транскрипции на основе ДНК с помощью специальных ферментов синтезируется другая крупная молекула – рибонуклеиновая кислота или РНК. РНК представляет собой программу для последующего синтеза «кирпичиков» нашего тела – белков.

 

Синтез белков называется трансляцией. Трансляция начинается, когда РНК выходит из ядра и пристыковывается к рибосоме – специальной части клетки, по своим функциям  напоминающей робота-сборщика. Этот процесс происходит вне ведра клетки, в ее жидком содержимом – цитоплазме.

Полученные белки доставляются в те части организма, где в них есть потребность. В ходе жизнедеятельности клетки они могут химически реагировать  с различными веществами, находящимися внутри или вне клетки, что может как улучшить, так и ухудшить их свойства и, соответственно, улучшить или ухудшить функции клетки.

Клетка является элементарной структурной единицей организма. Она состоит из ядра, оболочки, внутренней жидкой среды цитоплазмы, и разнообразных структур, среди которых для наших целей важнее всего помнить «электростанции» клетки – митохондрии, «фабрики белков» — рибосомы, и «заводы по переработке отходов» — лизосомы. Клетка обладает собственным обменом веществ, она способна к самостоятельному существованию и самовоспроизводству – делению. Существование клетки начинается с момента деления, когда из одной клетки образуются две новых. Для того чтобы клетка стала полноценной клеткой определенной ткани, она должна пройти несколько делений, в ходе которых она постепенно приобретает нужные свойства,  пока не становится зрелой. Этот процесс называется дифференциацией.

Клетка продолжает функционировать до тех пор, пока не накапливает критический объем нарушений. Если для безопасности организма необходимо уничтожить всю информацию, содержащуюся в ДНК клетки (например, если в ДНК встроился вирус), то происходит апоптоз – программируемая гибель клетки. В случае получения других критических повреждений клетка гибнет просто потому, что у нее недостает ресурсов для самовосстановления, и этот процесс называется некроз.

В организме клетки могут существовать как отдельно ( например, иммунные клетки, так и быть организованными в постоянную структуру с определенными функциями – ткань или орган. Здоровье человека определяется функциональной полноценностью, жизнеспособностью и согласованностью работы всех его тканей и органов.

В результате старения, то есть накопления поломок и ошибок метаболизма на всех уровнях от клеток до органов и систем органов, жизнеспособность падает, что выражается в угасании функций организма и развитии разнообразных заболеваний.

Каковы же основанные процессы, лежащие в основе старения?

Повреждения ДНК

Наиболее важной частью клетки является ДНК, содержащаяся в её ядре. Поскольку ДНК несет в себе информацию обо всех процессах, которые должны происходить для обеспечения ее выживания, некоторые и с процессов жизнедеятельности клетки, однако, сопровождаются нежелательными побочными эффектами, которые могут нарушать целостность молекулы ДНК. Вызывая мутации – стойкие изменения генома, которые могут быть переданы по наследству, как потомком данной клетки, так и потомству организма. Мутации делятся на спонтанные, происходящие при нормальных для организма условиях, и индуцированные – то есть, вызванные неблагоприятными факторами среды или целенаправленными мутагенными воздействиями в ходе эксперимента ( например, облучением или мутагенными веществами).

Если сравнивать ДНК с подробным планом возведения дома, то мутации – это ошибки, появляющиеся в описании работ, утрата или изменение некоторых данных касательно длины, ширины, высоты будущего дома и перечня используемых материалов. Закономерно, что по мере накопления мутаций функции клетки могут нарушаться: в производственном процессе возникают различные сбои.

Примерами нормальных процессов жизнедеятельности клетки, побочное действие которых выражаться в возникновении мутаций, являются производство энергии (работа митохондрий), и деление клетки. Выработка АТФ – основной энергетической «валюты» клетки – сопровождается образованием активных форм кислорода (их также называют свободными радикалами). Эти высокоактивные соединения вступают в реакцию с различными частями клетки, включая ДНК, разделение ее на две отдельных нити с последующим копированием, в  ходе которых возможны как ошибки копирования, так и механические разрывы молекулы, перестановка или даже полная утрата ее части.

Установлено, что у разных видов скорость накопления мутаций существенно отличается, за один и тот же отрезок времени короткоживущие виды накапливают больше мутаций, чем долгоживущие. Любопытно, что накопление мутаций в различных тканях и органах тоже идет с разной скоростью, что приводит к гетерохромному (неоднородному по скорости) старению разных систем организма.

В ходе эволюции у живых существ выработались как механизмы защиты ДНК от повреждений, так и механизмы ее  репарации (восстановления). Процесс  репарации ДНК у людей обеспечивается работой более 150 генов. Однако имеющиеся механизмы не обеспечивают устранения всех возникающих в ДНК нарушений, поэтому по мере старения число мутаций возрастает, и при накоплении критической массы может произойти гибель клетки или ее порождение в раковую. Именно мутации являются основополагающей причиной развития с возрастом различных тяжелых патологий, включая онкологические заболевания.

МЕТАЛИРОВАНИЕ И ДЕМЕТИЛИРОВАНИЕ ДНК

Как было отмечено выше, единицей наследственной информации является ген.

Во всех клетках организма содержатся одинаковые гены, однако, при этом разные части тела имеют разную структуру и выполняют разные функции. Это объясняется тем, что гены могут находиться в активном и неактивном состоянии, поэтому в одной части тела происходит синтез одних белков, а в другой – других. С помощью процесса метилирования – присоединения к азотистому основанию цетозину метильной группы, то есть одного атома углевода с тремя атомами водорода – производится выключение функции гена, а с помощью деметилирования – её включение.

Изменение активности генов – нормальная  часть развития организма. Проблема в том, что под влиянием различных внешних и внутренних факторов в ходе старения наблюдается выключение некоторых генов, необходимых для поддержания хорошего здоровья. В то же время, могут включаться «плохие» гены, увеличивающие риски развития ассоциированных с возрастом заболеваний. По наблюдениям ученых, избыточное метилирование увеличивается с возрастом линейно. В случае, когда происходит инактивация генов, отвечающих за исправление ошибок в ДНК (которые часто случаются при делении клетки), увеличивается число мутантных клеток и часто случаются при делении клетки), увеличивается число мутантных клеток и повышается риск развития рака, поэтому создание методов корректировки профиля метилирования ДНК может существенно повлиять на продолжительность жизни людей.

 ПОВРЕЖДЕНИЕ МИТОХОНДРИЙ ИХ РОЛЬ ПРИ ОКИСЛИТЕЛЬНОМ СТРЕССЕ

Митохондрии, как  отмечалось выше, это специальные органеллы, находящиеся внутри клетки и производящие энергию для ее нужд. История митохондрий весьма примечательна. Полагают, что они являются отдельными потомками бактерий-симбионтов, приспособившихся к жизни внутри клетки-хозяина. Поэтому, в отличии от других органелл, в митохондриях есть собственная ДНК, которая обеспечивает производства части их белковых структур. При этом, митохондриальная  ДНК не содержит информации, необходимой для эффективного устранения ее поломок.

Процесс выработки энергии для клетки сопряжен с образованием внутри митохондрий  активных форм кислорода, которые оказывают повреждающее воздействие, как на сами митохондрии, так и на другие части клетки за счет процессов окисления. И, несмотря на то, что в организме человека есть специальные защитные механизмы, которые обезвреживают отходы электростанций клетки, небольшому количеству свободных радикалов (примерно четырем на миллион) удается преодолеть защиту и нанести клетке те или иные повреждения.

В первую очередь страдает ДНК митохондрий, в которой ускоренно накапливаются мутации, что ведет к нарушению процессов самовосстановления и снижению функции по производству энергии. Поскольку поврежденные митохондрии хуже обнаруживаются клеткой, они реже подвергаются восстановлению, и число дефектных митохондрий в клетке может увеличиваться с возрастом. Кроме того , повреждения затрагивают мембрану митохондрий, что приводит к утечке свободных форм кислорода и других вредоносных соединений, а увеличение вероятности повреждения других структур клетки.

В настоящее время уже известно, что повреждения митохондрий вносят вклад в развитие ряда связанных с возрастом патологических процессов: саркопении (уменьшение мышечной массы), сердечнососудистых и нейродегенеративных заболеваний, метаболического синдрома, сахарного диабета 2-го типа. Прояснение механизмов, которые обусловливают эту взаимосвязь, позволит разработать средства для противодействия или компенсации митахондриальной дисфункции и продления здорового периода жизни.

Авторы: Александр Коляда, геронтолог, специалист по продлению жизни;

Оксана Скиталинская, врач-диетолог центра здорового питания «100 років»;

Андрей Беловешкин, врач, автор и ведущий обучающих семинаров по ресурсам