Парадокси старіння

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.


Нажми чтобы узнать.
скачати

Зміст

Зміст 2

Вступ 3


Старіння - поступка ентропії? 7


Безсмертні бактерії 9


Від миші до слона 10


З киснем потрібно звертатися обережно 12

Біохімія старіння 14


Відповіді на запитання 16

Література 19

Введення


Немає людини, яка не замислювався б про старість, про смерть. Це вічна тема для роздумів і кращих умів людства, і самих звичайних людей. Вчені намагаються знайти універсальні причини механізму старіння, намацати шляхи управління цими процесами. Багато питань так і залишаються відкритими, на деякі з них знайшлася відповідь зовсім недавно.



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

Не встоять, коли прийде їм термін,

Як може вціліти, зі смертю сперечаючись,

Краса твоя - безпомічний квітка?

В. Шекспір.


Клітини, взяті від ембріона, зростають у стерильних судинах до тих пір, поки вони не покриють його дно. Потім частина клітин переносять в новий посуду зі свіжою середовищем. Цей процес продовжується до тих пір, поки клітини зберігають здатність ділитися й розмножуватися. Так вдалося експериментально встановити, що нормальні (непухлинні) клітини людини можуть ділитися "в пробірці" 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 на хвилину, за свою трирічну життя робить близько 200 мільйонів подихів. Це ж число подихів п'ятитонний слон, який робить 6 вдихів і видихів на хвилину, зробить за 40 років. Серце миші, що б'ється з частотою 600 ударів на хвилину, за час її життя зробив 300 мільйонів ударів. Серце слона, що скорочується 30 разів на хвилину, здійснить стільки ж ударів за його більш довге життя. Тому можна сказати, що фізіологічно вони проживають життя однаковою протяжності.



Американська дослідниця Толмазофф і її колеги встановили, що тривалість життя прямо пропорційна відношенню активності ферменту супероксіддісму тази до інтенсивності обміну речовин: чим більша ця величина, тим довше живе організм. Активність же цього найважливішого ферменту, 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 час найстрашніших епідемій. Однак немає людини, яка непідвладний старінню. Все живе старіє, руйнується і гине. І навіть нежива природа: будівлі, каміння, мости і дороги - теж поступово старіють і приходять в непридатність. Очевидно, що старіння - це якийсь обов'язковий процес, загальний для живої та неживої природи.

Німецький фізик Р. Клаузиса в 1865 році вперше пролив світло на глибинні причини цього явища. Він постулював, що в природі всі процеси протікають асиметрично, однонаправ ленно. Руйнування відбувається само собою, а творення вимагає витрати енергії. За рахунок цього в світі постійно відбувається наростання ентропії - знецінення енергії і збільшення хаосу. Цей фундаментальний закон природознавства називається також другим початком термодинаміки. Згідно з ним, для створення та існування будь-якої структури необхідний приплив енергії ззовні, оскільки сама по собі енергія має тенденцію розсіюватися в просторі (цей процес більш ймовірний, ніж створення впорядкованих структур). Живі організми відносяться до відкритих термодинамічних систем: рослини поглинають сонячну енергію і перетворюють її в органічні та неорганічні сполуки, тваринні організми розкладають ці сполуки і таким чином забезпечують себе енергією. При цьому живі істоти перебувають у термодинамічній рівновазі з навколишнім середовищем, поступово віддають або розсіюють енергію, поставляючи ентропію в світовий простір.

Виявилося, однак, що існування живих організмів не повністю вичерпується другим початком термодинаміки. Закономірності їх розвитку пояснює третій закон термодинаміки, обгрунтований бельгійським вченим І. Пригожиним, вихідцем з Росії: надлишок вільної енергії, поглинений відкритою системою, може призводити до самоусложненію системи. Існує певний рівень складності, перебуваючи нижче якого система не може відтворювати собі подібних.

Живі організми в якомусь сенсі протистоять наростання ентропії і хаосу у Всесвіті, утворюючи все більш складні структури і накопичуючи інформацію. Цей процес протилежний процесу старіння. Така боротьба з ентропією можлива, мабуть, завдяки існуванню неустаревающей генетичної програми, яка багато разів переписуючи ється і передається наступним поколінням. Живий організм можна порівняти з книгою, яка постійно перевидається. Папір, на якому написана книга, може зноситися і зотліти, але зміст її вічно.


Безсмертні бактерії


Коли ми говорили про те, що все живе схильне до старіння, то допустили неточність: є ситуації, до яких це правило не застосовується. Наприклад, що відбувається, коли жива клітина чи бактерія в процесі розмноження ділиться навпіл? Вона дає початок двом іншим клітинам, які у свою чергу знову діляться, і так до нескінченності. Клітка, що дала початок усім іншим, не встигла постаріти, фактично вона залишилася безсмертною. Питання про старіння в одноклітинних організмів і безперервно діляться клітин, наприклад статевих або пухлинних, залишається відкритим. А. Вейсман в кінці ХІХ століття створив теорію, яка постулировала безсмертя бактерій і відсутність у них старіння. багато вчених згодні з нею і сьогодні, інші ж піддають її сумніву. Доказів вистачає у тих і інших.

А як справи з багатоклітинними організмами? Адже у них велика частина клітин не може постійно ділитися, вони повинні виконувати якісь інші завдання - забезпечувати рух, харчування, регуляцію внутрішніх процесів. Це протиріччя між необхідністю спеціалізації клітин і збереженням їх безсмертя природа дозволила шляхом поділу клітин на два типи. Соматичні клітини підтримують життєві процеси в організмі, а статеві клітини діляться, забезпечуючи продовження роду. Соматичні клітини старіють і вмирають, статеві ж практично вічні. Існування величезних і складних багатоклітинних організмів, що містять трильйони соматичних клітин, по суті направлено до того, щоб забезпечити безсмертя статевих клітин.

Як же відбувається старіння соматичних клітин? Американський дослідник Л. Гейфлік встановив, що існують механізми, що обмежують число поділок: в середньому кожна соматична клітина здатна не більше ніж на 50 поділок, а потім старіє і гине. Поступове старіння цілого організму обумовлено тим, що всі його соматичні клітини вичерпали відпущений на їх частку 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 не призводить - адже саме так з'являється в організмі пухлину. Клітини стають "безсмертними", але це уявне безсмертя в кінцевому рахунку купується ціною загибелі всього організму.


Від миші до слона


Проблема старіння безпосередньо пов'язана з питанням про різної тривалості життя в різних організмів. Німецький фізіолог М. Рубнер в 1908 році першим звернув увагу вчених на те, що великі ссавці живуть довше, ніж дрібні. Наприклад, миша живе 3,5 роки, собака - 20 років, кінь - 46, слон - 70. Рубнер пояснив це різною інтенсивністю обміну речовин.

Сумарна витрата енергії у різних ссавців протягом життя приблизно однакова - 200 ккал на 1 грам маси. На думку Рубнера, кожен вид здатний переробити лише певну кількість енергії - вичерпавши її, він гине. Інтенсивність обміну речовин і загальне споживання кисню залежать від розмірів тварини і площі поверхні тіла. Маса зростає пропорційно нально лінійними розмірами тіла, узятим у кубі, а площа - в квадраті. Слону для підтримки своєї температури тіла необхідно набагато менше енергії, ніж такому ж по вазі кількості мишей - загальна поверхню тіла всіх цих мишей буде значно більше, ніж у слона. Тому слон може собі "дозволити" набагато більш низький рівень обміну речовин, ніж мишу. Цей високий витрата енергії у миші і призводить до того, що вона швидше вичерпує відведені на її частку енергетичні запаси, ніж слон, і термін її життя набагато коротше.

Таким чином, існує зворотна залежність між інтенсивністю обміну речовин у тварини і тривалістю його життя. Мала маса тіла і високий обмін речовин обумовлюють невелику тривалість життя. Ця закономірність була названа енергетичним правилом поверхні Рубнера.

Незважаючи на переконливу простоту відкритого Рубнером правила, багато вчених не погодилися з ним. Вони засумнівалися в тому, що правило пояснює причини старіння всіх живих організмів - з нього існує чимало виключень. Наприклад, людина не підкоряється цим законом: сумарна витрата енергії у нього дуже висока, а тривалість життя в чотири рази більше, ніж мала б бути при такому обміні. З чим же це пов'язано? Причина стала зрозумілою лише зовсім недавно.


З киснем потрібно звертатися обережно


Є ще один чинник, який визначає тривалість життя, - це парціальний тиск кисню. Концентрація кисню в повітрі становить 20,8 відсотка. Зменшення або збільшення цієї цифри можливо тільки у вузьких рамках, інакше живі організми гинуть. Те, що брак кисню згубна для живого, добре відомо. А ось про небезпеку його надлишку обізнані мало. Чистий кисень вбиває лабораторних тварин протягом кількох днів, а при тиску 2-5 атмосфер цей термін скорочується до годин і хвилин. Так що цей газ не тільки необхідний для життя, він може бути і страшним універсальним отрутою, що вбиває все живе. Багато вчених вважають, що атмосфера Землі в ранній період її розвитку не містила кисню, і саме ця обставина сприяла виникненню життя на нашій планеті. За приблизними оцінками фахівців, насичена киснем атмосфера Землі утворилася близько 1,4 мільярдів років тому в результаті життєдіяльності примітивних організмів, здатних до фотосинтезу. Вони поглинали сонячну енергію і вуглекислий газ і виділяє кисень. Їх існування і створило передумови для виникнення інших видів живих організмів - споживають кисень для дихання. Однак живим істотам треба було подбати про те, щоб нейтралізувати токсичність цієї речовини.

Сама по собі молекула кисню і продукт її повного відновлення воднем - вода - не токсичні. Однак відновлення кисню протікає таким чином, що майже на всіх сходинках процесу утворюються продукти, які пошкоджують клітини: супероксидний аніон-радикал, перекис водню і гідроксильний радикал. Їх називають активними формами кисню. Організми, що використовують кисень для дихання, за допомогою ферментів і білкових каталізаторів запобігають вироблення цих речовин або знижують їх шкідливу дію на клітини.

Американські біохіміки Дж. Мак Корд та І. Фрідовіч в 1969 році виявили, що основну роль у такому захисті відіграє фермент супероксиддисмутаза. Цей фермент перетворює супероксидних аніон-радикали в більш нешкідливу перекис водню і у молекулярний кисень. Перекис водню тут же руйнується іншими ферментами - каталаза і пероксидаза.

Відкриття механізму знешкодження активних форм кисню дало ключ іншим дослідникам до розуміння проблем радіобіології, онкології, імунології та геронтології. Англійський дослідник Д. Харман висунув так звану вільнорадикальних теорію старіння. Він припустив, що вікові зміни в клітинах обумовлені накопиченням в них пошкоджень, викликаних вільними радикалами - осколками молекул, які мають неспарений електрон і в силу цього мають підвищену хімічну активність. Такі вільні радикали можуть утворюватися в клітинах під дією радіації, деяких хімічних реакцій і перепадів температури. Але головним джерелом вільних радикалів в організмі є відновлення молекули кисню. Тому можна сказати, що старіння в цілому - це наслідок руйнівного, отруйної дії кисню на організм, яке поступово наростає з віком.

Біохімія старіння


Після того як стало ясно, що супероксиддисмутаза грає роль "ферменту антистаріння" в клітці, дослідники задалися питанням: чи не є активність цього ферменту ключовою причиною вікових змін і відмінностей в тривалості життя? Слід було очікувати, що з віком активність ферменту падає, а руйнівний вплив кисню збільшується. Виявилося, однак, що активність супероксиддисмутази в більшості випадків змінюється з віком дуже незначно.

Накопичення вікових змін в клітинах залежить від співвідношення двох процесів: утворення вільних радикалів та їх знешкодження. "Фабриками" вільних радикалів служать маленькі довгасті тільця всередині клітини - мітохондрії, її енергетичні станції. Ці структури Д. Харман назвав молекулярними годинами клітини: чим швидше йде в них вироблення радикалів, тим швидше крутяться стрілки на годиннику і тим менше часу залишається жити клітці. У видів з низькою тривалістю життя мітохондрії працюють дуже активно, більше утворюється радикалів і швидше накопичуються пошкодження структур клітини, приводячи до її передчасного старіння. Наприклад, у кімнатної мухи мітохондрії виробляють радикали в 24 рази інтенсивніше, ніж у корови. Дослідники провели дослід: кімнатних мух утримували в атмосфері чистого кисню (це значно прискорює старіння) і спостерігали, що відбувається з мітохондріями. Система захисту від активних форм кисню працює досить надійно, але через неї все ж постійно прослизають окремі радикали, які не встигли вступити у взаємодію з антиокислювальними ферментами. Причиною такої неполадки служить, мабуть, другий закон термодинаміки, який виключає стовідсоткову ефективність енергетичних процесів. Виникнувши в клітці, радикали ушкоджують її внутрішні структури, а також оболонки самих мітохондрій, що посилює витік. У результаті стає все більше і більше активних форм кисню, і вони поступово руйнують клітину. Відбувається те, що ми називаємо старінням.

Швидкість "постачання" радикалів в клітку збільшується і в різних органах ссавців у міру старіння організму. Кількість вільних радикалів, що утворюються в клітці, мабуть, тим більше, чим вище рівень споживання кисню, або інтенсивність обміну речовин. Американський геронтолог Р. Катлер і його співробітники показали, що тривалість життя тварин і людини визначається співвідношенням активності супероксиддисмутази до інтенсивності обміну речовин. Стало зрозуміло, чому у деяких видів з високим рівнем витрати енергії, в тому числі і в людини, тривалість життя не вкладається в енергетичне правило поверхні Рубнера. Високий рівень активності супероксіддісму тази захищає людину і тварин з інтенсивним обміном речовин від передчасного старіння.


Відповіді на питання


Нова теорія старіння дозволила знайти пояснення деяким фактам, добре відомим геронтології, але залишалися незрозумілими. Наприклад, чому тварини, яких годували малокалорійної, але збалансованою їжею, живуть довше, ніж ті, що харчувалися вдосталь? Відповідь напрошувалася сама собою - тому що обмежене харчування зменшує інтенсивність обміну і відповідно уповільнює накопичення пошкоджень у клітинах. Стала зрозумілою і залежність швидкості старіння від температури навколишнього середовища у тварин, не здатних регулювати температуру тіла. Висока температура підтримує у них високий рівень обміну речовин. Так, плодова мушка дрозофіла при температурі 10 градусів вилуплюється з личинки і розвивається до дорослої комахи, старіє і вмирає протягом 177 днів, а при температурі 20 градусів - протягом 15 днів. У дощового черв'яка при підвищенні температури його тіла з 15 градусів до 30 в 2,5 рази підвищується споживання кисню. При цьому на 28 відсотків зростає активність супероксиддисмутази, але життя хробака все одно коротшає.

Велика тривалість життя жінок в порівнянні з чоловіками (у середньому на 10 років) виявилася пов'язана з більш низькою інтенсивністю обміну речовин у прекрасної половини людства. Феномен довгожительства в гірських районах теж добре пояснюється меншою інтенсивністю обміну речовин у людей, що живуть в розрідженому повітрі: вміст кисню там менше, ніж на рівнині.

Виявилося, що різний термін відпущений і клітинам всередині одного людського організму: чим більше в клітинах супероксиддисмутази, тим менше ступінь пошкодження клітини активними формами кисню, тим довше живуть клітини. Тому деякі клітини крові, наприклад, живуть кілька годин, інші - кілька років.

Вдалося пояснити і цікаве явище, яке досить давно виявили дослідники: зміни організму при природному старінні схожі на дію іонізуючої радіації. Причина стала очевидною: адже при впливі радіації відбувається розкладання води з утворенням активних форм 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 повинні діяти антиоксиданти типу супероксиддисмутази, що є ферментами. Введення в організм тварин супероксиддисмутази захищало їх від токсичної дії кисню і збільшувало тривалість їх життя. Це дає надію, що антиоксиданти можуть бути використані і в боротьбі проти старіння людини. Можливо, через деякий час люди похилого віку будуть приймати їх так само, як вітаміни, щоб поліпшити своє самопочуття і сповільнити процеси старіння.

Література

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

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

  3. Виленчик М. М. Біологічні основи старіння і довголіття. М., "Знання", 1987.

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

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Медицина | Реферат
36.7кб. | скачати


Схожі роботи:
Старіння 2
Старіння
Парадокси християнства
Парадокси логіки
Парадокси гравітації
Парадокси в математиці
Парадокси Всесвіту
Причини старіння
Теорії старіння
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru