Биохимия старения
Шрифт:
Как функции возраста были измерены кинетические параметры только небольшого числа ферментов на неполностью очищенных препаратах. Это ацетилхолинэстераза [81] и пируваткиназа [22] мозга; миозиновая АТРаза [51, 105] и альдолаза скелетных мышц [38]; пероксид-дисмутаза [93], цитоплазматическая аланинаминотрансфераза [87] и альдолаза [39] печени млекопитающих.
В табл. 3.5 приведены различные кинетические параметры ферментов, выделенных из органов молодых и старых крыс. В целом видно, что существенной разницы в Км, Ki, молекулярной массе и электрофоретической подвижности нет. Однако удельная активность альдолазы [39] и пероксид-дисмутазы [93] старых крыс составляет только 30–70 % активности этих ферментов у крыс среднего возраста. Ферменты старых крыс, кроме того, более термолабильны. Эти различия были объяснены посттрансляционными модификациями [37].
Таблица 3.5. Сравнение кинетических свойств очищенных ферментов, полученных в молодом и старом возрасте
Поскольку были изучены молекулярные свойства только нескольких ферментов, определенных заключений сделать пока нельзя. Однако данные по тем ферментам, кинетические параметры которых известны, показывают, что в организмах молодых и старых животных синтезируются одни и те же молекулы. Следовательно, гены, ответственные за их синтез в разных возрастах, по-видимому, одни и те же. Небольшие различия, наблюдаемые в случаях аланинаминотрансферазы молодых и старых крыс, могут быть связаны со сменой форм изофермента, как это показано Патнайком и Канунго [87]. Различия в удельной активности и термолабильности пероксид-дисмутазы и альдолазы были отнесены к посттрансляционным модификациям [37] (гл. 9).
Была выдвинута и альтернативная точка зрения, заключающаяся в том, что старение происходит в результате прогрессивного нарастания с течением времени числа ошибок в молекулах белка. Эта точка зрения основана на том, что с возрастом постепенно увеличивается неактивная фракция молекул фермента [47, 48, 84] (гл. 9). С ней трудно согласовать понижение в старости удельной активности пероксид-дисмутазы, с одной стороны, и повышение удельной активности миозиновой АТРазы — с другой. В последнем случае Км и Vmax в старости повышаются, что может происходить благодаря конформационным изменениям, индуцированным эффектором. Ряд авторов считает [44, 93], что некоторые изменения кинетических параметров пероксид-дисмутазы и фосфоглицераткиназы нельзя объяснить ошибками в синтезе; скорее всего, они возникают из-за посттрансляционных модификаций — таких, как фосфорилирование, метилирование, ацетилирование и т. д. Было бы интересно выяснить, каким образом в старости происходят такие посттрансляционные модификации (детальное обсуждение этого вопроса приведено в гл. 9).
Как функции возраста животных были изучены различные аспекты функционирования ферментов — их активность, формы изоферментов, индукция, кинетические параметры. Активность некоторых ферментов, выраженная в Ед.·мг– 1 белка и в Ед.·мг– 1 ДНК, в старости понижается, в то время как других — повышается. Для некоторых ферментов никаких изменений не обнаруживается. Не выявлено никаких специфических закономерностей в изменениях ферментов отдельных классов, одного и того же органа или клеточной органеллы. Поскольку каждый метаболический путь включает в себя ферменты, относящиеся к различным классам, особую ценность имеют исследования всех ферментов данного пути в одинаковых условиях.
Изучение изменения набора изоферментов дало полезную информацию о типах изменений, которые происходят на уровне генома и ответственны не только за смену изоферментов, но также и за активность ферментов. Смена изоферментов может нарушить точный и тонкий контроль метаболических путей из-за различий изоферментов в сродстве к субстратам и эффекторам. Это может вызывать значительные изменения в активности метаболических процессов и приводить к функциональным изменениям всего организма. Сдвиг к Н4– ЛДГ в мозгу, сердце и скелетных мышцах крысы в старости может сделать эти ткани более аэробными. Сдвиг к цААТ-В в печени крысы в старости таким же образом может вызвать изменение в метаболизме аминокислот. Повышение относительного содержания некоторых изоферментов свидетельствует о повышении активности соответствующих генов. Такие изменения в функции гена в старости могут быть вызваны появлением или исчезновением в этом возрасте ряда факторов или эффекторов.
Изучение индукции ферментов, особенно стероидными гормонами, показывает, что в целом в старости степень индукции снижается. В некоторых случаях удается повернуть вспять это понижение путем введения необходимого количества гормонов. Вероятно, снижение индукции ацетилхолинэстеразы эстрадиолом в старости происходит благодаря уменьшению уровня эстрадиолспецифического рецептора. В некоторых тканях, таких, как печень, возможно восстановление индукции путем стимулирования регенерации ткани. Исследования в этой области показывают, что изменения в старости активности ферментов и форм их изоферментов обратимы, и, по-видимому, возможно их возвращение к уровням, свойственным среднему возрасту.
При изучении кинетических и молекулярных свойств нескольких ферментов было обнаружено, что ряд свойств: Км, Ki, молекулярная масса и электрофоретическая подвижность — у старых и молодых животных одинаковы. Однако удельная активность нескольких изученных к настоящему моменту ферментов в старости снижается, а их термочувствительность возрастает. Это может объясняться посттрансляционными модификациями. Следовательно, за синтез фермента на протяжении всей жизни отвечает один и тот же ген. Эти исследования, а также изучение изоферментов и индукции свидетельствуют в пользу той точки зрения, согласно которой изменения в содержании ферментов, наблюдаемые в старости, происходят благодаря регуляции активности соответствующих генов, которые, по-видимому, стимулируются факторами, появляющимися или исчезающими по окончании репродуктивного периода. Подобные изменения могут вызывать вырождение функций или понижение способности организма адаптироваться к эндогенным и экзогенным факторам.
1. Adelman R. C. J. biol. Chem., 245, 1032–1035 (1970).
2. Adelman R. C. Nature, 228, 1095–1096 (1970).
3. Adelman R. C. Expl. Gerontol., 6, 75–87 (1971).
4. Adelman R. C. Adv. Gerontol. Res., 4, 1-23 (1972).
5. Adelman R. C. In: Enzyme Induction (D. V. Parke, Ed.), 303–311, Plenum Press, New York (1975).
6. Baker G. T., III. Expl. Gerontol., 10, 231–237 (1975).
7. Barrows C. H., Roeder L. M. J. Gerontol., 16, 321–325 (1961).
8. Barrows C. H., Falzone J. A., Shock N. W. J. Gerontol., 15, 130–133 (1960).
9. Barrows C. H., Roeder L. M., Falzone J. A. J. Gerontol., 17, 144–147 (1962).
10. Beauchene R. W., Fanestil D. D., Barrows C. H. J. Gerontol, 20, 306–310 (1965).
11. Beauchene R. W., Roeder L. M., Barrows C. H. J. Gerontol., 22, 318 (1967).
12. Beckendorf G. W., Stephen W. P. Biochim. Biophys. Acta, 201, 101–108 (1970).
13. Beezeley A. E., McCarthy J. L., Sohal R. S. Expl. Gerontol., 9, 71–74 (1974).
14. Bolla R., Brot N. Arch. Biochem. Biophys., 169, 227–236 (1975).
15. Brun A., Hultberg B. Mech. Age. Dev., 4, 201–213 (1975).