СТАРЕНИЕ БИОСИСТЕМ КАК ПРОБЛЕМА ХИМИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ

Кольтовер В.К.

Институт проблем химической физики РАН

Старение всех организмов характеризуется, в целом, двумя простыми количественными закономерностями: "законом Рубнера" (отрицательная корреляция между видовой продолжительностью жизни и интенсивностью окислительного метаболизма) и "законом Гомпертца" (риск смерти с возрастом растет по экспоненте). Свободнорадикальная гипотеза (Harman, 1956) объясняет первую из них, но не может объяснить второй, так как в живых системах невозможны разветвленные цепные реакции. Теломерная гипотеза (Оловников, 1971) не может объяснить "закона Рубнера" (почему человек живет дольше, чем мышь).

Цель данной работы - показать, как обе эти гипотезы старения интегрируются на основе теории надежности. Методологической основой данной работы послужили концепция молекулярных биоконструкций (Блюменфельд, Кольтовер, 1972) и теория надежности биологических систем (Гродзинский и др., 1987; Koltover, 1997).

Важнейшую роль в старении играет ограниченная надежность работы митохондрий, где нормальный электронный транспорт чередуется со случайными сбоями дыхательных ферментов, при которых возникает анион-радикал супероксида. Радикалы инициируют клеточные повреждения и, как следствие, - необходимость пополнения пула функционально компетентных клеток. Вследствие концевой недорепарации ДНК (Оловников, 1971), соматическая клетка теряет способность к делению, как только длина теломерногоконца (TTAGGG)_n любой из хромосом укорачивается до критического значения. Скорость, с которой "обрезаются" теломеры, пропорциональна скорости деления клеток, которая, в свою очередь, прямо пропорциональна интенсивности накопления побочных продуктов окислительного метаболизма. Теория надежности предсказывает гомпертцовский характер кинетики роста смертности с возрастом, а также дает формулу, из которой следует, что репликативный потенциал клеток и видовая продолжительность жизни определяются генетически заданными количественными параметрами: длиной теломер, надежностью ферментов митохондриального электронного транспорта и надежностью репарационных систем (в том числе, - антиоксидантных ферментов и теломераз).

Таким образом, причиной старения служит ограниченная надежность биологических конструкций на всех уровнях организации и, прежде всего, - генетически детерминированный дефицит надежности работы молекулярно-клеточных машин.