Против часовой стрелки. Что такое старение и как с ним бороться

4. Кислород. Это куда более опасный источник свободных радикалов, чем радиация, – хотя бы потому, что мы постоянно с ним контактируем. Время от времени его молекулы превращаются в активные формы кислорода, самая известная из которых – перекись водорода. Подобно прочим свободным радикалам, активные формы кислорода разрывают связи в крупных молекулах – белках, липидах и ДНК. Молекулы-жертвы теряют электрон и сами превращаются в радикалы – происходит цепная реакция.

Этот процесс называют окислительным стрессом, потому что активные формы кислорода работают как химический окислитель, отбирая электроны у других молекул. О последствиях окислительного стресса мы еще будем говорить в следующих главах, но, забегая вперед, скажу, что он для клетки куда важнее и страшнее, чем любые другие виды стресса.

Сильнее всего достается митохондриям – органеллам, которые отвечают за клеточное дыхание и производство энергии. Именно они поглощают кислород и становятся рассадником свободных радикалов и очагом внутриклеточного бунта. Митохондрии – бывшие бактерии, которые когда-то давно поселились внутри клетки, которая стала нашим общим предком. На память о самостоятельной жизни они сохранили небольшое число собственных генов – митохондриальную ДНК. Она страдает от окислительного стресса гораздо сильнее[149], чем ДНК в клеточном ядре. Активные формы кислорода образуются прямо у нее под боком, а она от них ничем не отгорожена – у нее нет ни собственной оболочки, ни защитных белков, которые могли бы принять на себя удар.

К тому же митохондриальная ДНК содержит далеко не все гены, необходимые ей для полноценной жизни. Большинство из них давно мигрировали в клеточное ядро. Поэтому многие белки митохондрия не может создать себе сама – например, белки системы репарации. Их приходится заимствовать у клетки, и часто их все равно не хватает. Тогда в митохондриальной ДНК накапливаются мутации, органелла начинает производить дефектные белки, клеточное дыхание перестает быть эффективным, энергии становится меньше, а активных форм кислорода больше – и число мутаций продолжает расти.

Сильнее всего от этого страдают ткани с высокими энергетическими запросами: мышечная и нервная. Поэтому мутации в митохондриальной ДНК некоторые ученые называют причиной многих возрастных синдромов, например саркопении[150] (атрофии мышечной ткани) или болезни Альцгеймера[151].

Есть и обратный эффект: для того чтобы исправлять мутации в митохондриях, необходимы запасные "буквы"– нуклеотиды. Когда мутаций много, начинается отток[152] нуклеотидов из ядра, и белкам репарации, которые собрались чинить ядерные мутации, не хватает подручного материала. Таким образом, поломки в митохондриях влекут за собой поломки и в "основной" ДНК клетки.

5. Ошибки копирования. При делении клетки ДНК необходимо скопировать, чтобы каждый потомок получил полный набор информации. Для этого специальный белковый комплекс – ДНК-полимераза – разъединяет две цепи ДНК и к каждой из них достраивает комплементарную цепь нуклеотидов.

Однако эта белковая машина время от времени ошибается, как и любая живая система. Чтобы скопировать всю ДНК в клетке, ей приходится несколько миллиардов раз провести одну и ту же химическую реакцию: подобрать подходящий нуклеотид и присоединить его к строящейся цепи. Полимераза подхватывает "правильный" нуклеотид с более высокой вероятностью, чем "неправильный", потому что тот лучше укладывается в форму спирали ДНК. Но, даже если один раз на миллион[153] белок проведет реакцию с неподходящим нуклеотидом, в клетке появится несколько тысяч новых мутаций.

К счастью, полимеразы умеют вовремя останавливаться и исправлять ошибки: вырезать неверный нуклеотид и проводить реакцию заново. Но и этот механизм иногда дает сбой, и неподходящий нуклеотид остается на месте. Тогда за дело берутся белки репарации, которые тоже время от времени ошибаются – в этом случае ошибка закрепляется в ДНК. В среднем за один раунд деления клетка приобретает около пяти[154] новых мутаций.

Мутации в ДНК, как и пятна на обоях, возникают неизбежно. Как бы аккуратно люди ни относились к вещам, рано или поздно кто-нибудь споткнется, прольет что-нибудь на стену или брызнет клюквенным соком. Виноватым может оказаться кто угодно. С ДНК происходит то же самое – с течением времени она так или иначе сталкивается с тем или иным мутагеном. Даже когда ткани защищены от канцерогенов или радиации – например, в материнской утробе, – ДНК в клетках продолжает ломаться. К моменту рождения, как мы уже обсуждали, каждый нейрон человека несет около тысячи мутаций. Это дело рук других мутагенов: окислительного стресса – ведь нервная система активно снабжается кровью, которая приносит с собой кислород, – и ошибок копирования, поскольку клетки зародыша постоянно размножаются.

Беспорядок в хромосомах