Проявление старения на молекулярном и клеточном уровнях

Старение на молекулярном и клеточном уровнях проявляется в различных процессах: изменении ультраструктур клеток, снижении клеточной пролиферации и т.д.

На клеточном уровне старение возникает в разных структурах (ядре, мембранах, митохондриях) и разных типах клеток (нервных, секреторных, иммунных, печеночных и др.). Существуют отличия в старении различных типов клеток. Они в значительной мере определяются спецификой их функций, которая зависит от особенностей биохимических процессов в клетках. Например, с возрастом в результате молекулярных изменений нарушаются некоторые механизмы генерации энергии в клетке.

С возрастом прогрессивно возрастает чувствительность многих клеток и тканей к гуморальным, химическим факторам, снижается активность ряда ферментов. Увеличивается содержание в клетке определенных ионов, наличие в крови таких веществ, как холестерин, лецитин и др. При этом в каждой клетке организма, наряду с разрушительными изменениями, происходят приспособительные сдвиги, процессы восстановления. Количество митохондрий в клетке с возрастом падает, однако нередко растет активность каждой из них, они увеличиваются в размере.

Установлено, что с возрастом интенсивность репарации ДНК меняется в некоторых типах клеток. В клетках млекопитающих с возрастом происходит снижение транскрипционной активности. У мышей в ядрах нервных, печеночных клеток падает интенсивность синтеза РНК на 50%. В стареющем организме наблюдается исчезновение некоторых типов матричной РНК, но вместе с тем происходит синтез новых типов мРНК, ранее не образующихся. Таким образом, клетка на разных возрастных этапах использует различную биологическую информацию. В постмитотических нервных клетках скорость транскрипционной активности ДНК зависит от условий существования клетки в течение жизни, от напряженности функционирования. Одна и та же функциональная нагрузка между меньшим количеством клеток приводит к более раннему падению уровня транскрипции в ядрах. С возрастом в ДНК эукариотических клеток отмечено снижение содержания негистоновых белков в хроматине. Параллельно снижению скорости транскрипции сокращается максимально достигаемая животными продолжительность жизни. Старение организма затрагивает и процессы трансляции в клетке. Установлено, что в возрасте от 12 до 70 лет у людей утрачивается до половины генов рРНК, в зрелом возрасте в целом снижается интенсивность синтеза белка.

Отмечена обратная связь между продолжительностью жизни различных видов животных и скоростью обмена веществ. Существует понятие энергетического потенциала, означающее общее количество расходуемой за жизнь энергии. Для млекопитающих эта величина составляет примерно 924 кДж/г, большинства приматов – 1924 кДж/г, человека – 3280 кДж/г массы тела. Изменение потока энергии в клетке с возрастом связано со снижением количества и функционирования митохондрий в клетке. В стареющих организмах начинают преобладать процессы гликолиза над тканевым дыханием.

В процессе старения изменения затрагивают практически все органеллы клеток. В них происходит уменьшение количества мембран в цитоплазме, сокращение объема шероховатой эндоплазматической сети, увеличение содержания микрофибрилл. Кроме того, в клетке происходит накопление различных веществ. Например, в цитоплазме клеток млекопитающих и человека накапливается пигмент липофусцин. Из-за увеличения с возрастом в клетке содержания этого пигмента происходит снижение вдвое доли цитоплазмы у людей в возрасте 80 лет по сравнению с 40-летними. Помимо нервных клеток, липофусцин накапливается в кардиомицетах и клетках скелетной мускулатуры. По одному из мнений, липофусцин является внутриклеточным депо кислорода. Экспериментально при ограничении летательной активности у дрозофилы установили вдвое большую среднюю продолжительность жизни, что связано со сдерживанием увеличения содержания липофусцина в клетках тела.

Таким образом, процессы старения затрагивают большинство клеточных структур и влияют на общий уровень процессов, происходящих в клетке.