Зміст

Вступ 3
Старіння - поступка ентропії? 6
Безсмертні бактерії 7
Від миші до слона 8
З киснем треба звертатися обережно 10
Біохімія старіння 11
Відповіді на запитання 13
Література 15

Введення

Немає людини, яка не замислювався б про старість, про смерть. Це вічнатема для роздумів і найкращих умів людства, і звичайних людей.
Вчені намагаються знайти універсальні причини механізму старіння, намацатишляхи управління цими процесами. Багато питань так і залишаються відкритими,на деякі з них знайшовся відповідь зовсім недавно.

... Вже якщо мідь, граніт, земля і море

Не встоять, коли прийде їм термін,

Як може вціліти, зі смертю сперечаючись,

Краса твоя - безпорадний квітка?

В. Шекспір.

Клітини, взяті від ембріона, ростуть в стерильних судинах до тих пір, покивони не покриють його дно. Потім частина клітин переносять у новий посудину зсвіжої середовищем. Цей процес продовжується до тих пір, поки клітини зберігаютьздатність ділитися і розмножуватися. Так вдалося експериментальновстановити, що нормальні (непухлинні) клітини людини можуть ділитися "впробірці "не більше 50 разів, якщо вони взяті від ембріона, і не більше 20 разів,якщо це клітини дорослої людини.

Трідцатіграммовая миша, яка дихає з частотою 150 разів за хвилину, за своютрирічну життя робить близько 200 мільйонів дихання. Це ж число подихівп'ятитонний слон, хто чинить 6 вдихів і видихів на хвилину, зробить за 40 років.
Серце миші, що б'ється з частотою 600 ударів на хвилину, за час її життязробить 300 мільйонів ударів. Серце слона, що скорочувалося 30 разів на хвилину,здійснить стільки ж ударів за його більш довге життя. Тому можнасказати, що фізіологічно вони проживають життя однакової довжини.

Американська дослідниця Толмазофф і її колеги встановили, щотривалість життя прямо пропорційна відношенню активності ферментусупероксіддісму тази до інтенсивності обміну речовин: чим більше цявеличина, тим довше живе організм. Активність ж цього найважливішогоферменту, що захищає наші клітини від старіння, істотно не змінюється.

Старіння - поступка ентропії?

Зрідка зустрічаються люди, до яких не застосовуються звичайні закони і правила --вони можуть обходитися без сну, не заражаються небезпечними інфекціями під часнайстрашніших епідемій. Однак немає людини, яка не підвладнийстарінню. Все живе старіє, руйнується і гине. І навіть неживаприрода: будівлі, каміння, мости і дороги - теж поступово старіють і приходятьв непридатність. Очевидно, що старіння - це такий собі обов'язковий процес,загальний для живої і неживої природи.
Німецький фізик Р. Клаузіс в 1865 році вперше пролив світло на глибинніпричини цього явища. Він стверджував, що в природі все процесипротікають асиметрично, однонаправ повільно. Руйнування відбувається саме собою,а творення вимагає витрати енергії. За рахунок цього у світі постійновідбувається наростання ентропії - знецінювання енергії і збільшення хаосу.
Цей фундаментальний закон природознавства називається також другий початкомтермодинаміки. Згідно з ним, для створення та існування будь-якої структуринеобхідний приплив енергії ззовні, оскільки сама по собі енергія маєтенденцію розсіюватися в просторі (цей процес більш ймовірний, ніжстворення впорядкованих структур). Живі організми відносяться до відкритихтермодинамічних систем: рослини поглинають сонячну енергію іперетворюють її в органічні і неорганічні сполуки, твариниорганізми розкладають ці сполуки і таким чином забезпечують себеенергією. При цьому живі істоти знаходяться в термодинамічній рівновазіз навколишнім середовищем, поступово віддають або розсіюють енергію, поставляючиентропію у світовий простір.
Виявилося, однак, що існування живих організмів не повністювичерпується другим початком термодинаміки. Закономірності їх розвиткупояснює третій закон термодинаміки, обгрунтований видатним бельгійськимвченим І. Пригожиним, вихідцем з Росії: надлишок вільної енергії,поглинений відкритою системою, може призводити до самоусложненію системи.
Існує певний рівень складності, перебуваючи нижче якого системане може відтворювати собі подібних.
Живі організми в якомусь сенсі протистоять наростання ентропії і хаосуу Всесвіті, утворюючи все більш складні структури і накопичуючи інформацію.
Цей процес протилежний процесу старіння. Така боротьба з ентропієюможлива, мабуть, завдяки існуванню неустаревающей генетичноїпрограми, яка багато разів переписуючи ється і передається такимпоколінням. Живий організм можна порівняти з книгою, яка постійноперевидається. Папір, на якій написана книга, може зноситися ізотліти, але зміст її вічно.

Безсмертні бактерії

Коли ми говорили про те, що все живе схильне до старіння, то допустилинеточність: є ситуації, до яких це правило не застосовується. Наприклад, щовідбувається, коли жива клітина чи бактерія в процесі розмноження ділитьсянавпіл? Вона дає початок двом іншим клітинам, які в свою чергу зновуділяться, і так до нескінченності. Клітка, що дала початок всім іншим, невстигла постаріти, фактично вона залишилася безсмертною. Питання про старінняв одноклітинних організмів і безперервно діляться клітин, наприклад статевихабо пухлинних, залишається відкритим. А. Вейсман наприкінці ХІХ століття створивтеорію, яка постулював безсмертя бактерій і відсутність у нихстаріння. багато вчених згодні з нею і сьогодні, інші ж піддають їїсумніву. Доказів вистачає у тих і інших.
А як справи з багатоклітинними організмами? Адже у них велика частинаклітин не може постійно ділитися, вони повинні виконувати якісь іншізавдання - забезпечувати рух, харчування, регуляцію внутрішніх процесів.
Це протиріччя між необхідністю спеціалізації клітин і збереженням їхбезсмертя природа дозволила шляхом поділу клітин на два типи.
Соматичні клітини підтримують життєві процеси в організмі, а статевіклітини діляться, забезпечуючи продовження роду. Соматичні клітини старіють івмирають, статеві ж практично вічні. Існування величезних і складнихбагатоклітинних організмів, що містять трильйони соматичних клітин, всуті направлено до того, щоб забезпечити безсмертя статевих клітин.
Як же відбувається старіння соматичних клітин? Американський дослідник
Л. Гейфліка встановив, що існують механізми, що обмежують числоподілок: в середньому кожна соматична клітина здатна не більше ніж на 50поділів, а потім старіє і гине. Поступове старіння цілого організмуобумовлено тим, що всі його соматичні клітини вичерпали відпущений на їхчастку число поділок. Після цього клітини старіють, руйнуються і гинуть.
Якщо соматичні клітини порушують цей закон, вони діляться безперервно,багаторазово відтворюючи свої нові копії. Ні до чого хорошого це неприводить - адже саме так з'являється в організмі пухлина. Клітинистають "безсмертними", але це уявне безсмертя в кінцевому рахункукупується ціною загибелі всього організму.

Від миші до слона

Проблема старіння безпосередньо пов'язана з питанням про різної тривалостіжиття у різних організмів. Німецький фізіолог М. Рубнер в 1908 році першимзвернув увагу вчених на те, що великі ссавці живуть довше, ніждрібні. Наприклад, миша живе 3,5 року, собака - 20 років, кінь - 46, слон -
70. Рубнер пояснив це різною інтенсивністю обміну речовин.
Сумарна витрата енергії у різних ссавців протягом життя приблизнооднакова - 200 ккал на 1 грам маси. На думку Рубнера, кожен видздатний переробити лише певну кількість енергії - вичерпавши її,він гине. Інтенсивність обміну речовин і загальне споживання киснюзалежать від розмірів тварини і площі поверхні тіла. Маса зростаєпропорції нально лінійними розмірами тіла, узятим у кубі, а площа - вквадраті. Слонові для підтримки своєї температури тіла необхідно набагатоменше енергії, ніж такого ж за вагою кількості мишей - загальна поверхнятіла всіх цих мишей буде значно більше, ніж у слона. Тому слонможе собі "дозволити" набагато більш низький рівень обміну речовин, ніжмиша. Цей високий витрата енергії у миші і призводить до того, що вона швидшевичерпує відведені на її частку енергетичні запаси, ніж слон, і термінїї життя набагато коротший.
Таким чином, існує зворотна залежність між інтенсивністю обмінуречовин у тварини і тривалістю його життя. Мала маса тіла івисокий обмін речовин обумовлюють невелику тривалість життя. Цязакономірність була названа енергетичним правилом поверхні Рубнера.
Незважаючи на переконливу простоту відкритого Рубнером правила, багато вченихне погодилися з ним. Вони засумнівалися в тому, що правило пояснює причинистаріння всіх живих організмів - з нього існує чимало виключень.
Наприклад, людина не підкоряється цьому закону: сумарна витрата енергії унього дуже висока, а тривалість життя в чотири рази більше, ніжмала б бути при такому обміні. З чим же це пов'язано? Причина стала зрозумілоюлише зовсім недавно.

З киснем треба звертатися обережно

Є ще один чинник, що визначає тривалість життя, - цепарціальний тиск кисню. Концентрація кисню в повітрі складає
20,8 відсотка. Зменшення або збільшення цієї цифри можливо тільки у вузькихрамках, інакше живі організми гинуть. Те, що брак киснюзгубна для живого, добре відомо. А ось про небезпеку його надлишкуобізнані деякі. Чистий кисень вбиває лабораторних тварин упротягом кількох днів, а при тиску 2-5 атмосфер цей термін скорочуєтьсядо годин і хвилин. Так що цей газ не тільки необхідний для життя, він можебути і страшним універсальним отрутою, що вбиває все живе. Багато вченихвважають, що атмосфера Землі в ранній період її розвитку не містилакисню, і саме ця обставина сприяло виникненню життяна нашій планеті. За приблизними оцінками фахівців, насиченакиснем атмосфера Землі утворилася близько 1,4 мільярдів років тому врезультаті життєдіяльності примітивних організмів, здатних дофотосинтезу. Вони поглинали сонячну енергію і вуглекислий газ і виділяликисень. Їх існування і створило передумови для виникнення іншихвидів живих організмів - споживають кисень для дихання. Однак живимістотам потрібно було подбати про те, щоб нейтралізувати токсичністьцієї речовини.
Сама по собі молекула кисню і продукт її повного відновленняводнем - вода - не токсичні. Однак відновлення кисню протікаєтаким чином, що майже на всіх сходинках процесу утворюються продукти,ушкоджують клітини: супероксидних аніон-радикал, перекис водню ігідроксильний радикал. Їх називають активними формами кисню. Організми,використовують кисень для дихання, за допомогою ферментів і білковихкаталізаторів запобігають вироблення цих речовин або знижують їх шкідливийдію на клітини.
Американські біохіміки Дж. Мак Корд та І. Фрідовіч в 1969 році виявили,що основну роль такого захисту грає фермент супероксиддисмутаза. Цейфермент перетворює супероксидних аніон-радикали в більш нешкідливу перекисводню і на молекулярний кисень. Перекис водню тут же руйнуєтьсяіншими ферментами - каталази і пероксидази.
Відкриття механізму знешкодження активних форм кисню дало ключ іншимдослідникам до розуміння проблем радіобіології, онкології, імунології тагеронтології. Англійський дослідник Д. Харман висунув так званувільнорадикальних теорію старіння. Він припустив, що віковізміни в клітинах обумовлені накопиченням в них пошкоджень, що викликаютьсявільними радикалами - осколками молекул, які мають неспаренихелектрон і в силу цього мають підвищену хімічної активністю. Таківільні радикали можуть утворюватися в клітинах під дією радіації,деяких хімічних реакцій і перепадів температури. Але головним джереломвільних радикалів в організмі є відновлення молекули кисню.
Тому можна сказати, що старіння в цілому - це наслідокруйнівного, отруйного дії кисню на організм, якепоступово наростає з віком.

Біохімія старіння

Після того як стало ясно, що супероксиддисмутаза грає роль "ферментуантистаріння "в клітці, дослідники задалися питанням: чи не єактивність цього ферменту ключовою причиною вікових змін і відмінностейв тривалості життя? Слід було очікувати, що з віком активністьферменту падає, а руйнівний вплив кисню збільшується.
Виявилося, однак, що активність супероксиддисмутази в більшості випадківзмінюється з віком досить незначно.
Накопичення вікових змін в клітинах залежить від співвідношення двохпроцесів: утворення вільних радикалів та їх знешкодження. "Фабрика"вільних радикалів служать маленькі довгасті тільця всередині клітини --мітохондрії, її енергетичні станції. Ці структури Д. Харман назвавмолекулярними годинами клітини: чим швидше йде в них вироблення радикалів,тим швидше крутяться стрілки на годиннику і тим менше часу залишається житиклітині. У видів з низькою тривалістю життя мітохондрії працюютьдуже активно, більше утворюється радикалів і швидше накопичуютьсяпошкодження структур клітини, приводячи до її передчасного старіння.
Наприклад, у кімнатної мухи мітохондрії виробляють радикали в 24 разиінтенсивніше, ніж у корови. Дослідники провели дослід: кімнатних мухмістили в атмосфері чистого кисню (це значно прискорює старіння)і спостерігали, що відбувається з мітохондріями. Система захисту від активнихформ кисню працює досить надійно, але через неї все ж постійнопрослизають окремі радикали, які не встигли вступити довзаємодія з антиокислювальними ферментами. Причиною такої неполадкислужить, очевидно, другий закон термодинаміки, який виключаєстовідсоткову ефективність енергетичних процесів. Виникнувши в клітці,радикали ушкоджують її внутрішні структури, а також оболонки самихмітохондрій, що підсилює витік. У результаті стає все більше ібільше активних форм кисню, і вони поступово руйнують клітину.
Відбувається те, що ми називаємо старінням.
Швидкість "поставки" радикалів у клітку збільшується і в різних органахссавців у міру старіння організму. Кількість вільних радикалів,що утворюються в клітині, мабуть, тим більше, чим вищий рівеньспоживання кисню, або інтенсивність обміну речовин. Американськийгеронтолог Р. Катлер і його співробітники показали, що тривалість життятварин і людини визначається співвідношенням активностісупероксиддисмутази до інтенсивності обміну речовин. Стало ясно, чому удеяких видів з високим рівнем витрати енергії, у тому числі й улюдини, тривалість життя не вкладається в енергетичне правилоповерхні Рубнера. Високий рівень активності супероксіддісму горнятазахищає людину і тварин з інтенсивним обміном речовин відпередчасного старіння.

Відповіді на питання

Нова теорія старіння дозволила знайти пояснення деяких фактів, добревідомим геронтології, але залишалися незрозумілими. Наприклад, чомутварини, яких годували малокалорійної, але збалансованою їжею, живутьдовше, ніж ті, що харчувалися вдосталь? Відповідь напрошувався сам собою - томущо обмежена живлення зменшує інтенсивність обміну і відповідноуповільнює накопичення ушкоджень у клітинах. Стала ясна і залежністьшвидкості старіння від температури навколишнього середовища у тварин, не здатнихрегулювати температуру тіла. Висока температура підтримує у нихвисокий рівень обміну речовин. Так, плодова мушка дрозофіла притемпературі 10 градусів вилуплюється з личинки і розвивається до дорослогокомахи, старіє і вмирає протягом 177 днів, а при температурі 20градусів - протягом 15 днів. У дощового черв'яка при підвищенні температурийого тіла з 15 градусів до 30 в 2,5 рази підвищується споживання кисню.
При цьому на 28 відсотків зростає активність супероксиддисмутази, алежиття черв'яка все одно коротшає.
Велика тривалість життя жінок в порівнянні з чоловіками (в середньомуна 10 років) виявилася пов'язана з більш низькою інтенсивністю обмена речовин упрекрасної половини людства. Феномен довгожительства в гірських районахтеж добре пояснюється меншою інтенсивністю обміну речовин у людей,що живуть в розрідженому повітрі: вміст кисню там менше, ніж нарівнині.
Виявилося, що різний термін відпущений і клітин усередині одного людськогоорганізму: чим більше в клітинах супероксиддисмутази, тим менше ступіньпошкодження клітини активними формами кисню, тим довше живуть клітини.
Тому деякі клітини крові, наприклад, живуть кілька годин, інші --кілька років.
Вдалося пояснити і цікаве явище, що досить давно виявилидослідники: зміни організму при природному старінні схожі надію іонізуючої радіації. Причина стала очевидною: адже привплив радіації відбувається розкладання води з утворенням активнихформ кисню, які починають пошкоджувати клітини.
Все це дозволило виробити стратегію пошуку засобів проти старіння.
Наприклад, вдалося збільшити в півтора рази життя лабораторних тварин,вводячи в їх раціон сильні антиоксиданти. Особливо ефективно повиннідіяти антиоксиданти типу супероксиддисмутази, що є ферментами.
Введення в організм тварин супероксиддисмутази захищало їх відтоксичної дії кисню і збільшувало тривалість їх життя.
Це дає надію, що антиоксиданти можуть бути використані і в боротьбіпроти старіння людини. Можливо, через деякий час люди похилого вікубудуть приймати їх так само, як вітаміни, щоб поліпшити своє самопочуття іуповільнити процеси старіння.

Література

1. Амосов Н. Моя система здоров'я. "Наука і життя" № № 5-7, 1998.

2. Фролькіс В. Геронтологія на рубежі століть. "Наука і життя" № 11, 1998.

3. Віленчік М. М. Біологічні основи старіння і довголіття. М.,

"Знання", 1987.

4. Гладишев Г. П. Термодинаміка старіння. "Известия Академии наук. Серія біологічна "№ 5, 1998.