Биохимия старения
Шрифт:
Глава 3. Изменение ферментов в процессе старения
Ферментами называются белки, катализирующие различные реакции в организме. Они состоят из одной или нескольких полипептидных цепей, или субъединиц. Каждая субъединица представляет собой специфическую последовательность аминокислот, которая кодируется соответствующим геном. Обычно субъединица содержит более 100 аминокислот. Каталитический, или активный, центр фермента состоит из нескольких аминокислотных остатков, расположенных в различных местах линейной последовательности, или первичной структуры, но сближенных друг с другом в результате свертывания цепи. Специфическая последовательность аминокислот необходима не только для соответствующей укладки цепи, но также для обеспечения каталитической активности фермента. Перестройка последовательности аминокислот вызывает изменение активности фермента.
Все биологические реакции в организме катализируются ферментами, т. е. ферменты необходимы для осуществления различных
В некоторых работах сравнивали содержание или активность ферментов у животных среднего возраста и у старых животных. Однако анализ этих данных затруднен по следующим причинам. 1) Разные авторы использовали различные методики исследования, которые дают разные значения измеряемых параметров для одних и тех же ферментов. 2) Ферменты в основном исследовались при насыщающих концентрациях субстрата, т. е. в условиях, сильно отличающихся от нормальных физиологических. 3) Некоторым ферментам свойственны циркадные ритмы, следовательно, при измерении их активности в разное время суток должны получать разные результаты. 4) Разные авторы использовали разные единицы для измерения содержания фермента: на 1 г сырого веса, на 1 г сухого веса, на 1 мг белка или на 1 мг ДНК. Поскольку уровень большинства этих факторов, кроме ДНК, с возрастом меняется, сравнение активности ферментов при двух различных возрастах провести очень трудно. Нельзя сделать правильные заключения, если активность одного фермента в метаболическом пути выражена в Ед. на 1 мг белка, а других ферментов — на 1 г сухого веса. 5) Разные авторы считали старческим разный возраст животных, например некоторые рассматривали 60-не-дельных (15-16-месячных) крыс как старых, на самом же деле это животные в стадии поздней зрелости. Другие считали старыми 100-недельных крыс. 6) Из одинакового хронологического возраста двух популяций, содержащихся на разном рационе и в разных условиях окружающей среды, вовсе не следует, что особи этих популяций имеют одинаковый физиологический статус. Если не контролируются все параметры эксперимента, данные двух разных лабораторий сравнивать нельзя. 7) Результаты, полученные для одного пола, иногда нельзя сравнивать с результатами, полученными для другого пола. 8) Данные для одной линии животных трудно сопоставлять с данными для другой. 9) Для сравнительных исследований в основном использовали печень млекопитающих. В любой момент приблизительно 0,01 % клеток печени находится в процессе деления, т. е. печень содержит гетерогенную смесь делящихся и неделящихся клеток. Следовательно, данные для печени несравнимы с данными для мозга и скелетных мышц, в которых клетки не делятся. 10) Выбор ферментов для изучения, по-видимому, определяется имеющимися средствами.
По перечисленным выше причинам в настоящее время нет сопоставимых данных для всех ферментов хотя бы одного метаболического пути в каком-либо организме в зависимости от его возраста. У нас нет также достаточной информации о ключевых регуляторных ферментах различных метаболических путей, уровень которых определяет скорость процессов данного метаболического пути. Регуляция и содержание таких ферментов при различных физиологических состояниях и разных возрастах могут иметь гораздо большее значение, чем регуляция и содержание конститутивных ферментов того же пути, имеющихся обычно в избытке. Например, изучение активности глюкокиназы, фосфофруктокиназы, пируваткиназы, а также пируваткарбоксилазы, фруктозо-бисфосфатазы и глюкозо-6-фосфатазы, которые являются ключевыми регуляторными ферментами гликолиза и глюконеогенеза соответственно, могло бы иметь большое значение для понимания влияния старения на метаболизм глюкозы.
Появилось несколько обзоров, посвященных возрастным изменениям активности ферментов, в которых она выражена в единицах (Ед.) на 1 сырого веса, на 1 г сухого веса, на 1 мг белка (удельная активность) или на 1 мг ДНК [32, 34, 52, 112]. Для того чтобы собрать воедино и сопоставить данные по активности ферментов для разных животных, были использованы различные подходы. Те ферменты, активность которых была выражена в Ед.·мг– 1 белка или Ед.·мг– 1 ДНК, были подобраны в соответствии с их классом на основании номенклатуры ферментов с целью выяснить, не проявляются ли специфические изменения для каждого класса. Ферменты были также сгруппированы в соответствии с их локализацией в клетке. Старыми считались крысы старше 80 нед и мыши старше 70 нед, так как в этом возрасте самки этих видов теряют способность к воспроизведению потомства.
Табл. 3.1 показывает, что даже в пределах одного класса активность некоторых ферментов, выраженная в Ед.·мг– 1 белка и Ед.·мг– 1 ДНК, у старых животных ниже, чем у животных среднего возраста, тогда как активность других — выше. Вместе с тем есть ферменты, для которых изменений не наблюдается. Таким образом, в пределах одного класса ферментов для старческого возраста единой закономерности не обнаружено. Более того, с возрастом содержание некоторых ферментов повышается в одних тканях и понижается в других. Однако количество изученных ферментов еще весьма мало для того, чтобы делать какие-либо обобщения. Из полученных данных следует, что после окончания репродуктивного периода активность ферментов, ответственных за окисление, снижается в постмитотических тканях — в сердце, скелетных мышцах и мозгу, тогда как для ферментов, расположенных в различных частях клеток, никакой закономерности в изменении активности не обнаружено.
Таблица 3.1. Активность ферментов, выделенных из различных органов и органелл млекопитающих, как функция возраста
1) Сравнение проводили между двумя возрастами, приведенными в столбце "Возраст".
2) Полушария головного мозга.
3) Мозжечок.
В табл. 3.2 показаны возрастные изменения содержания ферментов различных классов в аорте человека и в некоторых других органах. Хотя приведенные данные в большинстве своем выражены в Ед.·г– 1 сырого веса, они представляют определенный интерес, так как относятся к человеку. В основном с возрастом снижается содержание оксидоредуктаз, тогда как для других классов ферментов какой-либо закономерности в изменении активности не наблюдается.
Таблица 3.2. Изменение ферментов в организме человека в процессе старения
Вместе с тем у беспозвоночных обнаружены определенные возрастные изменения активности ферментов. Активность некоторых оксидоредуктаз понижается, тогда как других повышается, а третьих не изменяется. В то же время активность всех до сих пор изученных трансфераз понижается, а активность большинства гидролаз повышается. Исследования на беспозвоночных имеют тот большой недостаток, что измерения проводились на целом организме животных. Вряд ли можно делать определенные заключения, если опыты проводятся не на отдельных органах.
Таблица 3.3. Изменение ферментов у беспозвоночных
Хотя содержание некоторых ферментов было изучено как функция возраста, полученные данные мало что дали для выяснения механизма старения. Ясно, однако, что изменения активности ферментов в старости должны оказывать влияние на функциональные возможности организма.