Жизнь без старости
Шрифт:
ме того, эти червячки быстро развивались, быстро размножались и быстро старели: вся жизнь их укладывалась в 20 дней.
Благодаря этим важным для исследователей свойствам червячки стремительно покорили мир экспериментальной биологии, в том числе и в области изучения старения. Вскоре было обнаружено, что повреждение гена аде-1 у этих нематод приводило к резкому (почти в два раза!) увеличению продолжительности жизни. При этом никаких серьезных побочных эффектов, вроде неспособности к размножению или пониженной сопротивляемости организма, не наблюдалось. Даже наоборот, червячки-мутанты были активнее, подвижнее и жизнеспособнее своих диких сородичей.
То есть получается, что аде-1 — в чистом виде «ген старения»,
«Ну и в чем же проблема? — спросите вы. — Отчего бы не жить всю жизнь в состоянии повышенной мобилизации, если такая жизнь получается длиннее и насыщеннее?» В случае чер-вячков-мутантов оказалось, что дело в перерасходе энергии. При полном изобилии пищи и дикие, и мутантные червячки росли одинаково хорошо, но в условиях чередования голода и сытости дикие червячки размножались и выживали лучше, вытесняя мутантов из совместной культуры. Судя по всему, «форсированный режим» слишком энергозатратен и в дикой природе в условиях жесткой конкуренции себя не оправдывает.
Но черви-нематоды при всех своих чудесных свойствах мало похожи на людей. Как обстоят дела с генами старения у наших более близких родственников? Оказалось, что «гены старения» можно найти и у млекопитающих. В конце прошлого века ученые
заметили, что так называемые карликовые мыши — декоративная порода миниатюрных мышек, выведенных когда-то в Японии (по одной из версий — для того, чтобы кормить в неволе мелких змей), — живут заметно дольше своих сородичей обычного размера. Выяснилось, что причина долголетия карликовых мышей заключается в дефектах генов, отвечающих за выработку гормона роста. Однако, в отличие от шустрых червячков, мутантные мыши расплачивались за свое долголетие размерами тела и способностью к размножению.
Программа старения человека, если она
СУЩЕСТВУЕТ, МОГЛИ БЫ БЫТЬ ЗАКОДИРОВАНА В НЕСКОЛЬКИХ ГЕНАХ, КАЖДЫЙ ИЗ КОТОРЫХ, ПОМИМО ПОДЛОГО «САБОТАЖА»
С ЦЕЛЬЮ РАЗРУШЕНИЯ НАШЕГО ОРГАНИЗМА, НУЖЕН ЕЩЕ ДЛЯ КАКОЙ-ТО ЖИЗНЕННО ВАЖНОЙ ФУНКЦИИ.
Если говорить о человеке, то, к сожалению, вероятность наличия у нас таких единичных «генов старения» крайне мала. Если бы они существовали, то время от времени (примерно один раз на 5 миллионов человек) в них происходили бы случайные мутации, и тогда мы должны были бы наблюдать экстремальных долгожителей. Однако ничего подобного пока не наблюдалось, и распределение людей по продолжительности жизни достаточно ровное. Это означает, что программа старения — если она существует — закодирована в нескольких генах, каждый из которых, помимо подлого «саботажа» с целью разрушения нашего организма, нужен еще для какой-то жизненно важной функции.
Есть легенда, что французские роялисты, придя к власти на смену Наполеону, так неудачно сослали его на остров Эльбу, что решили не повторять своей ошибки и, вторично пленив своего самого страшного врага, не только отправили бывшего императора куда подальше — на остров Святой Елены, но еще и приказали тамошнему секретному агенту добавлять в пищу Наполеону немного мышьяка, чем постепенно свели его в могилу.
Если старение есть медленное самоубийство, то и в этом случае организм мог бы использовать какой-нибудь подходящий яд. Говорят, что смерть от употребления лекарств вышла на третье место (после сердечно-сосудистых заболеваний и рака) среди причин гибели людей в наступившем новом тысячелетии. Однако ясно, что люди начали стареть гораздо раньше, чем изобрели первое лекарство. Результаты остеопороза, типичного
Ясно, что мы стареем не из-за мышьяка, который неудобен уже тем, что организм сам его не производит. В то же время есть ядовитые соединения, образуемые в ходе нормального обмена веществ в организме. Это так называемые активные формы кислорода (АФК), которые возникают в клетках нашего тела в процессе дыхания.
Дыхание для человека — синоним жизни. Пока я дышу, пока мое сердце бьется — я жив. Дыхание столь естественно для нас, что люди обычно не замечают его и не задумываются о том, как оно происходит и что за ним стоит. К счастью, этот пробел в общечеловеческой любознательности активно заполняют ученые всех мастей, от медиков до химиков и физиков. Попробуем взглянуть на дыхание глазами биолога.
Для современного биолога дыхание — не только и не столько «вдох-выдох, нос сопит, стекла запотели». Для биолога дыхание — это сложный биохимический процесс получения необходимой нашему телу энергии путем реакций различных питательных веществ с кислородом. Дыхание, по сути, — это то же самое, что горение, то есть реакция окисления веществ кислородом воздуха. Только происходит оно гораздо более медленно, постепенно и под жестким контролем организма.
Наши дыхательные пути и легкие решают проблему доставки кислорода из воздуха в кровь и высвобождения из крови углекислого газа. Наш желудочно-кишечный тракт обеспечивает поступление в кровь питательных веществ из пищи. Кровь доставляет кислород и питательные вещества ко всем клеткам нашего тела. Внутри практически каждой клетки есть специальные сложные структуры — органеллы, названные митохондриями, которые отвечают за главный этап дыхания — за «сжигание» питательных веществ кислородом и получение необходимой для жизни клетки энергии. Тут и начинается самое интересное.
Митохондрии — это вытянутые пузырьки внутри клетки, отделенные от остального ее содержимого двумя тонкими мембранами, состоящими из липидов и гидрофобных белков — жирных, нерастворимых в воде молекул (рис. 5). Эти мембраны — самое главное в процессе дыхания. Мембраны похожи на тонкие масляные пленки; они непроницаемы для большинства
водорастворимых молекул и ионов. Мембраны играют важнейшую роль в жизни клетки, надежно отделяя клетку от окружающей среды, а клеточные органеллы — от прочего внутриклеточного содержимого (цитоплазмы).
Внешняя мембрана митохондрий — гладкая, а внутренняя многократно складчата. В качестве аналогии можно представить еще не надутый воздушный шар, который смяли и засунули внутрь маленького воздушного шарика, а затем начали надувать. Маленький шарик снаружи будет круглый и гладкий, а большой шар внутри будет сморщенный и весь в складках.
Такое странное устройство мембран необходимо митохондриям, чтобы увеличить площадь внутренней мембраны. Ведь именно в этой мембране, прочно засев в ее жирной толще, находятся белки-ферменты, осуществляющие дыхание, т.е. окисление питательных веществ кислородом.
Дыхательные ферменты работают подобно миниатюрным насосам: сжигая «топливо», они перекачивают с одной стороны мембраны на другую электроны, а в обратную сторону — ионы водорода. Электроны несут отрицательный заряд, а ионы водорода — положительный. В результате работы дыхательных ферментов внутренняя мембрана митохондрии заряжается как конденсатор: внутри митохондрии получается минус, а снаружи — плюс. Жирная мембрана является хорошим электрическим изолятором и надежно держит высокое напряжение. Без этого митохондриям не обойтись — ведь напряженность электрического поля на внутренней мембране превышает 200 киловольт на сантиметр!