Преодоление старости

Клетки разных тканей одного организма отличаются набором ферментов и других белков. Например, только в эритроцитах образуется гемоглобин, только в клетках гипофиза синтезируются белки гормонов роста и т. п. Но все эти разные клетки произошли от одной оплодотворенной яйцеклетки – в результате множества делений, следующих одно за другим. Следовательно, во всех клетках имеется одинаковый набор молекул ДНК и закодированы все «инструкции»: как развиваться плоду, как вырасти взрослому, как должен действовать каждый вид клеток в процессе жизни человека. Однако в каждой клетке реализуется только часть генетической информации. Специализация клетки определяется теми генами, с которых информация была прочтена и реализована в виде белков. Кроме того, даже специфичные для данной клетки белки не образуются в ней все одновременно. В разное время в зависимости от нужд клетки в ней синтезируются разные белки. Например, для деления клетки нужны одни белки, для захвата пищи – другие, для переваривания ее – третьи и т. д. «Неработающие» гены блокируются. Они «включаются» по сигналам, идущим от «рабочих» элементов (см. стрелку «запрос на синтез» на рис. 1).

^{Рис. 1. Схема клетки}

«Главная» деятельность клетки, служащая нуждам целого организма, осуществляется ее «специфическими» рабочими элементами. Объем или количество функции, например, сила сокращения мышечного волокна, определяется тремя факторами: интенсивностью внешнего раздражителя, массой «наработанного» ранее фермента и наличием энергии, поставляемой «обеспечивающими» структурами (см. рис. 1). «Обеспечивающие» элементы работают под воздействием «специфических»: производят по их запросам энергию в виде активных фосфорсодержащих молекул АТФ из глюкозы, аминокислот и жирных кислот, получаемых из крови.

Биохимики установили интересный факт: все живые белки закономерно распадаются на простые молекулы с постоянной скоростью. Величина ее определяется как «период полураспада». Для белка сердечной мышцы он равен примерно 30 дням. Это значит, что из 200 граммов белка через 30 дней останется только 100, еще через 30 дней – 50 и так далее, если за это время не синтезируются новые молекулы.

Новый белок «нарабатывается» в рибосомах по моделям, снятым с гена в ответ на запросы «рабочих» элементов. Чем напряженнее работает каждая молекула белка-фермента и чем больше этих молекул, то есть чем больше масса белка в «рабочем» элементе, тем выше запрос, тем больше синтезируется новых молекул белка. Так осуществляется баланс белка: одни молекулы распадаются в количествах тем больших, чем больше масса, а на их место синтезируются другие – в количествах, зависящих от интенсивности функции и от уже имеющейся массы.

Важно понять два типа процессов, протекающих в клетке, а соответственно и в организме, который состоит, как известно, из множества клеток. Первый – тренировка. Если внешний раздражитель сильный, он заставляет функционировать все молекулы «рабочих» элементов с максимальным напряжением, от них идет максимальный «запрос на синтез», и рибосомы так же максимально синтезируют новый белок, используя информацию ДНК. «Старый» белок при этом продолжает распадаться с постоянной скоростью. В результате при большой нагрузке синтез обгоняет распад, и масса белка возрастает (гипертрофия). Соответственно возрастает и мощность функции. Самый простой пример – тренировка тяжелоатлета: чем больше нагрузка, тем больше возрастает мышечная масса и соответственно увеличивается поднимаемый им вес.

Второй процесс – детренированность. Предположим, внешний раздражитель резко ослабляется, соответственно падает функция и уменьшается «запрос на синтез» новых молекул. В то же время наработанная ранее при большой функции масса белка продолжает распадаться с прежней скоростью. Распад обгоняет синтез, суммарная масса белка уменьшается (атрофия), и соответственно уменьшается возможность функции. Тяжелоатлет бросил тренироваться, мышцы у него растаяли, и он уже не может поднять даже половину того веса, который раньше поднимал легко.

Эти механизмы тренировки и детренированности белковых рабочих структур универсальны для всех клеток: мышечных, нервных или железистых – и для всех их функций. В частности, именно детренированность определяет развитие многих болезней, поскольку орган не в состоянии справиться с возросшей нагрузкой.

Клетка живет по своим программам, заданным в ее генах. Она очень напоминает современный большой завод, управляемый хорошим компьютером с гибкими программами, обеспечивающими выполнение плана при всех трудностях. Если условия среды становятся для клетки неблагоприятными, то функции ее постепенно ослабляются, и, наконец, замирает сама ее жизнь.

Чем, в конце концов, определяется функция клеток, органов, организма? Генами и тренировкой. Наиболее устойчивые и значительные изменения характеристик происходят в период роста и формирования органов, преходящие – при изменении функции в зрелом возрасте.