Старение и самообновление
«Генетический шум», или «порча» временем.
А как связано старение с самообновлением молекул?
Предметом самых многочисленных исследований, пожалуй, являются белки крови.
Для этого есть много объективных причин: тут и доступность объекта для исследований, и надежные методики, которые позволяют разделять и исследовать отдельные белки, и, наконец, то, что называют «белковым зеркалом» — плазма и сыворотка крови дают возможность оценить те изменения в обмене веществ, которые происходят во всем организме. Именно на белках крови было показано, что к старости молекулы белка как бы портятся, с возрастом в них появляются изменения на молекулярном уровне.
Как говорят биохимики, белковый спектр, то есть набор белков, характерный для взрослого организма, в основном формируется уже к моменту рождения. Дальше, в течение всей жизни меняются только количественные соотношения между различными белками.
Существует закономерность, свойственная как человеку, так и животным: с возрастом общее количество белка в организме увеличивается. По какой причине? Потому ли, что больше синтезируется белка, или же потому, что меньше его разрушается? Многие ученые рассматривают процессы старения как затухающее самообновление белков, нарастающий разрыв между синтезом и их распадом.
Кроме количественных изменений, связанных с возрастом, ученые отмечают качественные изменения разных белков. Известно, что один из основных белков крови, гемоглобин, «стареет», даже если его растворы хранить в холодильнике. Старение это заключается в том, что отдельные молекулы гемоглобина объединяются в некие структурные звенья — такие соединения молекул называют агрегатами. Очевидно, что для ферментов, разбирающих старый «дом»-белок для постройки нового, эти агрегаты представляют дополнительные трудности: они более прочны, их труднее разрушить.
По-видимому, на том этапе, где начинает тормозиться процесс обновления белков, и начинается старение.
Существует множество гипотез, объясняющих, почему с годами происходит «порча» белковых молекул. Одна из возможных причин — «генетический шум». Со временем вследствие неблагоприятных мутаций, вследствие различных воздействий внешней среды в генетическом аппарате, который управляет синтезом белков, могут произойти нарушения. В этом случае возобновляемые белки будут собираться по ошибочной, то есть искаженной, генетической программе.
Чтобы подтвердить эту генетическую теорию старения, необходимо обнаружить возрастные изменения либо в аминокислотном составе белков, либо в той последовательности, с которой аминокислоты в молекуле белка следуют друг за другом. Задача весьма трудная, ведь «испортить» молекулу белка могут самые незначительные изменения в его первичной структуре, обнаружить которые очень и очень непросто. Возможно, именно этим объясняются противоречивые результаты, получаемые разными экспериментаторами,— одни не находят никаких возрастных изменений в первичной структуре белка, другие отмечают небольшие изменения.
Возможно, что «порча» молекул белка с возрастом вызвана изменениями не в первичной структуре, а изменениями в пространственном взаимном расположении различных участков белковой цепи. В пятидесятых годах американский исследователь Бьекстерн выдвинул гипотезу, согласно которой в организме со временем накапливаются метаболиты — вещества, вызывающие соединение, «сшивку» макромолекул белка друг с другом. Такими «сшивающими» метаболитами могут быть свободные радикалы, малые молекулы типа формальдегида или малоновой кислоты и другие. Образование перекрестных связей, «сшивание» молекул значительно снижает их активность, что и ведет к старению белков.
Далее: Старение как накопления ненужных связей.
