Телефон: 8-800-350-22-65
WhatsApp: 8-800-350-22-65
Telegram: sibac
Прием заявок круглосуточно
График работы офиса: с 9.00 до 18.00 Нск (5.00 - 14.00 Мск)

Статья опубликована в рамках: LI Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия. ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ» (Россия, г. Новосибирск, 10 апреля 2017 г.)

Наука: Медицина

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Патиев И.М. БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СТАРЕНИЯ // Научное сообщество студентов XXI столетия. ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. LI междунар. студ. науч.-практ. конф. № 4(50). URL: https://sibac.info/archive/nature/4(50).pdf (дата обращения: 29.03.2024)
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СТАРЕНИЯ

Патиев Ибрагим Магомедович

студент, кафедра медицинской химии НГМУ,

РФ, г. Новосибирск

Шехирева Татьяна Викторовна

научный руководитель,

канд. биол. наук, старший преподаватель кафедры медицинской химии НГМУ,

РФ, г. Новосибирск

Введение

Старение — процесс постепенного разрушения важных функций, дестабилизация систем организма. Вследствие старения у организма снижается способность к регенерации, регуляции, а также повышается восприимчивость к различным заболеваниям. Старение наблюдается практически у всех живых организмов.

Наука, которая изучает старение человека, называется геронтологией.

На протяжении истории человечества старение вызывает огромный интерес, и вопросы о способах замедления старения до сих пор волнуют человека. В наши дни старение является предметом скрупулезных научных исследований. Данные научные исследования основаны на расширяющихся знаниях о молекулярных и клеточных базисах метаболизма и заболеваний.

Определено, что в основе старения лежит накопление клеточных и молекулярных повреждений. В данной работе мы попытаемся рассмотреть основные биохимические признаки старения. К таким признакам относят: накопление генетических мутаций, укорочение теломер, действие свободных радикалов, нарушение белкового гомеостаза и дисфункция митохондрий.

Накопление генетических мутаций

Данный признак подтверждают заболевания, которые характеризуются преждевременным старением. К таким заболеваниям относят: синдром Вернера и синдром Блума. Они являются следствием повышенного накопления мутаций ДНК.

ДНК все время подвергается опасности как экзогенных, так и эндогенных факторов. К экзогенным факторам относят различные биологические, физические и химические агенты. К эндогенным факторам относят ошибки репликации ДНК, влияние активных форм кислорода. В результате действия данных факторов возникают генетические повреждения, которые включают делеции, дупликации, инверсии, транслокации.

Для того чтобы минимизировать действие повреждающих факторов на геном, живые организмы смогли выработать систему репарации [3, с. 69]

Исследования доказали, что дефектность механизмов репарации ДНК ускоряет старение и лежит в основе заболеваний, которые характеризуются ранним старением.

Генетические повреждения приводят к нарушению процессов транскрипции и трансляции, что в свою очередь приводит к накоплению дефектных белков. Аналогично генетические повреждения приводят к нарушению процесса репликации, что приводит к нарушению деления клеток. В результате клетки не выполняют свои специфические функции, а это приводит к нарушению клеточного и тканевого гомеостаза. Но особенно важно то, как повреждение ДНК влияет на камбиальный клетки. Они утрачивают свою основную функцию, которая заключается в обновлении тканей. Нарушения метаболизма при старении, также можно связать с повреждениями ДНК. Появление дефектных ферментов, которые теряют способность выполнять свои специфические функции, приводит к нарушению обмена веществ.

Укорочение теломер.

В 1961 году Хейфлик и Мурхед провели опыт, в котором они показали, что фибробластическая клетка эмбриона человека способна делиться ограниченное число раз (50-70). Это явление получило название «предел Хейфлика». Чем взрослее становился донор, тем меньше становилось количество делений фибробласта, из чего было сделано заключение о существовании так называемого «счетчика деления».

В 1971 году Алексей Матвеевич Оловников, на основании данных о принципах синтеза ДНК, предложил гипотезу маргинотопии, которая могла бы объяснить механизм работы данного счетчика. При каждом делении клетки ее ДНК укорачиваются, что ограничивает митотический потенциал клеток.

Концевые участки ДНК, которые подвергаются удалению, в последующем были названы теломерами.

Теломер- это продолговатый участок на концах хромосом, который состоит из повторений одной и той же последовательности нуклеотидов.

Во время репликации ДНК часть теломер теряется. Когда вся теломера «заканчивается», клетка гибнет. Считается, что именно укорочение теломер лежит в основе клеточного старения. Теломеры служат как бы таймером, с помощью которого регулируется процесс старения.

Клетки больных с синдромами преждевременного старения имеют укороченные теломеры.

В 1985 году в клетках злокачественных опухолей был открыт фермент, который имел свойство достраивать укороченные теломеры, присоединяя к их концам TTAGGG-последовательность нуклеотидов. В результате восстановления теломеры. Эти клетки приобретают способность «бесконечного деления», которая обеспечивает их бессмертием.

Недостаточность теломеразы у людей связана с такими заболеваниями, как фиброз легких, врожденный дискератоз и апластическая анемия, которые возникают в результате потери регенеративных способностей различных тканей.

Если эпиталоном индуцировать синтез теломеразы в соматических клетках количество их делений увеличивается в несколько раз при отсутствии признаков малигнизации [1, с. 255]

Экспериментальная стимуляция теломеразы способна замедлить старение.

Действие свободных радикалов.

Свободными радикалами называют атомы или молекулы, которые содержат неспаренные электроны. Свободные радикалы образуются в норме при работе дыхательной цепи, которая обеспечивает синтез АТФ. Свободные радикалы, содержащие неспаренный электрон, обладают высокой реакционной способностью и приводят к потери неспаренного электрона или приобретению электрона для завершения пары, так, чтобы в конечном итоге все электроны оказались спаренными. Повреждение происходит, когда свободный радикал взаимодействует со структурами клетки. Часто свободный радикал просто отнимает электрон у соседний молекулы, тем самым превращая ее в свободный радикал. Далее новый свободный радикал проделывает ту же процедуру с новой молекулой, это приводит к цепной реакции. Цепные реакции могут приводить к образованию поперечных сшивок между молекулами. Поперечные сшивки приводят к различным дефектам. Так, сшивки между белками и липидами приводят к образованию морщин.

Действие свободных радикалов объясняют некоторые возрастные заболевания. Так, окисление липопротеидов низкой плотности приводит к образованию бляшек в стенках сосудов и атеросклерозу.

Антиоксиданты способствуют снижению и предотвращению повреждений, наносимых свободными радикалами. Антиоксиданты способны отдавать электроны без образования свободных радикалов.

Нарушение белкового гомеостаза.

Эндогенные и экзогенные факторы могут вызвать нарушения структурной конформации белков. Несвернутые  белки обычно подвергнутся рефолдингу белками теплового шока или служат мишенью деструкции убиквитин-лизосомальных путей. Лизосомальные пути включают узнавание несвернутых белков шапероном Hsc70 и их последующий перенос в лизосомы или разрушение поврежденных белков в аутофагосомах, далее соединяющихся с лизосомами.

При старении снижается активность двух основных протеолитических систем, вовлечённых в контроль качества белков — лизосомальной системы, осуществляющей аутофагию, и убиквитин-протеасомной системы.

Неспособность рефолдинга или деградации несвернутых белков может привести к их накоплению и агрегации, приводящей к протеотоксическим эффектам.

Существуют впечатляющие примеры генетических манипуляций, которые улучшают белковый гомеостаз и замедляют старение.

Дисфункция митохондрий.

При старении клеток эффективность дыхательной цепи снижается, и в результате увеличивается утечка электронов, снижается синтез АТФ. Снижение эффективности дыхательной цепи обусловлено снижением активности ферментов, обеспечивающих перенос электронов. Вследствие этих процессов увеличивается продукция активных форм кислорода, а также увеличивается прогрессивное пероксидное окисление липидов и белков мембран.

Также дисфункция митохондрий связана с накоплением мутаций в митохондриальной ДНК (мтДНК). Мутации в ДНК митохондрий могут вызывать передаваемые по материнской линии наследственные заболевания. Также мутации митохондриальной ДНК накапливаются в процесс старения и развития возрастных патологий. В значительной степени это обусловлено неэффективностью систем репарации мтДНК. Накопление делеционных мтДНК постепенно снижает энергетическое обеспечение клеток, что повлечёт за собой нарушение их нормальной функции.

Выводы

Признаки старения могут быть различными. В большинстве случаев они представлены нарушениями в генетическом аппарате. Определение данных признаков может помочь построить основные принципы будущих исследований молекулярных механизмов старения и создать терапевтические методики, которые позволят увеличить продолжительность жизни человека.

 

Список литературы:

  1. Анисимов В.Н. Молекулярные и физиологические механизмы старения СПб.: Наука, 2012. — 468 с.
  2. Биохимия: Учебник / Под ред. Е.С.Северина. – 5-е изд., испр. – М. Гэотар-Медиа, 2008. – 784 с.
  3. Канунго А.Н. Биохимия старения, 296 с, изд. Мир 2005
  4. Щербак И.Г. Биологическая химия: учебник для медицинских вузов,  С-Пб, издательство СПбГМУ, 2005.
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом
CAPTCHA
Этот вопрос задается для того, чтобы выяснить, являетесь ли Вы человеком или представляете из себя автоматическую спам-рассылку.