[Marty]

Энергетические механизмы старения клетки - упрощенная версия
Полную версию статьи можно посмотреть здесь :
http://yogin.by/starenie-kletki/
В данной версии уменьшена «детализация» объяснения ряда процессов, и убраны некоторые второстепенные факторы.
Все органы и ткани человека состоят из клеток. Под тканью понимается совокупность клеток определенного типа. «Запчасти» организма (внутренние органы, сосуды, кожа и др.), как правило, состоят из нескольких слоев разных тканей.
И если какой-то орган, сосуды и пр. описываются как больные или здоровые, это значит, что клетки отдельных составляющих этого органа или же все его клетки являются «больными» или «здоровыми». Это выражается в изменении определенных внутренних характеристик.
1. Производство энергии в клетке
1.1. Роль АТФ
Главной «энергетической разменной монетой» клетки является молекула АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты). Именно молекулы АТФ, а не исходный доставленный в клетку питательный материал (глюкоза, жиры) используется во всех внутриклеточных процессах как источник энергии.
АТФ «собирается» в специальной «энергостанциях клетки» - митохондриях из расщепления основных пищевых ресурсов (получаемых из углеводов, жиров и белков) при участии кислорода. Далее АТФ свободно «отплывает» от митохондрии.
Млекопитающие нашей планеты могут восстанавливать АТФ только в митохондриях, «сжигая» ресурсы при помощи кислорода. Идеи жизни человека без пищи и/или кислорода не могут быть реализованы в принципе.
Чем выше активность клетки, тем больше нужно АТФ. По мере повышения «требований к активности», а значит, к производству энергии на обеспечение этой активности, все митохондрии клетки начинают работать все более интенсивно. Конечно, важную роль играет количество имеющихся в клетке митохондрий. Поэтому, чем более энергоемкая работа требуется от клетки, тем больше в ней митохондрий – наибольше их количество содержится в клетках печени и сперматозоидах.
1.2. Потребность клеток в энергии
Энергия используется в клетке для:
- поддержания жизнедеятельности клетки
- обеспечения специальных клеточных функций.
Специальные функции – это задачи каждой клетки – нервной – проведение импульса, мышечной – сокращаться, эндокринной – производить нужный гормон и т.д. На все это нужна энергия. Но очень интересным оказывается рассмотрение вопроса, сколько энергии нужно для поддержания самого факта существования клетки, без учета ее «полезной» работы.
Итак, на что же тратиться большая часть энергии организма?
Низкое КПД организма.
Больее 75% энергии, потр***яемой из пищевых ресурсов, рассеивается в виде тепла.
Поддержание мембранного потенциала.
Для своей жизнедеятельности клетка имеет разницу потенциалов на внутренней и внешней сторонах мембраны. Падение потенциала на клеточной мембране составляет фантастическую для живой ткани величину – около 100.000 В/см. Это обеспечивается разницей состава ионов (простых полярно заряженных молекул) внутри и снаружи клетки.
Работу по перемещению ионов осуществляют «ионные насосы». Значительная часть этой статьи расходов приходится на нервную ткань. Для поддержания нервных элементов в состоянии готовности к работе требуется от 50% всей потр***яемой ими энергии.
Обновление клеток и восстановление их структур.
Многие «системы» в клетке работаю по принципу «постоянной стройки». Так, значительная часть структуры клетки поддерживается микротрубочками, по которым «двигаются» молекулы. Так вот, эти трубочки постоянно «разваливаются» с одного конца и постоянно обновляются. Есть и другие примеры.
Многие клетки организма обновляются менее чем за 10 дней, клетки печени – 20 дней. Это очень большая частота обновления. Создание новых клеток требует интенсивной химической работы по синтезу молекул белка и нуклеиновых кислот, митохондрий, и т.д. В нормальной клетке постоянно происходят разрушительные процессы. И очень большая часть энергии организма уходит на восстановление клеточных структур после их «нормальных» повреждений. И чем выше повреждения, тем больше нужно энергии. Химическая работа по синтезу и обновлению белков, липидов и полисахаридов составляет около 90% химической работы клетки при ее относительном покое.

Каковы же основные механизмы клеточного повреждения?
2. Роль свободнорадикального окисления в повреждении клетки
2.1. Образование свободных радикалов
Все слышали, что в нарушении работы клетки существенную роль играют свободные радикалы (СР). Свободными радикалами называют атомы кислорода или молекулы с его содержанием, имеющие неспаренный электрон, который делает их чрезвычайно реакциоспособными. Т.к. СР возникают в процессе реакций с участием кислорода, их также же называют активными формами кислорода (АФК).
Основными потребителями кислорода в организме являются процессы митохондриального окисления (85-95%).
Основной объем СР в организме производиться митохондриями в процессе производства ими энергии. Около 98% кислорода, потр***яемого митохондриями при дыхании, превращается в воду и СО2 в результате его полного восстановления. Около 2% дают агрессивные побочные продукты – АФК.
Митохондрия сама же и принимает «первый удар» образованных ею АФК. Структурно-функциональные нарушения митохондриальных мембран приводят к еще большему нарушению их работы и свободные радикалы «выскакивают» чаще. Т.е. – чем выше уровень СР в митохондрии, тем сложнее с ним справиться, т.к. нарушения идут по нарастающей.
Именно окислительное повреждение митохондрий, признается одним из основных факторов старения и сопро*вождающих его дегенеративных болезней. Таких как рак, сер*дечно-сосудистые заболевания, болезни иммунной системы, дисфункции ЦНС, катаракта и ряд других. По мнению сторонников СРТС (свободнорадикальной теории старения), митохондрии являются молекулярными «часами» старения. В частности, именно митохондрии по существу отвечают за дефицит воды, который проявляется с возрастом в некото*рых тканях (печень, сердце).
Факторы, способствующие усилению генерации СР:
- Химические: прооксиданты, липофильные ксенобиотики, канцерогены, тяжелые металлы, пыль. Перекиси липидов – это достаточно устойчивые молекулы при физиологических температурах, но переходные металлы и комплексы металлов катализируют их расщепление. Такими металлами являются в основном железо и медь. При определенных условиях, стимулированное солями железа перекисное окисление, могут ускорять ионы кальция, алюминия и свинца.
- Гипероксия и гипоксия (избыток и недостаток кислорода);
- Физические: ионизирующее излучение, ультрафиолет, электромагнитное излучение, магнитные поля, СВЧ;
- Гипотермия и гипертермия (переохлаждение и перегрев);
- Психоэмоциональный стресс;
- Чрезмерные физические нагрузки;
- Бактериальные и вирусные инфекции;
- Неинфекционные заболевания, вызывающие ПОЛ (перекисное окисление липидов);
- Нарушение питания, гипокинезия (недостаток движения), алкоголь, курение.
- Лечение лекарствами, вызывающими ПОЛ;
- Н***агоприятные экологические и климато-географические условия.
- Низкий уровень pH (высокая кислотность).
2.2. Накопление продуктов повреждений клетки.
С возрастом в органах и тканях человека и животных накапливаются продукты окислительного повреждения субклеточных компонентов — ДНК, липидов, белков и других. В результате чего об*разуются «сшивки» этих продуктов с белками, фосфолипидами и нуклеиновыми кислотами. Продукты этих реакций могут по размеру в несколько раз превосходить исходные биомолекулы.

3. Противодействие свободнорадикальному окислению
Согласно некоторым оценкам, при абсолютной надежности антиокислительной системы организма продолжительность жизни человека могла бы достичь 250 лет. И развитие, и поддержание систем свободнорадикальной защиты – одна из главных задач программы здравоохранения и долголетия.
Антиоксидантная система (АОС) состоит из ферментативных и неферментативных компонентов. С долей приближения можно сказать, что ферментативные производятся самой клеткой из «обычных» ресурсов, а многие неферментативные должны поступать с питание в «оригинальном» виде.

3.1. Ферментативные компоненты антиоксидантной защиты.
Наибольшее значение для предотвращения окислительного стресса и борьбы с ним представляют эндогенные биооксиданты, т.е. синтезирующиеся в организме и эволюционно выработанные. А уже во вторую очередь биооксиданты, принимаемые с пищей.

Т.к. основной процент генераций АФК происходит при митохондриальном окислении, значительная часть ферментов антиоксидантной системы (АОС) располагается в митохондриях.
Их способность защищать клетку от АФК зависит от уровня нагрузки на митохондрии. Чем выше нагрузка – тем хуже справляются компоненты АОС. Митохондриальная ДНК в наибольшей степе*ни подвергается атаке свободными радикалами, а их ДНК особенно чувствительна к окислению. Структурно-функциональные нарушения митохондриальных мембран и снижение вязкости мембранных липидов приводит к еще большему нарушению их работы и свободные радикалы «выскакивают» чаще. Поэтому митохондрии имеют достаточно мощную систему свободнорадикальной защиты, которая в норме «ловит» возникающие свободные радикалы и «обезвреживает». Но эта система защиты может справиться только с неким «нормальным» уровнем СР, но не с избыточным. Уровень произведения свободных радикалов увеличивается по мере увеличения интенсивности работы митохондрий, т.е. требования клетки к произведению энергии.
И тут мы подошли к одному из главных достижений физиологии в вопросе противодействия старению:
Доказано, что при увеличении количества митохондрий, падает рабочая нагрузка на каждую митохондрию и возрастает общая масса ферментов АОС в клетке. Значительно уменьшаются шансы «перегрузки» митохондрий и выхода уровня АФК за допустимый порог.