Vananeme põhjusel, kuid spetsiaalse bioloogilise programmi tagajärjel. Kuid maailmas on Aafrika alasti mutirott, hiirelaadne loom, kes ei suuda vananeda.
Teadlased on välja mõelnud, miks inimesed vananevad, kuid ekskavaatorid seda ei tee.
Jared Sluyter kirjutab sellest:
Eraldi indiviidi, bioloogilise liigi eraldi isendi elu on väga väärtuslik asi, kuid on asju, mis on veelgi olulisemad. Nimelt vaade ise. See tähendab tegelikult kogu geenide komplekti (seda nimetatakse genoomiks), mis sisaldub selle liigi igas indiviidis ja tegelikult määrab, mis see on.
Õigem on pidada ükskõik millist elusolendit lihtsalt vanematelt saadud ja lastele edastatud geenide ajutiseks mahutiks. Esmakordselt sõnastas sellise idee selgesõnalises vormis tõenäoliselt Richard Dawkins oma kuulsas raamatus "Isekas geen".
Reeglina langevad genoomi ja selle ajutise kandja (elusolendi) huvid kokku. Kuid mõnikord ei juhtu. Ja siis saab kohe selgeks, kes on boss - muidugi genoom.
Kui liigi genoom on ohus või liik vajab lihtsalt väljaarenemist, võib kandja ohutult ohverdada - järgmised põlvkonnad "sünnitavad uue".
Reklaamvideo:
Seetõttu olen kindel, et enamiku (kui mitte kõigi) elusolendite genoomid sisaldavad spetsiaalseid kahjulikke programme. Millest olenditel endil pole midagi head, kuid mis on liigi arenguks vajalikud. Esiteks surmaprogrammid, mis tagavad põlvkondade vahetuse ja vastavalt ka evolutsiooni. Ja mõnikord on need paigutatud "kiiresti" - näiteks üheaastastesse taimedesse, mis surevad, pärast oma valmimist surevad nende enda seemned, ja mõnikord - "aeglaselt". Ja kõige hullem aeglane enesetappude programm on vananemisprogramm. Mis paneb paljud liigid, sealhulgas teie ja mina, vanusega "halvenema" ja lõpuks surema.
Fakt, et vananeme põhjusel, kuid spetsiaalse bioloogilise programmi tegevuse tulemusel, ei ole ilmne asi ja nõuab selle tõestamist. Proovisin seda üles ehitada "vasturääkivusega", näidates teile näidet loomast, kes lülitas vananemisprogrammi enda jaoks välja. Sest ta ei pea enam oma evolutsiooni nii palju kiirendama - ta on juba hea! See, nagu sina ja mina, on imetaja, tavalise hiire üsna lähedane sugulane - Aafrika näriline, alasti mutirott! Kui hiir elab 2–3 aastat, õnnestub selle aja jooksul täielikult vananeda ja sureb vanadusse, siis mutt-rott elab üle 30 aasta ja kui tal mõnikord ilmnevad mingid vananemisnähud, siis need pole tavaliselt surmavad. Enamik biolooge nõustub, et alasti mutirott on vanane loom (noh,või teaduslikumalt, ebaoluliselt vananev loom).
Ja nüüd, meie sarjas, on saabunud aeg vastata peamisele "küsimusele kaevajate kohta": kuidas ta seda tegi? Kuidas ta vananemise välja lülitas ??!
Paar aastat tagasi poleks mul sel teemal midagi öelda olnud. Kuid 2017. aastal õnnestus ühes maailma mainekamates teadusajakirjades Füsioloogilised ülevaated avaldada teoreetiline töö, mis selgitas palja mutiroti vananemise nähtust. 2017. aasta lõpus ilmus venekeelne versioon.
Kõik algas, nagu alati, mitokondritest. Need on sellised väikesed elektrijaamad, mis asuvad igas rakus ja millega me hingame. Loodan, et nende sarja kohta tuleb eraldi episood. Mitokondrite uurimine on akadeemik Vladimir Petrovitš Skulachevi peamine eriala. Tegelikult selgus tema laboris 60ndate lõpus, kuidas nad töötavad. Viimase 20 aasta jooksul on akadeemik lisaks mitokondritele tundnud huvi vananemisprobleemide vastu ja muidugi teinud titaanlikke jõupingutusi, et viia läbi katse alasti mutiroti mitokondritega. Pean märkima, et mitokondrid on vananemisega väga tugevalt seotud, kuid seda järgmises sarjas.
Alasti mutiroti mitokondrite uurimine on krooninud edu. Berliini loomaaia instituudis viidi läbi katsed moolirottidega ning spetsiaalselt Moskvast selleks saabunud Vladimir Skulachevi töötajal, kuulsal bioloogil Mihhail Vysokikhil, kes oli selleks spetsiaalselt saabunud, õnnestus saada proov mooliroti koest ja mõõta selles koes mitokondrite erinevaid parameetreid. Nendes ei olnud midagi eriti huvitavat, välja arvatud pisut kummaline kõver, mis näitab hapniku imendumise määra mitokondrite poolt (nad hingavad ka) teatud tingimustel.
Moskvasse naastes näitas Mihhail seda kõverat juhile, kellele ta ka midagi meenutas, kuid mida täpselt - nad ei mäletanud. Nii raputasid bioloogid oma ajusid, kuni nad näitasid graafikut teisele kolleegile, raku bioenergialabori juhatajale Boriss Tšernyakile, kes on teada, et ei unusta kunagi midagi (noh, vähemalt siis, kui see on seotud mitokondrite, hingamise ja elusrakkudega). Ta vaatas ja ütles kohe - täpselt sama kõvera saab vastsündinud rotipoegade mitokondrite hingamise registreerimisel!
Ja siin oli Vladimir Petrovitšil üks idee. Vangistas teda nii palju, et pakkis end kokku ja läks Berliini paljast mutiroti isiklikult vaatama.
Mida ta leidis? Et ta (mutirott) on alasti. Ja kas sa tead, kes ta sellepärast välja näeb?
Vaadake alasti mutiroti fotot. Ja läheduses - üldse mitte kaevajad. Need on vastsündinud rotid. Vaadake, kui sarnased nad on? Mõne päeva pärast kasvavad kutsikad üles, riietuvad karusnahaga ja muutuvad tavalisteks rottideks. Ja ekskavaatorid pole. Ta jääb nii eluks ajaks ja jääb vastsündinuks.
Täiendav uurimine näitas, et moolirottidel on rottidega võrreldes üle 40 märgi sellisest "vastsündinust" või "lapsemeelsusest". Siin on mõned neist:
- väike kaal võrreldes perekonna teiste liikidega.
- karvade puudumine (närilistel on see alati olemas).
- auriklite puudumine.
- Piiratud võime hoida püsivat kehatemperatuuri (nagu vastsündinud imetajatel).
- kõrged kognitiivsed võimed (uudishimu).
- madal tundlikkus valude suhtes.
- neuronite võime taastuda ja neuronite eluiga pikendada.
- Insuliinitaolise kasvufaktori 2 (IGF2) taseme langus vanusega ei muutu.
- Superoksiidi dismutaaside 1 ja 2 ning katalaasi sisaldus vanuses ei vähene.
- Ja veel mõnikümmend välist, füsioloogilist ja biokeemilist tunnust.
See tähendab, et selgub, et mutirott peatas vastsündinud närilise staadiumis oma individuaalse arengu programmi. Sarnast nähtust on varem kirjeldatud näiteks kahepaiksete puhul ja seda nimetatakse neotenyiks. Õigluse huvides tuleb öelda, et Vladimir Skulachev ei olnud esimene, kes juhtis tähelepanu asjaolule, et moolirott on neogeenne loom. Enne teda märkasid seda 1991. aastal Richard Alexander ja mõned teised teadlased. Kuid nad ei seostanud seda nähtust üldse pikaealisusega (Aleksander lihtsalt ei teadnud nende loomade eluea kohta).
Kinni lapsepõlves
Akadeemik Skulachev sõnastas väga lihtsa idee: kui moolirott peatus kubjas, siis tema individuaalse arengu programm lihtsalt ei jõua kohale, kui on aeg hakata vananema. Lapsed ei vanane! Nii saame kõige olulisema tõendi: vananemine on osa keha arengu ja elu programmist. Sama mis sünd, kasv, küpsemine. Ja kui kogu see programm peatatakse, siis vananeb ka!
Nii juhtus kaevajatega. Kui see juhtuks tavalise liigiga, kaoks see väga kiiresti, sest vananemise puudumisel aeglustaks selle areng oluliselt. Ja kaevaja päästis oma eusotsiaalsuse. Elu "sipelgapesa režiimis" osutus nii palju stabiilsemaks, et ta võis endale lubada evolutsiooni vahendina vananemise välja lülitada.
Ja tundub, et meie jaoks kõige huvitavamate bioloogiliste olendite liikide - Homo sapiens - evolutsioonis algas täpselt sama lugu, mis juhtus alasti mutirotiga. Kas olete kunagi märganud, et inimesed sarnanevad kõige rohkem … beebiahvidega?
Kas on võimalik elu pikendada ja pikaks ajaks nooreks jääda? Kõik on tõsi, väidavad teadlased, sest viissada aasta jooksul on inimeste eluiga peaaegu kolmekordistunud. Miks me ikkagi vananeme?
Mis vananeb?
Vananemist nimetatakse tavaliselt keha elutähtsate funktsioonide järkjärgulise vähenemise või täieliku seiskamise bioloogiliseks protsessiks. Vananemise tõttu kohaneb keha keskkonnaga vähem, väheneb kudede uuenemisvõime, omandavad haigused ja ainevahetushäired.
Vananemise väliseks tulemuseks on lihaste longus, kortsud ja hallid juuksed.
Muidugi võite teha plastilist kirurgiat, kasutada meiki ja omada head arsti, kuid te ei saa oma vanust petta. Kuid peate teadma - kõik vananevad erinevalt ja see on inimese enda teene. Viiekümnendates on mehi ja naisi, kes näevad välja uhked, ja on neljakümneaastaseid, kes näivad olevat "tublisti üle viiekümne".
Vananemisteooriad ja hüpoteesid
Keegi ei tea täpset põhjust, miks me vananeme, ja seetõttu sünnivad hüpoteesid ja spekulatsioonid - enam-vähem teaduslike andmete põhjal. Igal neist on toetajaid, kuid kõige tõenäolisemad põhjused on teooriate ühendamisel.
Esiteks, keha vananeb tänu sellele, et igal keharakul on oma programm - kuidas ja mitu korda seda jagada, asendades "vanad" sõnadega "uued värbajad". Igas lahtris toimub neid asendeid keskmiselt umbes seitsekümmend korda.
Kui kiiresti need seitsekümmend korda igas rakus aset leiavad, sõltub kehast ja ainevahetusest, teie suhtumisest oma kehasse. Kui te ei jälgi oma tervist, ei söö hästi ega puutu kokku kahjulike keskkonnateguritega, peavad keharakud end sagedamini uuendama, nende ressursid ammenduvad kiiremini.
Näiteks vananeb nahk sagedamini ja intensiivse päikesepõletuse korral palju kiiremini, kui see omandab šokolaaditooni, ja eriti siis, kui päikesepõletus on järsk ja põletushaavadega.
Veel üheks vananemise põhjuseks peetakse rakkude enesehävitamise programmi käivitamist, mis on tingitud nende aktiivsest kahjustusest keskkonnategurite ja sisemiste häirete tagajärjel. Kahjustatud rakk on organismile potentsiaalselt ohtlik kasvajaks degenereerumisega, seetõttu on väikseimad rakkude defektid alustuseks "puhastussüsteemi" käivitamisel ja mõnikord viiakse see läbi väga drastiliste meetmetega, hõlmates kõiki naaberrakke ja kudedes või elundites tervete piirkondade surma.
Selle põhimõtte kohaselt tekivad maksakahjustused koos liigse libedusega, suitsetamise ajal bronhide ja kopsude kahjustused, ateroskleroosi korral veresoonte kahjustused. Sarnane rakusurma põhimõte toimib südameatakkide või insultide ajal - see on elujõutute rakkude surm.
Kas see võib olla geenid?
Vananemise geeniteooria on tänapäeval teadusmaailmas populaarsust kogumas, see selgitaks palju - nii teatud arvu jagunemiste käivitamist kui ka rakkude surma nende kahjustamise korral ja isegi ainevahetuse muutust vanusega.
Kui suudame vananemisgeeni isoleerida, siis nüüd, kui saame geene kombineerida ja muuta, saame vanaduse tühistada. Tõsi, surma kaotamine ähvardab planeedi ülerahvastatust ja selle hävitamist mõne aasta pärast. Kuid keegi ei taha surra!
Miks me vananeme?
Kuni geenide leidmiseni teeme ettepaneku kaaluda põhjuseid, mis sellega lähemat tutvust pakuvad. Enamiku neist loome ise.
Vaadake tähelepanelikult oma elu - see on stressisari, kus esinevad närvisüsteemi ülepinge, probleemid kodus ja tööl, tundide ja verevalumitega lapsed, murtud põlved - kõik see lisab meie hallidele juustele. Stress kahjustab immuunsust ja tervist, häirib und - ja krooniline unepuudus lühendab oluliselt eeldatavat eluiga. Seetõttu, kui soovite pikka aega elada, õppige, kuidas korralikult puhata ja lõõgastuda.
Muud enneaegse vananemise põhjused on vähenenud füüsiline aktiivsus ja liigsed kilod. Nad ladestavad rasva südame ja veresoonte piirkonnas, neerud ja sooled ujuvad rasvaga - kas see lisab teie tervisele ja pikkadele aastatele? Tõenäoliselt on aeg oma söömisharjumused uuesti läbi vaadata, vähem süüa, dieedile minna, sagedamini kõndida ja sportida.
Sõltuvused, mis lühendavad meie niigi lühikest elu, on ka sigaretid ja alkohol, isegi nõrgad. Arvatakse, et ühest sigaretist saab elu kaheksa minutit lühemaks. Arvutage, kui palju aega oma elust olete juba suitsu pannud? Ja kui võtta mitu klaasi kuiva veini päevas, on teie elust 24 tundi ja tuhat maksarakku miinus, kas teie tervise kahtlane rõõm on seda väärt?
Teine teie keha "tapja" on … suhkur, see magus kristalne pulber on sama kahjulik kui sigaretid. Lõppude lõpuks tarbime seda palju rohkem, kui see on füsioloogiliselt vajalik. Kuid te ei tohiks seda asendada magusainetega - need on veelgi kahjulikumad.
Muidugi mõjutavad ka päikesekiirgus, ultraviolettkiired, saastatud õhk ning selles sisalduvad raskmetallid ja vesi, kuid kogu see mõju on meie enda kehaga tehtud "katsetega" võrreldes tühine. Selle üle peate mõtlema - enamik vananemise põhjuseid sõltub peamiselt meist.
Mõnikord on inimesi, kellele tavalised seadused ja määrused ei kehti - nad saavad ilma uneta hakkama, ei nakatu ohtlike nakkustesse ka kõige kohutavate epideemiate ajal. Siiski pole ühtegi inimest, kes ei alluks vananemisele. Kõik elusolendid vananevad, hävivad ja hukkuvad. Ja isegi elutu loodus: ehitised, kivid, sillad ja teed - ka lagunevad järk-järgult ja satuvad lagunema. Ilmselt on vananemine teatav kohustuslik protsess, mis on tavaline nii elavale kui elutule olemusele.
1865. aastal heitis saksa füüsik R. Clausis esimest korda valgust selle nähtuse algpõhjustele. Ta postuleeris, et kõik looduses toimuvad protsessid kulgevad asümmeetriliselt, ühesuunaliselt. Hävitamine toimub iseenesest ja loomine nõuab energiakulu. Seetõttu kasvab entroopia maailmas pidevalt - energia odavnemine ja kaos suurenevad. Seda loodusõpetuse põhiseadust nimetatakse ka termodünaamika teiseks seaduseks. Tema sõnul on mis tahes struktuuri loomiseks ja eksisteerimiseks vajalik energia sissevool väljastpoolt, kuna energia ise kipub ruumis hajuma (see protsess on tõenäolisem kui tellitud struktuuride loomine). Elusorganismid kuuluvad avatud termodünaamilistesse süsteemidesse: taimed neelavad päikeseenergiat ja muundavad selle orgaanilisteks ja anorgaanilisteks ühenditeks,loomorganismid lagunevad need ühendid ja varustavad end sellega energiaga. Samal ajal on elusolendid keskkonnaga termodünaamilises tasakaalus, annavad energiat järk-järgult või hajutavad seda, andes maailmaruumi entroopia.
Selgus aga, et termodünaamika teine seadus ei ammenda elusorganismide olemasolu täielikult. Nende arengumustreid selgitatakse termodünaamika kolmanda seadusega, mida kinnitas silmapaistev Belgia päritolu teadlane I. Prigogine, kes on Venemaa põliselanik: avatud süsteemi poolt absorbeeritud vaba energia liig võib põhjustada süsteemi iseenda komplitseerumist. On olemas teatav keerukuse tase, millest allpool süsteem ei saa omamoodi reprodutseerida.
Elusorganismid seisavad teatud mõttes vastu entroopia ja kaose kasvule Universumis, moodustades üha keerukamaid struktuure ja kogudes teavet. See protsess on vananemisprotsessile vastupidine. Selline võitlus entroopiaga on võimalik ilmselt ajatu geneetilise programmi olemasolu tõttu, mida kirjutatakse korduvalt ümber ja antakse edasi tulevastele põlvedele. Elavat organismi saab võrrelda raamatuga, mida trükitakse pidevalt. Paber, millele raamat kirjutatakse, võib küll kuluda ja halveneda, kuid selle sisu on igavene.
Surematud bakterid
Kui me rääkisime asjaolust, et kõik elusad asjad vananevad, tegime ebatäpsuse: on olukordi, kus see reegel ei kehti. Näiteks mis saab siis, kui elus rakk või bakter jaguneb paljunemise ajal pooleks? Selle tulemuseks on kaks muud rakku, mis omakorda jagunevad uuesti ja nii edasi ad infinitum. Rakul, millest kõik ülejäänu sündis, polnud aega vananeda, tegelikult jäi ta surematuks. Üksrakuliste organismide vananemise ja pidevalt jagunevate rakkude, näiteks paljunemis- või kasvajarakkude, vananemise küsimus jääb lahtiseks. A. Weisman lõi XIX sajandi lõpus teooria, mis postuleeris bakterite surematust ja vananemise puudumist neis. paljud teadlased nõustuvad sellega täna, teised aga seavad selle kahtluse alla. Mõlema kohta on piisavalt tõendeid.
Mis saab mitmerakulistest organismidest? Lõppude lõpuks ei saa enamik nende rakke pidevalt jaguneda, nad peavad täitma mõnda muud ülesannet - pakkuma liikumist, toitumist, sisemiste protsesside reguleerimist. See vastuolu rakkude spetsialiseerumise vajaduse ja nende surematuse säilitamise vahel on loodus lahendatud, jagades rakud kahte tüüpi. Somaatilised rakud toetavad kehas elulisi protsesse ja sugurakud jagunevad, tagades perekonna jätkumise. Somaatilised rakud vananevad ja surevad, samas kui sugurakud on praktiliselt igavesed. Triljoneid somaatilisi rakke sisaldavate tohutute ja keeruliste mitmerakuliste organismide olemasolu on sisuliselt suunatud sugurakkude surematuse tagamisele.
Kuidas toimub somaatiliste rakkude vananemine? Ameerika teadlane L. Hayflick tuvastas, et on olemas jaotuste arvu piiravaid mehhanisme: keskmiselt on iga somaatiline rakk võimeline mitte rohkem kui 50 jagunemiseks ning siis see vananeb ja sureb. Kogu organismi järkjärguline vananemine on tingitud asjaolust, et kõik selle somaatilised rakud on neile eraldatud jaotuste arvu ammendanud. Pärast seda rakud vananevad, lagunevad ja surevad.
Kui somaatilised rakud rikuvad seda seadust, jagunevad nad pidevalt, paljundades oma uusi koopiaid mitu korda. See ei too midagi head - lõppude lõpuks ilmub see kehas kasvaja. Rakud muutuvad "surematuteks", kuid see kujutletav surematus ostetakse lõpuks kogu organismi surma hinnaga.
Hiirest elevandini
Vananemise probleem on otseselt seotud eri organismide erineva eluea küsimusega. Saksa füsioloog M. Rubner 1908. aastal juhtis esimesena teadlaste tähelepanu tõsiasjale, et suured imetajad elavad kauem kui väikesed. Näiteks elab hiir 3,5 aastat, koer - 20 aastat, hobune - 46, elevant - 70. Rubner seletas seda erinevate ainevahetuse kiirustega.
Erinevate imetajate energiakulu kogu elu jooksul on umbes sama - 200 kcal 1 grammi massi kohta. Rubneri sõnul suudab iga liik töödelda ainult teatud kogust energiat - olles selle ammendanud, sureb. Ainevahetuse kiirus ja kogu hapniku tarbimine sõltuvad looma suurusest ja keha pindalast. Mass suureneb proportsionaalselt kuubis võetud keha lineaarsete mõõtmetega ja ruudu pindalaga. Elevant vajab oma kehatemperatuuri säilitamiseks palju vähem energiat kui võrdne arv hiirte massi järgi - kõigi nende hiirte kogu kehapind on märkimisväärselt suurem kui elevandi oma. Seetõttu saab elevant "endale lubada" palju madalamat metabolismi kiirust kui hiir. Hiire suured energiakulu põhjustavad asjaolu, et see ammendab talle eraldatud energiavarud kiiremini,kui elevant ja tema eluiga on palju lühem.
Seega on looma metaboolse kiiruse ja tema eluea vahel pöördvõrdeline seos. Madal kehakaal ja kõrge ainevahetus annavad lühikese eluea. Seda mustrit kutsuti Rubneri pinnaenergia reegliks.
Vaatamata Rubneri avastatud reegli veenvale lihtsusele ei nõustunud paljud teadlased temaga. Nad kahtlesid, kas reegel selgitab kõigi elusorganismide vananemise põhjuseid - sellest on palju erandeid. Näiteks ei järgi inimene seda seadust: tema kogukulutused energiale on väga suured ja tema eluiga on neli korda pikem, kui sellise vahetuse korral peaks olema. Mis on selle põhjus? Põhjus selgus alles hiljuti.
Hapnikuga tuleb käituda ettevaatlikult
On veel üks tegur, mis määrab eluea - see on hapniku osarõhk. Hapniku kontsentratsioon õhus on 20,8 protsenti. Selle arvu vähendamine või suurendamine on võimalik ainult kitsastes piirides, vastasel juhul surevad elusorganismid. On hästi teada, et hapniku puudus on elavatele saatuslik. Kuid vähesed on teadlikud selle ülemäärasuse ohust. Puhas hapnik tapab laboriloomad mõne päeva jooksul ja rõhul 2–5 atmosfääri lühendatakse see aeg tundideks ja minutiteks. Nii et see gaas pole vajalik ainult eluks, see võib olla ka kohutav universaalne mürk, mis tapab kõik elusad asjad. Paljud teadlased usuvad, et Maa atmosfäär oma arengu varasel perioodil ei sisaldanud hapnikku ja just see asjaolu aitas kaasa meie planeedil elu tekkimisele. Ekspertide umbkaudsete hinnangute kohaseltMaa hapnikurikas atmosfäär moodustus umbes 1,4 miljardit aastat tagasi fotosünteesiks võimeliste primitiivsete organismide elutähtsa aktiivsuse tagajärjel. Nad neelasid päikeseenergiat ja süsinikdioksiidi ning eraldasid hapnikku. Nende olemasolu lõi eeldused teist tüüpi elusorganismide - nende, kes tarbivad hingamiseks hapnikku - tekkimiseks. Kuid elusolendid pidid hoolitsema selle aine toksilisuse neutraliseerimise eest.selle aine toksilisuse neutraliseerimiseks.selle aine toksilisuse neutraliseerimiseks.
Hapniku molekul ise ja vesiniku - veega täieliku redutseerimise produkt ei ole mürgised. Hapniku redutseerimine toimub aga nii, et peaaegu kõigis protsessi etappides moodustuvad rakke kahjustavad tooted: superoksiidi anioonradikaal, vesinikperoksiid ja hüdroksüülradikaal. Neid nimetatakse reaktiivseteks hapnikuliikideks. Organismid, mis kasutavad hingamiseks hapnikku, kasutades ensüüme ja valgukatalüsaatoreid, takistavad nende ainete tootmist või vähendavad nende kahjulikku mõju rakkudele.
Ameerika biokeemikud J. McCord ja I. Fridovich avastasid 1969. aastal, et selles kaitses mängib peamist rolli ensüüm superoksiidi dismutaas. See ensüüm muudab superoksiidi anioonradikaalid kahjutumaks vesinikperoksiidiks ja molekulaarseks hapnikuks. Vesinikperoksiidi hävitavad koheselt teised ensüümid - katalaas ja peroksidaasid.
Reaktiivsete hapnikuliikide neutraliseerimismehhanismi avastamine andis teistele teadlastele võtme radiobioloogia, onkoloogia, immunoloogia ja gerontoloogia probleemide mõistmiseks. Inglise teadlane D. Harman esitas vananemise nn vabade radikaalide teooria. Ta arvas, et vanusega seotud muutused rakkudes on tingitud kahjustuste kuhjumisest, mis on põhjustatud vabadest radikaalidest - molekulide fragmentidest, millel on paarimata elektron ja seetõttu suurenenud keemiline aktiivsus. Sellised vabad radikaalid võivad rakkudes moodustuda kiirguse, teatud keemiliste reaktsioonide ja temperatuurimuutuste mõjul. Kuid peamine vabade radikaalide allikas kehas on hapniku molekuli redutseerimine. Seetõttu võime öelda, et vananemine on üldiselt hapniku hävitava ja toksilise mõju tagajärg kehale,mis suureneb vanusega järk-järgult.
Vananemise biokeemia
Kui selgus, et superoksiiddismutaas mängib rakus “vananemisvastase ensüümi” rolli, küsisid teadlased, kas selle ensüümi aktiivsus on vanusega seotud muutuste ja eluea erinevuste peamine põhjus? Oodati, et vanusega väheneb ensüümi aktiivsus ja hapniku hävitav mõju suureneb. Selgus aga, et superoksiidi dismutaasi aktiivsus muutub enamikul juhtudel vanusega väga vähe.
Vanusega seotud muutuste kuhjumine rakkudes sõltub kahe protsessi suhtest: vabade radikaalide moodustumisest ja nende neutraliseerimisest. Vabade radikaalide "tehased" on raku sees väikesed piklikud kehad - mitokondrid, selle energiajaamad. D. Harman nimetas neid struktuure raku molekulaarseks kellaks: mida kiiremini radikaalide tootmine neis toimub, seda kiiremini kella käed keerlevad ja seda vähem aega rakk peab elama. Lühikese elueaga liikides toimivad mitokondrid väga aktiivselt, moodustuvad rohkem radikaale ja rakustruktuuride kahjustused kogunevad kiiremini, mis põhjustab selle enneaegset vananemist. Näiteks toonekärbes toodavad mitokondrid radikaale 24 korda intensiivsemalt kui lehmas. Teadlased viisid eksperimendi läbi:kodulinde hoiti puhta hapniku atmosfääris (see kiirendab märkimisväärselt vananemist) ja jälgiti, mis juhtub mitokondritega. Kaitsesüsteem reaktiivsete hapnikuliikide eest töötab üsna usaldusväärselt, kuid üksikud radikaalid, kellel polnud aega antioksüdantsete ensüümidega suhelda, libisevad sellest pidevalt läbi. Selle probleemi põhjuseks on ilmselt termodünaamika teine seadus, mis välistab energiaprotsesside sajaprotsendilise efektiivsuse. Kui need on rakus moodustunud, kahjustavad radikaalid nii selle sisemisi struktuure kui ka mitokondrite endi membraane, mis suurendab leket. Selle tagajärjel on üha enam reageerivaid hapniku liike ja nad hävitavad raku järk-järgult. See, mida me nimetame vananemiseks, toimub. Kaitsesüsteem reaktiivsete hapnikuliikide eest töötab üsna usaldusväärselt, kuid üksikud radikaalid, kellel polnud aega antioksüdantsete ensüümidega suhelda, libisevad sellest pidevalt läbi. Selle probleemi põhjuseks on ilmselt termodünaamika teine seadus, mis välistab energiaprotsesside sajaprotsendilise efektiivsuse. Kui need on rakus moodustunud, kahjustavad radikaalid nii selle sisemisi struktuure kui ka mitokondrite endi membraane, mis suurendab leket. Selle tagajärjel on üha enam reageerivaid hapniku liike ja nad hävitavad raku järk-järgult. See, mida me nimetame vananemiseks, toimub. Kaitsesüsteem reaktiivsete hapnikuliikide eest töötab üsna usaldusväärselt, kuid üksikud radikaalid, kellel polnud aega antioksüdantsete ensüümidega suhelda, libisevad sellest pidevalt läbi. Selle probleemi põhjuseks on ilmselt termodünaamika teine seadus, mis välistab energiaprotsesside sajaprotsendilise efektiivsuse. Kui need on rakus moodustunud, kahjustavad radikaalid nii selle sisemisi struktuure kui ka mitokondrite endi membraane, mis suurendab leket. Selle tagajärjel on üha enam reageerivaid hapniku liike ja nad hävitavad raku järk-järgult. See, mida me nimetame vananemiseks, toimub.termodünaamika teine seadus, mis välistab energiaprotsesside sajaprotsendilise efektiivsuse. Kui need on rakus moodustunud, kahjustavad radikaalid nii selle sisemisi struktuure kui ka mitokondrite endi membraane, mis suurendab leket. Selle tagajärjel on üha enam reageerivaid hapniku liike ja nad hävitavad raku järk-järgult. See, mida me nimetame vananemiseks, toimub.termodünaamika teine seadus, mis välistab energiaprotsesside sajaprotsendilise efektiivsuse. Kui need on rakus moodustunud, kahjustavad radikaalid nii selle sisemisi struktuure kui ka mitokondrite endi membraane, mis suurendab leket. Selle tagajärjel on üha enam reageerivaid hapniku liike ja nad hävitavad raku järk-järgult. See, mida me nimetame vananemiseks, toimub.
Radikaalide rakku jõudmise kiirus suureneb ka organismi vananedes erinevates imetajate organites. Rakus moodustuvate vabade radikaalide hulk on ilmselt seda suurem, mida suurem on hapniku tarbimise tase või ainevahetuse intensiivsus. Ameerika gerontoloog R. Cutler ja tema kaastöötajad näitasid, et loomade ja inimeste eluiga määratakse superoksiidi dismutaasi aktiivsuse ja ainevahetuse kiiruse suhte järgi. Sai selgeks, miks mõnedes kõrge energiakuluga liikides, sealhulgas inimestes, ei sobi eluiga Rubneri pinna energiareeglitega. Superoksiiddismutaasi kõrge aktiivsuse tase kaitseb intensiivse ainevahetusega inimesi ja loomi enneaegse vananemise eest.
Vastused küsimustele
Uus vananemisteooria võimaldas leida seletuse mõnedele faktidele, mis on gerontoloogidele hästi teada, kuid jäänud arusaamatuks. Näiteks miks elavad madala kalorsusega, kuid tasakaalustatud toitumisega loomad kauem kui loomad, keda toidetakse piisavalt? Vastus oli ilmne - kuna piiratud toitumine vähendab ainevahetuse intensiivsust ja aeglustab vastavalt kahjustuste kogunemist rakkudesse. Samuti on selgunud vanusemäära sõltuvus ümbritseva õhu temperatuurist loomadel, kes ei suuda kehatemperatuuri reguleerida. Kõrge temperatuur hoiab nende ainevahetuse kiiruse kõrgel. Niisiis koorub Drosophila puuviljakärbes vastsest temperatuuril 10 kraadi ja areneb täiskasvanud putukaks, vananeb ja sureb 177 päeva jooksul ning 20 kraadi temperatuuril - 15 päeva jooksul. Vihmaussis, kui tema kehatemperatuur tõuseb 15 kraadilt 30 kraadini, suureneb hapniku tarbimine 2,5 korda. Samal ajal suureneb superoksiidi dismutaasi aktiivsus 28 protsenti, kuid ussi eluiga on endiselt lühendatud.
Naiste pikemat eluiga võrreldes meestega (keskmiselt 10 aasta võrra) seostati madalama ainevahetuse kiirusega inimkonna ilusas pooles. Mägipiirkondade pikaealisuse nähtus on hästi seletatav ka õhukeses õhus elavate inimeste madalama ainevahetuse kiirusega: sealne hapnikusisaldus on väiksem kui tasandikel.
Selgus, et sama inimkeha rakkudel on ka erinevad ajaperioodid: mida rohkem on rakkudes superoksiidi dismutaasi, seda vähem on reaktsioonivõimeliste hapniku liikide poolt rakukahjustuse astet, seda kauem rakud elavad. Seetõttu elavad mõned vererakud näiteks mitu tundi, teised mitu aastat.
Samuti oli võimalik selgitada uudishimulikku nähtust, mille teadlased juba ammu avastasid: muutused kehas loodusliku vananemise ajal on sarnased ioniseeriva kiirguse toimel. Põhjus sai ilmseks: laguneb vesi kiirgusega kokkupuutel reaktiivsete hapnikuliikide moodustumisega, mis hakkavad rakke kahjustama.
Kõik see võimaldas välja töötada strateegia vananemisvastaste ainete otsimiseks. Näiteks oli võimalik laboriloomade elu pikendada poolteist korda, lisades nende dieeti tugevaid antioksüdante. Eriti tõhusad peaksid olema antioksüdandid, näiteks superoksiiddismutaas, mis on ensüümid. Superoksiiddismutaasi sissetoomine loomade kehasse kaitses neid hapniku toksiliste mõjude eest ja pikendas nende eluiga. See annab lootust, et antioksüdante saab kasutada võitluses inimeste vananemise vastu. Võib-olla võtavad vanemad inimesed mõne aja pärast neid heaolu parandamiseks ja vananemisprotsessi aeglustamiseks sarnaselt vitamiinidega.
