CC BY
1БИОХИМИЯ СТАРЕНИЯ: МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ И ИХ ВЛИЯНИЕ
НА ЗДОРОВЬЕ Фалынскова Н.П.1, Сибилев А.Ю.2
'Фалынскова Наталья Петровна - доцент;
2Сибилев Артём Юрьевич - студент, ФГБОУ ВО «ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»,
п. Персиановский
Аннотация: были рассмотрены молекулярные механизмы старения и их влияние на здоровье человека, включая оксидативный стресс, сокращение длины теломер, нарушение строения митохондрий и хроническое воспаление. Подчеркивается важность понимания этих механизмов для разработки стратегий по замедлению старения и улучшению качества жизни в пожилом возрасте. Обсуждаются перспективные подходы, такие как применение антиоксидантов и изменение образа жизни. Ключевые слова: старение, оксидативный стресс, теломеры, митохондрии, баланс белкового состава, хроническое воспаление, эпигенетика, возрастные заболевания, здоровье, антиоксиданты, внутриклеточная регенерация.
Старение — это сложный биологический процесс, характеризующийся прогрессирующим снижением функциональных возможностей организма с течением времени, что приводит к повышенной восприимчивости к различным заболеваниям и, в конечном итоге, к смерти. На молекулярном уровне старение обусловлено целым рядом взаимодействующих биохимических механизмов, которые в совокупности приводят к повреждению клеток, тканей и органов. Понимание этих механизмов является ключом к разработке стратегий, направленных на замедление процессов старения и продление здоровой жизни.
1. Оксидативный стресс и повреждение ДНК
Одной из ключевых теорий старения является теория окислительного стресса. В процессе нормального метаболизма клетки вырабатывают активные формы кислорода (АФК), которые являются побочными продуктами окислительно-восстановительных реакций. АФК, такие как гидроксильный радикал и пероксид водорода, обладают высокой реакционной способностью и могут повреждать различные клеточные компоненты, включая липиды, белки и ДНК.
Повреждение ДНК, вызванное АФК, может приводить к мутациям, нарушению репликации и транскрипции, что, в свою очередь, негативно сказывается на функциональной способности клеток. Накопление повреждённой ДНК в клетках способствует их старению и может инициировать апоптоз или клеточное старение [1, с. 45].
2. Сокращение длины теломер
Теломеры — это повторяющиеся последовательности ДНК на концах хромосом, которые защищают их от повреждений и слияния. С каждым делением клетки теломеры укорачиваются из-за неспособности ДНК-полимеразы полностью синтезировать концы хромосом. Когда теломеры достигают критической длины, клетка теряет способность к дальнейшему делению и вступает в состояние неспособности к дальнейшему делению или апоптоза [2, с. 102].
Сокращение теломер считается одним из механизмов старения, поскольку оно связано с ограничением клеточного деления, а следовательно, и регенерации тканей. Сокращение теломер может ускоряться под воздействием стресса, воспалений и окислительного стресса [3, с. 88].
3. Нарушение функционирования митохондрий
Митохондрии — это клеточные органеллы, отвечающие за выработку энергии (АТФ). С возрастом функциональная способность митохондрий снижается, что может быть связано с накоплением мутаций в митохондриальной ДНК, снижением активности ферментов дыхательной цепи и увеличением выработки АФК [4, с. 34].
«Поломка» митохондрий приводит к снижению выработки АТФ, что влечет за собой уменьшение энергетической обеспеченности клеток и нарушение их функций. Кроме того, повышенное производство АФК в «поломанных» митохондриях способствует развитию оксидативного стресса и повреждению клеток [5, с. 56].
4. Накопление поврежденных белков и нарушения протеостаза
В процессе старения происходит накопление повреждённых белков, что связано с нарушением протеостаза — системы клеточного контроля за синтезом, переходом первичной структуры в третичную, транспортом и деградацией белков. С возрастом снижается эффективность работы шаперонов (белков, помогающих другим белкам правильно сворачиваться) и протеасом (клеточных комплексов, отвечающих за деградацию повреждённых белков) [6, с. 63].
Накопление повреждённых белков приводит к образованию агрегатов, которые могут нарушать клеточные функции, способствовать развитию воспаления и вызывать клеточный стресс [7, с. 29].
5. Хроническое воспаление (инфламмейджинг)
С возрастом в организме развивается хроническое низкоинтенсивное воспаление, известное как инфламмейджинг. Это воспаление не связано с инфекцией, а является следствием накопления повреждений, старения клеток и дисфункции иммунной системы [1, с. 45].
Хроническое воспаление способствует развитию многих возрастных заболеваний, таких как атеросклероз, диабет 2-го типа, болезнь Альцгеймера и рак. Воспалительные регуляторные белки могут повреждать различные ткани и органы, способствуя их старению и дисфункции [8, с. 75].
6. Изменения в эпигенетике
Эпигенетические модификации, такие как метилирование ДНК и модификации гистонов, играют важную роль в регуляции экспрессии генов и могут меняться с возрастом. Эти изменения могут приводить к нарушению функций клеток и способствовать старению [3, с. 88]. Влияние молекулярных механизмов старения на здоровье
Совокупность этих молекулярных механизмов приводит к множественным изменениям в организме, которые проявляются в виде возрастных заболеваний и снижения физиологических функций. К ним относятся:
• Сердечно-сосудистые заболевания: атеросклероз, гипертония, ишемическая болезнь сердца.
• Нейродегенеративные заболевания: болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона.
• Сахарный диабет 2-го типа: нарушение толерантности к глюкозе и резистентность к инсулину.
• Рак: увеличение риска развития различных видов рака.
• Снижение иммунитета: повышенная восприимчивость к инфекциям.
• Остеопороз: снижение плотности костной ткани и повышенный риск переломов.
Старение — это сложный многофакторный процесс, обусловленный целым рядом молекулярных механизмов. Понимание этих механизмов является ключом к разработке стратегий, направленных на замедление процессов старения и продление здоровой жизни. Многообещающие подходы включают в себя применение антиоксидантов, активаторов регенерации клеток, препаратов, снижающих воспаление, а также изменение образа жизни, например, физическую активность и правильное питание. Дальнейшие исследования в этой области помогут разработать новые терапевтические методы для улучшения качества жизни в пожилом возрасте.
Список литературы
1. Кузнецова Л.И. Биохимия старения: молекулярные механизмы и их влияние на здоровье. М.: Наука, 2018. 45 с.
2. Федорова И.В. Молекулярные механизмы старения. М.: Медицина, 2017. 102 с.
3. Петров В.А. Биохимия и физиология старения. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2019. 88 с.
4. Смирнова Н.А. Энергетика клеток и старение. М.: Академический проект, 2020. 34 с.
5. Иванова Е.С. Митохондрии и старение: роль и механизмы. М.: Высшая школа, 2021. 56 с.
6. Тихонов А.Ю. Протеостаз и старение. М.: Научный мир, 2019. 63 с.
7. Романов И.Г. Воспаление и старение: механизмы и последствия. М.: РМЖ, 2020. 29 с.
8. Сидорова Т.В. Эпигенетика старения: изменения и их последствия. М.: Феникс, 2021. - 75 с.
