Реферат: Парадоксы старения
СодержаниеTOC o «1-3» h z u ВведениеPAGEREF _Toc22620935 h 3
<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:Tahoma">Старение — уступка энтропии?_ PAGEREF _Toc22620936 h 6
<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:Tahoma">Бессмертные бактерии_ PAGEREF _Toc22620937 h 7
<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:Tahoma">От мыши до слона_ PAGEREF _Toc22620938 h 8
<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:Tahoma">С кислородом нужно обращаться осторожно_ PAGEREF _Toc22620939 h 10
<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:Tahoma">Биохимия старения_ PAGEREF _Toc22620940 h 11
<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:Tahoma">Ответы на вопросы_ PAGEREF _Toc22620941 h 13
ЛитератураPAGEREF _Toc22620942 h 15
Введение
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:Tahoma;color:black; mso-bidi-font-weight:bold">Нет человека, который не задумывался бы о старости,о смерти. Это вечная тема для размышлений и лучших умов человечества, и самыхобычных людей. Ученые пытаются найти универсальные причины механизма старения,нащупать пути управления этими процессами. Многие вопросы так и остаютсяоткрытыми, на некоторые из них нашелся ответ совсем недавно.
<span Tahoma",«sans-serif»; color:black"><span Tahoma",«sans-serif»; color:black">
<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:Tahoma;color:black">… Уж если медь, гранит, земля и море
<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:Tahoma;color:black"><span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:Tahoma;color:black">Не устоят, когда придет им срок,
<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:Tahoma;color:black"><span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:Tahoma;color:black">Как может уцелеть, со смертью споря,
<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:Tahoma;color:black"><span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:Tahoma;color:black">Краса твоя — беспомощный цветок?
<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:Tahoma;color:black"> <span Tahoma",«sans-serif»;color:black"><span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:Tahoma; color:black">В. Шекспир.
<span Tahoma",«sans-serif»;color:black"><span Tahoma",«sans-serif»; color:black"><img src="/cache/referats/12626/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1025">
<span Tahoma",«sans-serif»; color:black">
<span Tahoma",«sans-serif»; color:black"><img src="/cache/referats/12626/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1026">
<span Tahoma",«sans-serif»; color:black">
<span Tahoma",«sans-serif»; color:black">
<img src="/cache/referats/12626/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1027">
<span Tahoma",«sans-serif»; color:black">
Старение — уступка энтропии?<span Tahoma",«sans-serif»;color:black">
<span Tahoma",«sans-serif»; color:black">
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:Tahoma;color:black">Немецкийфизик Р. Клаузис в 1865 году впервые пролил свет на глубинные причины этогоявления. Он постулировал, что в природе все процессы протекают асимметрично,однонаправ ленно. Разрушение происходит само собой, а созидание требует затратыэнергии. За счет этого в мире постоянно происходит нарастание энтропии —обесценивание энергии и увеличение хаоса. Этот фундаментальный законестествознания называется также вторым началом термодинамики. Согласно ему, длясоздания и существования любой структуры необходим приток энергии извне, посколькусама по себе энергия имеет тенденцию рассеиваться в пространстве (этот процессболее вероятен, чем создание упорядоченных структур). Живые организмы относятсяк открытым термодинамическим системам: растения поглощают солнечную энергию ипреобразуют ее в органические и неорганические соединения, животные организмыразлагают эти соединения и таким образом обеспечивают себя энергией. При этомживые существа находятся в термодинамическом равновесии с окружающей средой,постепенно отдают или рассеивают энергию, поставляя энтропию в мировоепространство.
<span Tahoma",«sans-serif»;color:black"><span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:Tahoma;color:black">Оказалось,однако, что существование живых организмов не полностью исчерпывается вторымначалом термодинамики. Закономерности их развития объясняет третий законтермодинамики, обоснованный выдающимся бельгийским ученым И. Пригожиным,выходцем из России: избыток свободной энергии, поглощенный открытой системой,может приводить к самоусложнению системы. Существует определенный уровеньсложности, находясь ниже которого система не может воспроизводить себе подобных.
<span Tahoma",«sans-serif»; color:black"><span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:Tahoma;color:black">Живыеорганизмы в каком-то смысле противостоят нарастанию энтропии и хаоса воВселенной, образуя все более сложные структуры и накапливая информацию. Этотпроцесс противоположен процессу старения. Такая борьба с энтропией возможна,по-видимому, благодаря существованию неустаревающей генетической программы,которая многократно переписыва ется и передается следующим поколениям. Живойорганизм можно сравнить с книгой, которая постоянно переиздается. Бумага, накоторой написана книга, может износиться и истлеть, но содержание ее вечно.
<span Tahoma",«sans-serif»; color:black"><span Tahoma",«sans-serif»;color:black">Бессмертные бактерии<span Tahoma",«sans-serif»; color:black">
<span Tahoma",«sans-serif»; color:black">
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:Tahoma;color:black">Акак обстоит дело с многоклеточными организмами? Ведь у них большая часть клетокне может постоянно делиться, они должны выполнять какие-то другие задачи —обеспечивать движение, питание, регуляцию внутренних процессов. Этопротиворечие между необходимостью специализации клеток и сохранением ихбессмертия природа разрешила путем разделения клеток на два типа. Соматическиеклетки поддерживают жизненные процессы в организме, а половые клетки делятся,обеспечивая продолжение рода. Соматические клетки стареют и умирают, половые жепрактически вечны. Существование огромных и сложных многоклеточных организмов,содержащих триллионы соматических клеток, в сущности направлено к тому, чтобыобеспечить бессмертие половых клеток.
<span Tahoma",«sans-serif»;color:black"><span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:Tahoma;color:black">Какже происходит старение соматических клеток? Американский исследователь Л.Хейфлик установил, что существуют механизмы, ограничивающие число делений: всреднем каждая соматическая клетка способна не более чем на 50 делений, а затемстареет и погибает. Постепенное старение целого организма обусловлено тем, чтовсе его соматические клетки исчерпали отпущенное на их долю число делений.После этого клетки стареют, разрушаются и погибают.
<span Tahoma",«sans-serif»; color:black"><span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:Tahoma;color:black">Еслисоматические клетки нарушают этот закон, они делятся непрерывно, многократновоспроизводя свои новые копии. Ни к чему хорошему это не приводит — ведь именнотак появляется в организме опухоль. Клетки становятся “бессмертными”, но этомнимое бессмертие в конечном счете покупается ценой гибели всего организма.
<span Tahoma",«sans-serif»; color:black"><span Tahoma",«sans-serif»;color:black">От мыши до слона<span Tahoma",«sans-serif»;color:black">
<span Tahoma",«sans-serif»; color:black">
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:Tahoma;color:black">Суммарнаязатрата энергии у разных млекопитающих в течение жизни примерно одинакова — 200ккал на 1 грамм массы. По мнению Рубнера, каждый вид способен переработать лишьопределенное количество энергии — исчерпав ее, он погибает. Интенсивностьобмена веществ и общее потребление кислорода зависят от размеров животного иплощади поверхности тела. Масса возрастает пропорцио нально линейным размерамтела, взятым в кубе, а площадь — в квадрате. Слону для поддержания своейтемпературы тела необходимо гораздо меньше энергии, чем такому же по весуколичеству мышей — общая поверхность тела всех этих мышей будет значительнобольше, чем у слона. Поэтому слон может себе “позволить” гораздо более низкийуровень обмена веществ, чем мышь. Этот высокий расход энергии у мыши и приводитк тому, что она быстрее исчерпывает отведенные на ее долю энергетическиезапасы, чем слон, и срок ее жизни намного короче.
<span Tahoma",«sans-serif»; color:black"><span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:Tahoma;color:black">Такимобразом, существует обратная зависимость между интенсивностью обмена веществ уживотного и продолжительностью его жизни. Малая масса тела и высокий обменвеществ обусловливают небольшую продолжительность жизни. Эта закономерностьбыла названа энергетическим правилом поверхности Рубнера.
<span Tahoma",«sans-serif»; color:black"><span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:Tahoma;color:black">Несмотряна убедительную простоту открытого Рубнером правила, многие ученые несогласились с ним. Они усомнились в том, что правило объясняет причины старениявсех живых организмов — из него существует немало исключений. Например, человекне подчиняется этому закону: суммарная затрата энергии у него очень высокая, апродолжительность жизни в четыре раза больше, чем должна бы быть при такомобмене. С чем же это связано? Причина стала ясна лишь совсем недавно.
<span Tahoma",«sans-serif»; color:black"><span Tahoma",«sans-serif»;color:black">С кислородом нужно обращаться осторожно<span Tahoma",«sans-serif»;color:black">
<span Tahoma",«sans-serif»; color:black">
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:Tahoma;color:black">Самапо себе молекула кислорода и продукт ее полного восстановления водородом — вода— не токсичны. Однако восстановление кислорода протекает таким образом, чтопочти на всех ступеньках процесса образуются продукты, повреждающие клетки:супероксидный анион-радикал, перекись водорода и гидроксильный радикал. Ихназывают активными формами кислорода. Организмы, использующие кислород длядыхания, с помощью ферментов и белковых катализаторов предотвращают выработкуэтих веществ или снижают их вредное действие на клетки.
<span Tahoma",«sans-serif»; color:black"><span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:Tahoma;color:black">Американскиебиохимики Дж. Мак Корд и И. Фридович в 1969 году обнаружили, что основную рольв такой защите играет фермент супероксиддисмутаза. Этот фермент превращаетсупероксидные анион-радикалы в более безобидную перекись водорода и вмолекулярный кислород. Перекись водорода тут же разрушается другими ферментами— каталазой и пероксидазами.
<span Tahoma",«sans-serif»;color:black"><span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:Tahoma;color:black">Открытиемеханизма обезвреживания активных форм кислорода дало ключ другимисследователям к пониманию проблем радиобиологии, онкологии, иммунологии игеронтологии. Английский исследователь Д. Харман выдвинул так называемуюсвободнорадикальную теорию старения. Он предположил, что возрастные изменения вклетках обусловлены накоплением в них повреждений, вызываемых свободнымирадикалами — осколками молекул, которые имеют неспаренный электрон и в силуэтого обладают повышенной химической активностью. Такие свободные радикалымогут образовываться в клетках под действием радиации, некоторых химическихреакций и перепадов температуры. Но главным источником свободных радикалов ворганизме является восстановление молекулы кислорода. Поэтому можно сказать,что старение в целом — это следствие разрушительного, ядовитого действиякислорода на организм, которое постепенно нарастает с возрастом.
<span Tahoma",«sans-serif»; color:black">Биохимия старения<span Times New Roman",«serif»;mso-bidi-font-family: Tahoma;color:black"><span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:Tahoma;color:black">После того как стало ясно, чтосупероксиддисмутаза играет роль “фермента антистарения” в клетке, исследователизадались вопросом: не является ли активность этого фермента ключевой причинойвозрастных изменений и различий в продолжительности жизни? Следовало ожидать,что с возрастом активность фермента падает, а разрушительное влияние кислородаувеличивается. Оказалось, однако, что активность супероксиддисмутазы вбольшинстве случаев меняется с возрастом весьма незначительно.
<span Tahoma",«sans-serif»; color:black"><span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:Tahoma;color:black">Накоплениевозрастных изменений в клетках зависит от соотношения двух процессов:образования свободных радикалов и их обезвреживания. “Фабриками” свободныхрадикалов служат маленькие продолговатые тельца внутри клетки — митохондрии, ееэнергетические станции. Эти структуры Д. Харман назвал молекулярными часамиклетки: чем быстрее идет в них выработка радикалов, тем быстрее крутятсястрелки на часах и тем меньше времени остается жить клетке. У видов с низкойпродолжительностью жизни митохондрии работают очень активно, больше образуетсярадикалов и быстрее накапливаются повреждения структур клетки, приводя к еепреждевременному старению. Например, у комнатной мухи митохондрии вырабатываютрадикалы в 24 раза интенсивнее, чем у коровы. Исследователи провели опыт:комнатных мух содержали в атмосфере чистого кислорода (это значительно ускоряетстарение) и наблюдали, что происходит с митохондриями. Система защиты отактивных форм кислорода работает достаточно надежно, но через нее все жепостоянно проскальзывают отдельные радикалы, которые не успели вступить вовзаимодействие с антиокислительными ферментами. Причиной такой неполадки служит,по-видимому, второй закон термодинамики, который исключает стопроцентнуюэффективность энергетических процессов. Возникнув в клетке, радикалы повреждаютее внутренние структуры, а также оболочки самих митохондрий, что усиливаетутечку. В результате становится все больше и больше активных форм кислорода, иони постепенно разрушают клетку. Происходит то, что мы называем старением.
<span Tahoma",«sans-serif»; color:black"><span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:Tahoma;color:black">Скорость“поставки” радикалов в клетку увеличивается и в разных органах млекопитающих помере старения организма. Количество свободных радикалов, образующихся в клетке,по-видимому, тем больше, чем выше уровень потребления кислорода, илиинтенсивность обмена веществ. Американский геронтолог Р. Катлер и егосотрудники показали, что продолжительность жизни животных и человека определяетсясоотношением активности супероксиддисмутазы к интенсивности обмена веществ.Стало ясно, почему у некоторых видов с высоким уровнем затраты энергии, в томчисле и у человека, продолжительность жизни не укладывается в энергетическоеправило поверхности Рубнера. Высокий уровень активности супероксиддисму тазызащищает человека и животных с интенсивным обменом веществ от преждевременногостарения.
<span Tahoma",«sans-serif»;color:black"> <span Tahoma",«sans-serif»;color:black">Ответы на вопросы<span Tahoma",«sans-serif»;color:black">
<span Tahoma",«sans-serif»; color:black">
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:Tahoma;color:black">Большаяпродолжительность жизни женщин по сравнению с мужчинами (в среднем на 10 лет)оказалась связана с более низкой интенсивностью обмена веществ у прекраснойполовины человечества. Феномен долгожительства в горных районах тоже хорошообъясняется меньшей интенсивностью обмена веществ у людей, живущих в разреженномвоздухе: содержание кислорода там меньше, чем на равнине.
<span Tahoma",«sans-serif»; color:black"><span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:Tahoma;color:black">Оказалось,что разный срок отпущен и клеткам внутри одного человеческого организма: чембольше в клетках супероксиддисмутазы, тем меньше степень повреждения клеткиактивными формами кислорода, тем дольше живут клетки. Поэтому некоторые клеткикрови, например, живут несколько часов, другие — несколько лет.
<span Tahoma",«sans-serif»; color:black"><span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:Tahoma;color:black">Удалосьобъяснить и любопытное явление, которое достаточно давно обнаружилиисследователи: изменения организма при естественном старении похожи на действиеионизирующей радиации. Причина стала очевидной: ведь при воздействии радиациипроисходит разложение воды с образованием активных форм кислорода, которыеначинают повреждать клетки.
<span Tahoma",«sans-serif»;color:black"><span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:Tahoma;color:black">Всеэто позволило выработать стратегию поиска средств против старения. Например,удалось увеличить в полтора раза жизнь лабораторных животных, вводя в их рационсильные антиоксиданты. Особенно эффективно должны действовать антиоксидантытипа супероксиддисмутазы, являющиеся ферментами. Введение в организм животных супероксиддисмутазызащищало их от токсического действия кислорода и увеличивало продолжительностьих жизни. Это дает надежду, что антиоксиданты могут быть использованы и вборьбе против старения человека. Возможно, через некоторое время пожилые людибудут принимать их так же, как витамины, чтобы улучшить свое самочувствие изамедлить процессы старения.
<span Tahoma",«sans-serif»;color:black"><span Arial",«sans-serif»;mso-fareast-font-family: «Times New Roman»;mso-font-kerning:16.0pt;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">Литература<span Tahoma",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:Arial">
<span Tahoma",«sans-serif»; mso-fareast-font-family:Tahoma;color:black">1.<span Times New Roman"">
<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:Tahoma;color:black">Амосов Н. Моя система здоровья.“Наука и жизнь” №№ 5—7, 1998. <span Tahoma",«sans-serif»;color:black"><span Tahoma",«sans-serif»; mso-fareast-font-family:Tahoma;color:black">2.<span Times New Roman"">
<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:Tahoma;color:black">Фролькис В. Геронтология на рубежевеков. “Наука и жизнь” № 11, 1998. <span Tahoma",«sans-serif»;color:black"><span Tahoma",«sans-serif»; mso-fareast-font-family:Tahoma;color:black">3.<span Times New Roman"">
<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:Tahoma;color:black">Виленчик М. М. Биологические основыстарения и долголетия. М., “Знание”, 1987. <span Tahoma",«sans-serif»;color:black"><span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:Tahoma;color:black">Гладышев Г. П. Термодинамика старения. “Известия Академии наук. Серия биологическая” № 5, 1998.