Сергей Ильин
Как мы стареем...
Вообще говоря, теорий старения насчитывается очень много. Перечислять их все, приводя доводы за и против, мы не будем. Сегодня наибольшее число сторонников среди ученых имеют три теории — гипотеза свободных радикалов, митохондриальная теория и недавно возникшая теломеразная гипотеза. В каком-то смысле последняя гипотеза проще всего. Она несколько напоминает гипотезу «предельной делимости» клеток (в 1962 году биолог Хейфлик первым показал, что клетки человеческого организма имеют ограниченный природой «предел делимости» — примерно 50 делений за срок своей жизни).
Теломеры — это участки молекул ДНК, находящиеся на концах хромосом. Поскольку молекула ДНК представляет собой две заплетенные «косой» цепочки химических звеньев, то для предотвращения их «расплетания» природа придумала сделать на их концах что-то вроде наконечников (как на концах ботиночных шнурков).
Это и есть теломеры. Они выглядят как повторяющиеся (по химическому составу) участки ДНК, загнутые на себя и закрепленные концом на своем же начале. Теломеры привлекли к себе напряженное внимание ученых, когда обнаружилось, что их длина уменьшается при каждом делении клетки. Возникло вполне логичное предположение, что теломеры играют роль неких «часов», отсчитывающих предельный срок клеточной жизни: когда они укорачиваются до «минимальной» длины, клетка утрачивает способность к делению и умирает.
Со временем, однако, в этой простой картине возникли сложности и противоречия. Последующие опыты не подтвердили прямой зависимости срока жизни клеток от длины теломеров, а некоторые эксперименты как будто даже показали, что теломеры в какой-то степени способны восстанавливать первоначальную длину. Сейчас эта гипотеза все еще числится по разряду «спорных».
Митохондрия старой клетки, подвергшаяся атаке свободных радикалов
Гораздо больше экспериментальных (а также косвенных) подтверждений имеют две другие из самых популярных теорий старения — теория свободных радикалов и митохондриальная. Они связаны друг с другом. Обе они утверждают, что главной причиной старения является вред, причиняемый организму так называемыми «свободными радикалами», с той разницей, что в митохондриальной теории все внимание концентрируется на повреждениях митохондрий, этих основных «энергетических фабрик» любой клетки.
Митохондриями называются особые органеллы в клетках, занимающиеся производством молекул, накапливающих энергию. Именно в митохондриях кислород, необходимый для дыхания, используется клеткой для получения АТФ — тех самых накапливающих энергию молекул. В процессе дыхания в митохондриях всегда образуются побочные продукты в виде так называемых активных форм кислорода. Эти формы — гидроксил-радикал, супероксид и пероксид (или перекись) водорода — относятся к группе «свободных радикалов», как называются вещества, которые в силу своей внутренней неустойчивости жадно отбирают электроны у любой встречной молекулы, тем самым нарушая ее нормальное функционирование. В живом организме, где тончайшим образом согласованы функции всех молекул, такое повреждение может вывести из строя всю клетку. А поскольку образование свободных радикалов при дыхании митохондрий происходит всю нашу жизнь, в организме — и, прежде всего, в самих митохондриях — постепенно накапливается так много этих мелких повреждений, что начинают выходить из строя целые органы и ткани, наступает старость.
Исследовательская группа американского геронтолога Рабиновича решила помочь подопытным крысам бороться со старостью, искусственно увеличив число тех веществ, которые производит организм крысы для борьбы со свободными радикалами.
Одно из таких веществ — фермент каталаза, и вот исследователи стали вводить этот фермент в организм с помощью инъекций. Первые попытки не увенчались успехом, но ситуация резко изменилась, когда каталазу преобразовали так, чтобы она попадала прямо в митохондрии, крысы стали жить на 20% дольше. Это показало, что долголетие вроде бы действительно зависит, прежде всего, от митохондрий. И ученым даже понятно, почему это может быть так.
Митохондрии отличаются от всех других рабочих органелл клетки тем, что имеют собственные гены. Все прочие органеллы целиком полагаются на ядерные гены клетки, а митохондрии производят часть необходимых им для дыхания белков с помощью своих собственных 13-ти генов. И когда эти гены подвергаются атаке свободных радикалов, образующихся поблизости, в самой митохондрии, они выходят из строя, и митохондрии перестают снабжать клетку энергией. Правда, гены в митохондриях существуют не в одном-единственном экземпляре — у каждого из них есть несколько копий. Свободные радикалы постепенно выводят из строя одну копию за другой, но митохондрия производит новые копии взамен испорченных, Однако, сколько бы веревочке не виться... в один неприятный момент в митохондрии скапливается слишком много испорченных копий генов, и она окончательно выходит из строя.