Владимир Скулачёв - Жизнь без старости

Возникает вопрос: почему в эволюции именно АФК были выбраны в качестве инструмента старения? Нет сомнений, что АФК, возникшие из-за резкого повышения О 2в атмосфере где-то около 2,5 миллиарда лет тому назад [82], все еще представляют собой проблему для современных аэробных форм жизни. Быть может, именно поэтому старение как специализированный механизм эволюции устроено таким образом, чтобы способствовать усовершенствованию антиоксидантной системы организма. В известном смысле АФК действуют наподобие лисы в приведенном выше примере улучшения заячьей породы (часть I, раздел I.5), но отбор идет не на лучший интеллект, а на лучшую систему защиты от кислорода. Это обстоятельство — прямое следствие участия АФК в осуществлении программ самоликвидации митохондрий, клеток, органов и организмов [323,442].

Здесь уместно вспомнить также и о других, важных для жизнедеятельности функциях АФК, без которых жизнь современных организмов уже не возможна (см. часть I, раздел I.6). Демонстративен пример с головастиками. Как отмечалось выше, их превращение в лягушек сопровождается массовым образованием АФК, вызывающих апоптоз клеток хвоста, что ведет к его исчезновению [144]. В то же время, если оторвать кусочек хвоста у молодого головастика, то для его регенерации требуется пролиферация клеток оставшейся части, причем это явление активируется посредством АФК [202]. Таким образом, наряду с мрачной функцией АФК как участников самоубийства отдельной клетки или даже индивида эти же самые вещества в других условиях оказывается жизненно необходимы для того же организма.

Вопрос о том, почему одни животные живут долго, а другие быстро умирают, т. е. о причинах длительности и краткости жизни, требует исследования.

Аристотель

«Длительность и краткость жизни» (350 г до нашей эры)

Митохондрии суть главный объект вмешательств, которые призваны увеличить продолжительность жизни.

Дж. Леманн и соавторы [180]

В клетке есть несколько мест, где образуются АФК. Это прежде всего митохондрии — органеллы, ответственные за поглощение почти всего кислорода, поступающего в организм через легкие. Митохондрии состоят из двух мембран (внешней и внутренней), межмембранного пространства и еще одного пространства, отделенного внутренней мембраной от межмембранного (рис. II.6.5.1).

В каждой клетке очень много отдельных митохондрий. Из-за складчатости внутренней митохондриальной мембраны её общая площадь у взрослого человека измеряется тысячами квадратных метров. И эта мембрана более чем на половину состоит из белков-ферментов, катализирующих дыхание клетки и сопряженный с ним синтез АТФ — энергетической валюты живых существ. Именно ферменты дыхания служат одним из главных катализаторов превращения О 2в анионрадикал супероксид, из которого получаются другие АФК. В принципе, основная функция дыхательных ферментов митохондрий — это превратить О 2в безобидную воду (см. Приложение 3). Но даже если небольшая часть поглощаемого митохондриями кислорода будет преобразована в супероксид, количества этого потенциально ядовитого вещества будет достаточно, чтобы натворить бед в нашем организме (о механизмах генерации АФК в клетке см. Приложение 4).

Рис. II.6.5.1Митохондрия (в центре). Ниже шероховатый эндоплазматический ретикулум. Рибосомы, мелкие образования на наружной поверхности ретикулума, видны как мелкие темные точки. Электронная микроскопия.

Итак, митохондрии — потенциально главный (или один из главных) генератор АФК в клетках млекопитающих.Выполнение этого условия необходимо (но еще не достаточно) для заключения, что именно митохондриальные АФК обусловливают медленное, нарастающее с годами, отравление организма, которое мы называем старением. В пользу такой возможности говорят следующие факты.

1) Продолжительность жизни различных видов обратно пропорциональна продукции АФК в митохондриях.

Митохондрии птиц образуют АФК медленней, чем митохондрии млекопитающих того же размера, имеющих гораздо меньшую продолжительность жизни [171,172]. Подобные соотношения наблюдаются также между летучей мышью (вес 8 г, живет до 34 лет) и землеройкой (вес 25 г, живет 1–2 года) [29,30]. В лабораториях Р.С. Сохала [167], Г. Бархи [11,12] и М. Бранда [171] было независимо показано, что продолжительность жизни теплокровных тем короче, чем выше скорость генерации АФК при обратном переносе электронов через комплекс I дыхательной цепи сердечных митохондрий. Такой корреляции не наблюдалось, если измеряли генерацию АФК при прямом переносе электронов через тот же участок цепи [171] (о механизмах переноса электронов по дыхательной цепи см. Приложение 3). Особенно обстоятельной оказалась работа группы из Кембриджа (Англия), где исследовали 12 видов различных млекопитающих (от мыши до бабуина и коровы) и птиц (от перепелки до голубя [336]) (рис. II.6.5.2). 11 видов легли на прямую, описывающую продолжительность жизни как обратную функцию от скорости генерации митохондриальных АФК. И только один вид оказался явным исключением из правила. Это был голый землекоп, живущий по крайней мере в 10 раз дольше мыши, но образовывавший АФК быстрее, чем мышь. Однако это тот случай, когда исключение лишь подтверждает правило. Дело в том, что голый землекоп был единственным нестареющим существом в исследованной выборке видов. Как уже отмечалось в предыдущем разделе, у землекопа программа старения, по-видимому, блокирована где-то после АФК, что и объясняет его выпадение из описанной корреляции: АФК образуются, но уже не в состоянии передать смертоносный сигнал дальше по цепочке событий, совокупность которых приводит к старению [442].

Рис. II.6.5.2Обратная корреляция (а) натуральных логарифмов максимальной продолжительности жизни млекопитающих и птиц и (б) скорости образования перекиси водорода в их сердечных митохондриях при переносе электронов вспять по дыхательной цепи. А— мышь Mus musculus, B— крыса, C— белоногая мышь Peromuscus leocopus, D— голый землекоп, E— дамарский землекоп, F— морская свинка, G— бабуин, H— бразильская летучая мышь, I— мелкая коричневая летучая мышь, J— корова, K— японский перепел, L— домашний голубь. (По А. Дж. Лэмберту и др. [171]).

C этой точки зрения интересно сопоставление голого землекопа и летучей мыши. Оба имеют рекордную продолжительность жизни для столь мелких млекопитающих (более 30 лет), но у летучей мыши АФК образуются в митохондриях медленней, чем у короткоживущей обычной мыши M.musculus или землеройки, а у голого землекопа — быстрее. Создается впечатление, что программа старения у летучих мышей прервана до АФК, а не после АФК, как у голого землекопа [20].