НАДЕЖНОСТЬ БИОМОЛЕКУЛЯРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ СТАРЕНИЯ
Кольтовер В. К.
Институт проблем химической физики РАН, Черноголовка, Московская область
Цель работы - объяснить,
почему процессы старения одно- и многоклеточных организмов, несмотря
на феноменологическое разнообразие, подчиняются простым универсальным
количественным закономерностям, таким как гомертцовская кинетика
смертности и обратная пропорциональность между видовой продолжительностью
жизни и интенсивностью метаболизма. Задача решается на основе
концепции ограниченной надежности биомолекулярных конструкций
(Кольтовер, Кутлахмедов, 1977; Koltover, 1997). В соответствии
с теломерной гипотезой старения (Оловников, 1971; Bodnar et al.,
1998), постулируется, что нормальные соматические клетки теряют
способность к делению, как только длина теломерного конца любой
из хромосом укорачивается до критического, порогового значения
(M). Начальные значения длин теломерных повторов (TTAGGG)n
подчиняются экспоненциальному распределению, усеченному на интервале
[0, M]). Нормальные элементарные акты митохондриального
электронного транспорта чередуются со случайными сбоями дыхательных
ферментов. При этих сбоях возникают анион-радикалы кислорода (O2-),
химически активные продукты которых инициируют клеточные повреждения
и, как следствие, - необходимость пополнения пула функционально
компетентных клеток. Соответственно, скорость, с которой "обрезаются"
теломеры (w), пропорциональна скорости деления клеток, которая,
в свою очередь, прямо коррелирует с интенсивностью окислительного
метаболизма. Теория предсказывает гомпертцовский характер кинетики
снижения репликативной способности клеток со временем и, соответственно,
экспоненциальный рост смертности, а также дает следующую формулу
для максимального репликативного потенциала клеток: T = M/w
MC/(qVu+D), где C - теломеразная активность, V
- интенсивность дыхания, q - вероятность сбоя электронного
транспорта с образованием O2-, u - вероятность
реализации свободнорадикальных повреждений в функциональных нарушениях,
D - коэффициент, учитывающий роль повреждающих факторов,
отличных от O2-. Таким образом, репликативный потенциал клеток
и видовая продолжительность жизни определяются генетически заданными
количественными параметрами: длиной теломерных концов хромосом,
надежностью ферментов митохондриального электронного транспорта
и надежностью репарационных ферментов, в том числе, - активностью
антиоксидантных ферментов и теломераз.