Жизнь без старости

Мягкое разобщение служит, по-видимому, одним из механизмов, снижающих продукцию АФК комплексами I и III. Как было показано в нашей лаборатории А. А. Старковым и соавторами, генерация перекиси водорода изолированными митохондриями сердца, окисляющими сукцинат, очень сильно зависит от величины разности электрических потенциалов (Δψ) на митохондриальной мембране. В тех же опытах было установлено, что ингибитор комплекса I ротенон тормозит образование Н₂О₂ на 80 %, ингибитор комплекса III миксотиазол — на 15 %, а разобщитель-протонофор — на 95 %. Эти результаты позволили заключить, что 80 % Н₂О₂ образуется путем энергозависимого обратного переноса электронов комплексом I от сукцината (редокс-потенциал пары фумарат / сукцинат +0,03 В) к О₂ (редокс-потенциал пары О₂/ O₂·^- -0,3 В). Еще 15 % от общего количества перекиси водорода возникает в Q-цикле при реакции семихинонной формы убихинона (CoQ·^-) с О₂ в условиях дыхательного контроля, когда высокая Δψ блокирует перенос электронов от гема Ьь к гему Ьн и тем самым предотвращает окисление CoQ·^- посредством гема Ьь. Как тот, так и другой механизмы выключались, если несколько снижалась разобщителем, ингибитором сукцинатдегидрогеназы малонатом или включением процесса окислительного фосфорилирования добавкой АДФ. Есть основания полагать, что такого рода снижение Δψ in vivo может быть вызвано небольшим («мягким») разобщением дыхания и фосфорилирования жирными кислотами. Такое разобщение может опосредоваться АТР/АДФ- антипортером, аспартат/глутамат-антипортером а также некоторыми другими митохондриальными переносчиками анионов, транспортирующими не только анионы своих специфических субстратов (нуклеотидов, аминокислот и т. д.), но также и анионы жирных кислот.

Инактивация аконитазы супероксидом может быть следующей линией обороны митохондрий от АФК. Показано, что супероксид вызывает окисление одного из четырех ионов негемового железа, имеющихся в аконитазе — ферменте, катализирующем одну из первых реакций цикла Кребса. Такое окисление ведет к потере этого иона и обратимо инактивирует фермент. Неактивная аконитаза реактивируется, связывая ион Fe²+. Выключение аконитазы супероксидом блокирует цикл Кребса в самом его начале. Поскольку именно цикл Кребса служит главным поставщиком электронов при дыхании, его блокада опустошает дыхательную цепь. Все ее электронные переносчики переходят в окисленную форму и уже не могут восстанавливать О₂ ни до Н₂О, ни до O2·־. В итоге тормозится генерация O2‘־, первичного предшественника митохондриальных АФК. Торможение аконитазы имеет еще одно следствие: в клетке накапливается цитрат — субстрат этого фермента. Цитрат — трехзарядный анион, образующий комплексы с Fe²+ и Fe³+. Комплекс цитратЗ — Fe²+ способен к самоокислению посредством О₂, превращаясь в еще более прочный комплекс цитратЗ — Fe³+. Поэтому в аэробных условиях накопление цитрата должно способствовать уменьшению концентрации ионов Fe²+, которые служат наилучшим донором электронов для восстановления иона пероксида (О₂^2-), завершающегося образованием радикала ОН· — наиболее опасной формы АФК (см. выше, рис. П4.1־). Таким образом, выключив аконитазу, митохондрия достигает, во־первых, уменьшения образования O2^־ и, стало быть, всех АФК, служащих производными супероксида, и, во-вторых, торможения генерации ОН·.

Приложение 5. Предел Хейфлика, старение и теломеры

Одним из признаков старения, играющим важную роль в падении работоспособности многих органов, является снижение клеточности, т. е. уменьшение с возрастом количества функционально активных, «профильных» клеток органа. Основной гипотезой, объясняющей этот феномен, является ограниченность пролиферативного потенциала дифференцированных клеток, или «предел Хейфлика», названый так в честь Леонарда Хейфлика, элегантно и однозначно показавшего в 1961 г на человеческих фибробластах, что число делений клеток в культурах ограниченно и не превышает (для фибробластов) примерно 50 [126] (см. список литературы к приложению 5).

Природа «предела Хейфлика» оставалась загадкой до 1971 года, когда А.М. Оловников выдвинул теорию маргинотомии, согласно которой причиной остановки клеточного деления и старения в целом является следствием недорепликации последовательностей ДНК на концевых участках линейных хромосом [244]. Еще в конце 1930х годов Б. МкКлинток [220] и Г. Мёллером [[230] было отмечено, что эти концевые участки, названные теломерами (от греческого τέλος — «конец» и μέρος — «часть»), играют важную роль в стабилизации хромосом. Дальнейшие исследования подтвердили, что длина теломер является важнейшим параметром, влияющим на жизнь и смерть клетки.

Теломеры.