Старение и смерть клетки
Процессы старения удаётся проследить у клеток многоклеточного организма, которые утратили способность к митотическому делению.
Нервные клетки, мышечные волокна скелетных и сердечной мышц теряют способность делиться ещё во время зародышевого развития.
У взрослого организма наблюдается старение отдельных клеток или волокон, проявляющееся в уплотнении клеточного ядра, вакуолизации цитоплазмы и т. д. Некоторые клетки на стадии старения переходят к амитотическому делению. При старении белки клетки образуют большие частички, увеличивается вязкость, в цитоплазме накапливается пигмент, снижается общая активность ферментов, уменьшается содержание воды, снижается интенсивность дыхания, замедляется синтез белков.
Смерть клетки от влияния вредных факторов высокой интенсивности (радиация, яд) наступает внезапно, без постепенных изменений в цитоплазме и ядре. При затянувшемся процессе гибели в клетке среда становится кислой, угнетается функция митохондрий, разрушаются мембраны и ферменты лизосом попадают в основное вещество цитоплазмы, начинается процесс самопереваривания, и клетка погибает.
Смерть отдельных клеток происходит в течение всей жизни многоклеточного животного организма. На место отмерших становятся клетки, образующиеся в результате митотического деления.
Такой процесс всё время происходит в эпителиальных (эпителий кожи, пищеварительного тракта, желез и др.) и соединительных (клетки крови, рыхлая соединительная ткань и т. д.) тканях.Только высокоспециализированные клетки нервной и мышечной тканей при отмирании не могут быть заменены новыми, поэтому подавляющее большинство их погибает вместе с гибелью всего организма.
Научные теории старения
Механизмы старения разнообразны и сложны. Современная биологи проблеме старения уделяет очень много внимания и постоянно появляются новые факты, которые позволяют более глубоко понять механизм этого процесса.
На данное время существуют альтернативные теории, которые одновременно и опровергаю,т и дополняют друг друга.
Существуют две большие группы молекулярно-генетических теорий
Одной из наиболее признанных современными биологами гипотез является гипотеза, которая считает причиной старения изменения клеточного генетического аппарата.
Одни учёные считают, что наследственно запрограммированными возрастные изменения генома, а, согласно мнению других, старение является результатом накопления случайных мутаций. Значит, процесс старения может быть либо закономерным результатом развития и роста организма, либо результатом случайных ошибок системы сохранения и передачи генетической информации.
-
Теломерная теория
В 1961 году американским геронтологом Л. Гейфликом было установлено, что фибробласты человека – способные к делению клетки кожи, в условиях «пробирки» способны делиться не более 50 раз.
Это явление и было названо в честь первооткрывателя «границей Гейфлика».
Однако Гейфлик никак не объяснил причин этого явления.
Граница, или лимит Гейфлика (англ. Hayflick limit) – граница деления соматических клеток, названная в честь её первооткрывателя Леонарда Гейфлика. В 1965 году Гейфлик наблюдал, что человеческие клетки, которые делятся в клеточной культуре, умирают приблизительно после 50 делений и проявляют признаки старения при приближении к этой границе.
Эта граница была найдена в культурах всех полностью дифференциированных клеток как человека, так и других многоклеточных организмов. Максимальное число делений в некоторой мере изменяется в зависимости от типа клеток и более значительно в зависимости от организмов. Для большинства человеческих клеток граница Гейфлика составляет 52 деления.
Граница Гейфлика связана с сокращением теломер, участков ДНК на концах хромосом. Если клетка не имеет активной теломеразы, как преобладающее большинство соматических клеток, при каждом делении клетки теломеры сокращаются, потому что ДНК-полимераза не способна реплицировать концы молекулы ДНК (возможно, теломеры иногда сокращаются под действием некоторых других факторов). Когда после определённого числа делений теломеры исчезают совсем, клетка обычно замирает на определённой стадии клеточного цикла или запускает программу апоптоза, то есть запрограммированной смерти клетки.
В 1971 году А.М. Оловников, сотрудник Института биохимической физики РАН, использовал данные о принципе синтеза клеточной ДНК и предложил гипотезу, согласно которой «граница Гейфлика» объясняется тем, что при каждом клеточном распределении хромосомы немного сокращаются. У хромосом есть особенные конечные участки – теломеры, немного укорачивающиеся после каждого удвоения хромосом, и в какой-то момент они настолько сокращаются, что клетка уже не способна делиться – постепенно она теряет жизнеспособность. Согласно данной теломерной теории именно в этом и состоит старение клеток.
Открытые в 1985 году фермента теломеразы, которая содействует достраиванию укороченных теломер половых клеток и клеток опухолей, и тем самым обеспечивает им бессмертие, блестяще подтвердило теорию Оловникова. Правда, граница в 50-60 делений справедлива далеко не для всех клеток: стволовые и раковые клетки теоретически не способны делиться бесконечно. Стволовые клетки живого организма способны делиться тысячи, а не десятки раз, но связь старения клеток с сокращением теломер общепризнана.
-
Адаптационно-регуляторная теория
Модель старения, которую разработал в 1960 - 70-х годах выдающийся украинский физиолог и геронтолог В.В. Фролькис, основывыется на распространённом представлении, что и старость, и смерть запрограммированы генетически. «Изюминкой» теории Фролькиса являетсято, что возрастное развитие и длительность жизни определяет балланс двух процессов: наряду с разрушающим процессом старения идёт процесс «антистарения» - для него Фролькисом предложен термин «витаукт» (лат. vita – жизнь, auctum – увеличивать). Направлен этот процесс на поддержание жизнедеятельности организма, его адаптацию, увеличение длительности жизни. Представление об антистарении (витаукте) стали широко распространёнными. Так, в 1995 году в США по этой проблеме состоялся первый международный конгресс.
Согласно генорегуляторной гипотезе Фролькиса первичные механизмы старения состоят в нарушении работы регуляторных генов, руководящих активностью структурных генов и интенсивностью синтеза закодированных в них белков. Нарушения генной регуляции с возрастом способны привести не только к изменениям соотношения синтезированных белков, но и к экспрессии ранее не работающих генов, появлению раньше не синтезируемых белков и, как результат, к старению и гибели клеток.
В.В. Фролькис считал, что геннорегуляторный механизм старения - это основа развития распространённых видов возрастной патологии – диабета, рака, атеросклероза, болезней Альцгеймера и Паркинсона. Та или иная патология, любой синдром старения будет развиваться в зависимости от активации или угнетения функций определённых генов. На основании этих представлений выдвинута была идея генорегуляторной терапии, способной предупреждать сбои, лежащие в основании развития возрастной патологии.
-
Стохастические (вероятностные) теории
Соответственно этой группе теорий старение есть результатом случайных процессов на молекулярном уровне. По мнению многих исследователей старение является результатом накопления в хромосомах случайных мутаций. Это результат изнашивания механизмов репарации ДНК – исправления ошибок при копировании её во время деления клеток.
-
Старение – это ошибка
В 1954 году американский физик М. Сциллард выдвинул гипотезу «старения ошибочного». Он исследовал эффекты влияния радиации на живые организмы, и показал, что действие ионизирующего излучен и способно существенно сокращать термин жизни животных и людей. Радиация является причиной многочисленных мутаций в молекуле ДНК и инициирует некоторые симптомы старения: седину, раковые опухоли. Сциллард сделал заключение, что непосредственной причиной старения организмов являются мутации. Однако он не смог объяснить факта старения животных и людей, которые не подвергались облучению.
Его последователь Л. Оргела считал, что мутации генетического аппарата клетки бувают или спонтанными, или возникают как ответ на влияние агрессивных факторов – ультрафиолета, ионизирующей радиации, влияние токсических (мутагенных) веществ и вирусов и т. д. Со временем система репарации ДНК изнашивается, и клетка стареет.
-
Теория апоптоза (самоубийства) клеток
Академик В.П. Скулачёв назвал свою теорию теорией клеточного апоптоза. Апоптоз (греч. «листопад») – процесс запрограммированной гибели клетки. Каждая клетка, пройдя свой жизненный цикл, отмирает и её местодолжна занять новая. Если клетка заразилась вирусом, или в ней произошла мутация, которая ведёт к раковому образованию, или просто закончился термин её существования, то, чтобы весь организм не подвергался опасности, она должна умереть. В отличие от некроза – насильственной гибели клеток в результате травмы, отравления, ожога и т. д., при апоптозе клетка саморазбирается на части аккуратно, и её фрагменты в качестве строительного материала используют соседние клетки.
Поддаются самоликвидации и митохондрии. Скулачёв изучил этот процесс и назвал его митоптозом. Происходит митоптоз тогда, когда в митохондриях образуется избыток свободных радикалов. Если в клетке слишком много погибших митохондрий, то продукты их распада её отравляют и вызывают апоптоз. С точки зрения Скулачёва старение является результатом того, что в организме больше клеток гибнет, чем образуется новых, а отмирающие клетки заменяет соединительная ткань. Основная цель его работы – найти методы, препятствующие свободным радикалам разрушать структуры клетки. С точки зрения учёного, старость – это болезнь, требующая лечения, а программа старения организма выводится из строя и тем самым механизм, сокращающий нашу жизнь, выключается.
