Вопрос жизни. Энергия, эволюция и происхождение сложности

Вы спросите: а почему я продолжаю придерживаться усовершенствованной свободнорадикальной теории старения? Есть несколько аргументов. В исходной теории упущено два очень важных фактора: передача сигналов и апоптоз. Сигнальная функция свободных радикалов играет очень важную роль в физиологии клетки, в том числе в апоптозе. Угнетение свободнорадикальных сигналов при помощи антиоксидантов опасно, и (как показал Антонио Энрикес и его коллеги) антиоксиданты могут подавлять синтез АТФ в клеточных культурах. Вероятно, сигнальные функции свободных радикалов позволяют оптимизировать процесс дыхания на уровне отдельных митохондрий за счет увеличения числа дыхательных комплексов и, как следствие, повышения дыхательной производительности. Поскольку митохондрии проводят большую часть времени, то сливаясь друг с другом, то разделяясь, увеличение числа дыхательных комплексов (и числа молекул митохондриальной ДНК) приводит к увеличению числа митохондрий: митохондриальному биогенезу[101]. Таким образом, образование свободных радикалов может увеличивать количество митохондрий и усиливать производство АТФ. Соответственно, подавление свободных радикалов антиоксидантами препятствует митохондриальному биогенезу и приводит к снижению синтеза АТФ, как показал Энрикес (рис. 35). Антиоксиданты могут нарушать выработку энергии в клетке.

С другой стороны, повышение уровня свободных радикалов после достижения предела запускает апоптоз. Так что делают свободные радикалы: оптимизируют процессы дыхания или уничтожают клетки? На самом деле противоречия нет. Повышенное образование свободных радикалов сигнализирует о снижении дыхательной производительности относительно затрат. Если проблему удается решить путем увеличения количества дыхательных комплексов, все заканчивается благополучно. Но если это не помогает, клетка просто кончает с собой, избавляя клеточную популяцию от неисправных генов. Когда на место поврежденной клетки придет исправная (которую произвела стволовая клетка), проблема окажется решена, точнее, устранена.

Эта чрезвычайно важная роль свободнорадикальных сигналов в оптимизации дыхания позволяет объяснить, почему антиоксиданты не продлевают жизнь. Они могут подавлять дыхательные процессы в культуре клеток, поскольку в ней нет защитных систем, которые в норме присутствуют в целом организме. Большие дозы антиоксидантов, например витамина C, плохо усваиваются (часто это вызывает понос). Избыток, который все же попал в кровь, быстро выводится с мочой. Словом, концентрация антиоксидантов в крови держится на постоянном уровне. Это не означает, что вы должны избегать употребления пищи, содержащей антиоксиданты, особенно овощей и фруктов: они необходимы. Для вас может даже оказаться полезным дополнительный прием антиоксидантов, если вы плохо питаетесь или если у вас авитаминоз. Но бессмысленно пичкать себя антиоксидантами, если вы и так нормально питаетесь (принимаете пищу, которая содержит и антиоксиданты, и прооксиданты). Если бы внутренний баланс организма позволил повышение концентрации антиоксидантов в клетке, это вызвало бы нарушения и даже могло бы привести к смерти из-за недостатка энергии. Поэтому организм старается не допустить этого и регулирует уровень антиоксидантов внутри и снаружи клеток.

Рис. 35. Антиоксиданты могут быть опасны.

Показаны результаты эксперимента с цитоплазматическими гибридами клеток (цибридами). В каждом случае набор ядерных генов в клетках почти идентичен (главные различия – в митохондриальных геномах). В эксперименте фигурируют митохондриальные ДНК двух типов: первые принадлежат той же линии мышей, что и ядерные гены (верхняя схема), вторые – родственной линии мышей, у которых митохондриальный геном сильно отличается (средняя схема). Аббревиатура “АФК” обозначает активные формы кислорода. На уровень синтеза АТФ указывает толщина стрелки. Этот показатель одинаков у цибридов и с низким, и с высоким уровнем АФК. При этом цибриды с низким уровнем АФК в процессе синтеза АТФ не испытывают проблем со свободными радикалами (“вспышки” внутри митохондрий) – их формируется мало. А у цибридов с высоким уровнем АФК свободных радикалов образуется более чем в два с лишним раза больше, и у них вдвое больше молекул митохондриальной ДНК. Видимо, образование свободных радикалов активизирует процессы дыхания. Эта интерпретация подтверждается нижней схемой. Антиоксиданты уменьшают количество свободных радикалов, при этом вызывая снижение числа молекул митохондриальных ДНК, и, главное, подавляют синтез АТФ. Таким образом, антиоксиданты нарушают сигнальную функцию свободных радикалов, которая в норме оптимизирует процессы дыхания.