Биохимия старения

Канунго М. С.

Как функции возраста были измерены кинетические параметры только небольшого числа ферментов на неполностью очищенных препаратах. Это ацетилхолинэстераза [81] и пируваткиназа [22] мозга; миозиновая АТРаза [51, 105] и альдолаза скелетных мышц [38]; пероксид-дисмутаза [93], цитоплазматическая аланинаминотрансфераза [87] и альдолаза [39] печени млекопитающих.

В табл. 3.5 приведены различные кинетические параметры ферментов, выделенных из органов молодых и старых крыс. В целом видно, что существенной разницы в К_м, K_i, молекулярной массе и электрофоретической подвижности нет. Однако удельная активность альдолазы [39] и пероксид-дисмутазы [93] старых крыс составляет только 30–70 % активности этих ферментов у крыс среднего возраста. Ферменты старых крыс, кроме того, более термолабильны.

Эти различия были объяснены посттрансляционными модификациями [37].

Таблица 3.5. Сравнение кинетических свойств очищенных ферментов, полученных в молодом и старом возрасте

Поскольку были изучены молекулярные свойства только нескольких ферментов, определенных заключений сделать пока нельзя. Однако данные по тем ферментам, кинетические параметры которых известны, показывают, что в организмах молодых и старых животных синтезируются одни и те же молекулы. Следовательно, гены, ответственные за их синтез в разных возрастах, по-видимому, одни и те же. Небольшие различия, наблюдаемые в случаях аланинаминотрансферазы молодых и старых крыс, могут быть связаны со сменой форм изофермента, как это показано Патнайком и Канунго [87]. Различия в удельной активности и термолабильности пероксид-дисмутазы и альдолазы были отнесены к посттрансляционным модификациям [37] (гл. 9).

Была выдвинута и альтернативная точка зрения, заключающаяся в том, что старение происходит в результате прогрессивного нарастания с течением времени числа ошибок в молекулах белка. Эта точка зрения основана на том, что с возрастом постепенно увеличивается неактивная фракция молекул фермента [47, 48, 84] (гл. 9). С ней трудно согласовать понижение в старости удельной активности пероксид-дисмутазы, с одной стороны, и повышение удельной активности миозиновой АТРазы — с другой. В последнем случае К_м и V_max в старости повышаются, что может происходить благодаря конформационным изменениям, индуцированным эффектором. Ряд авторов считает [44, 93], что некоторые изменения кинетических параметров пероксид-дисмутазы и фосфоглицераткиназы нельзя объяснить ошибками в синтезе; скорее всего, они возникают из-за посттрансляционных модификаций — таких, как фосфорилирование, метилирование, ацетилирование и т. д. Было бы интересно выяснить, каким образом в старости происходят такие посттрансляционные модификации (детальное обсуждение этого вопроса приведено в гл. 9).

Резюме

Как функции возраста животных были изучены различные аспекты функционирования ферментов — их активность, формы изоферментов, индукция, кинетические параметры. Активность некоторых ферментов, выраженная в Ед.·мг^{– 1} белка и в Ед.·мг^{– 1} ДНК, в старости понижается, в то время как других — повышается. Для некоторых ферментов никаких изменений не обнаруживается. Не выявлено никаких специфических закономерностей в изменениях ферментов отдельных классов, одного и того же органа или клеточной органеллы. Поскольку каждый метаболический путь включает в себя ферменты, относящиеся к различным классам, особую ценность имеют исследования всех ферментов данного пути в одинаковых условиях.

Изучение изменения набора изоферментов дало полезную информацию о типах изменений, которые происходят на уровне генома и ответственны не только за смену изоферментов, но также и за активность ферментов. Смена изоферментов может нарушить точный и тонкий контроль метаболических путей из-за различий изоферментов в сродстве к субстратам и эффекторам. Это может вызывать значительные изменения в активности метаболических процессов и приводить к функциональным изменениям всего организма. Сдвиг к Н₄–

ЛДГ в мозгу, сердце и скелетных мышцах крысы в старости может сделать эти ткани более аэробными. Сдвиг к цААТ-В в печени крысы в старости таким же образом может вызвать изменение в метаболизме аминокислот. Повышение относительного содержания некоторых изоферментов свидетельствует о повышении активности соответствующих генов. Такие изменения в функции гена в старости могут быть вызваны появлением или исчезновением в этом возрасте ряда факторов или эффекторов.

Изучение индукции ферментов, особенно стероидными гормонами, показывает, что в целом в старости степень индукции снижается. В некоторых случаях удается повернуть вспять это понижение путем введения необходимого количества гормонов. Вероятно, снижение индукции ацетилхолинэстеразы эстрадиолом в старости происходит благодаря уменьшению уровня эстрадиолспецифического рецептора. В некоторых тканях, таких, как печень, возможно восстановление индукции путем стимулирования регенерации ткани. Исследования в этой области показывают, что изменения в старости активности ферментов и форм их изоферментов обратимы, и, по-видимому, возможно их возвращение к уровням, свойственным среднему возрасту.

При изучении кинетических и молекулярных свойств нескольких ферментов было обнаружено, что ряд свойств: К_м, K_i, молекулярная масса и электрофоретическая подвижность — у старых и молодых животных одинаковы. Однако удельная активность нескольких изученных к настоящему моменту ферментов в старости снижается, а их термочувствительность возрастает. Это может объясняться посттрансляционными модификациями. Следовательно, за синтез фермента на протяжении всей жизни отвечает один и тот же ген. Эти исследования, а также изучение изоферментов и индукции свидетельствуют в пользу той точки зрения, согласно которой изменения в содержании ферментов, наблюдаемые в старости, происходят благодаря регуляции активности соответствующих генов, которые, по-видимому, стимулируются факторами, появляющимися или исчезающими по окончании репродуктивного периода. Подобные изменения могут вызывать вырождение функций или понижение способности организма адаптироваться к эндогенным и экзогенным факторам.

Литература

_{1. Adelman R. C. J. biol. Chem., 245, 1032–1035 (1970).}

_{2. Adelman R. C. Nature, 228, 1095–1096 (1970).}

_{3. Adelman R. C. Expl. Gerontol., 6, 75–87 (1971).}

_{4. Adelman R. C. Adv. Gerontol. Res., 4, 1-23 (1972).}

_{5. Adelman R. C. In: Enzyme Induction (D. V. Parke, Ed.), 303–311, Plenum Press, New York (1975).}

_{6. Baker G. T., III. Expl. Gerontol., 10, 231–237 (1975).}

_{7. Barrows C. H., Roeder L. M. J. Gerontol., 16, 321–325 (1961).}

_{8. Barrows C. H., Falzone J. A., Shock N. W. J. Gerontol., 15, 130–133 (1960).}

_{9. Barrows C. H., Roeder L. M., Falzone J. A. J. Gerontol., 17, 144–147 (1962).}

_{10. Beauchene R. W., Fanestil D. D., Barrows C. H. J. Gerontol, 20, 306–310 (1965).}

_{11. Beauchene R. W., Roeder L. M., Barrows C. H. J. Gerontol., 22, 318 (1967).}

_{12. Beckendorf G. W., Stephen W. P. Biochim. Biophys. Acta, 201, 101–108 (1970).}

_{13. Beezeley A. E., McCarthy J. L., Sohal R. S. Expl. Gerontol., 9, 71–74 (1974).}

_{14. Bolla R., Brot N. Arch. Biochem. Biophys., 169, 227–236 (1975).}

_{15. Brun A., Hultberg B. Mech. Age. Dev., 4, 201–213 (1975).}