З віком білки в клітці починають погано згортатися через зміни в окислювально-відновлювальному потенціалі в місцях складання білкових молекул.
Старіння тіла починається зі старіння його клітин, а з чого починається старіння клітин? Медики і біологи досі не знають усіх причин, хоча багато читачів напевно згадають про найвідоміші теорії старіння, в яких йдеться про теломери і мітохондрії.
З одного боку, відомо, що теломірні ділянки, що захищають кінці хромосом, вкорінюються з кожним поділом, так що клітина може безперешкодно ділитися деяке обмежене число разів, після чого у неї почнуть пошкоджуватися важливі гени, що примикають до оголених хромосомних кінців. І процеси старіння пов'язують частково з скороченням теломер. З іншого боку, клітинні мітохондрії, хоча і забезпечують нас енергією, в якості побічного ефекту служать невичерпним джерелом агресивних молекул-окислювачів - кисневих радикалів, пошкоджуючих білки, ДНК, ліпіди мембран та інші біомолекули. Зазвичай клітині є що протиставити окислювальному стресу, але з часом антиоксидантні механізми слабшають (окреме питання, звичайно, чому вони слабшають), і окислювальний стрес стає все сильнішим, на рівні організму стаючи причиною вікових захворювань.
Однак, як ми знаємо, в живій матерії все взаємопов'язано, і було б дивно, якби процеси старіння зароджувалися відокремлених ділянках клітини, не зачіпаючи інші її відділи. Як показали експерименти Яніни Кірштайн (Janine Kirstein) з Лейбніцевського інституту молекулярної фармакології та її колег з Японії і США, одним з найпотужніших «джерел старіння», якщо можна так сказати, служить ендоплазматичний ретикулум, або ендоплазматична мережа (ЕР, або ЕС). Він (або вона) являють собою складну розгалужену мережу мембранних каналів, цистерн і бульбашок, і в шкільних підручниках біології говориться, що на мембранах ендоплазматичної мережі, обсаджених рибосомами, йде синтез білкових молекул і згортання готових білкових молекул в правильну просторову конформацію.
Амінокислоти, що входять до складу білкової молекули, взаємодіють один з одним і з навколишнім розчином, деякі притягуються, деякі відштовхуються, в результаті поліпептидний ланцюжок набуває так звану третинну структуру - згортається в надзвичайно складно влаштований клубок. Саме в такому вигляді білок, будь то фермент, білок-транспортер і т. д., може виконувати свою функцію (наприклад, активний центр ферментів, в яких відбувається розщеплення субстратних молекул або зшивання їх разом, формується якраз в результаті просторового згортання амінокислотного ланцюжка).
Одна з найвідоміших «скріпок», яка допомагає білку триматися в згуртому стані - ковалентний зв'язок між атомами сірки, що входять до складу амінокислоти цистеїну. Утворювані дисульфідні містки можуть зближувати досить віддалені ділянки поліпептидного ланцюга; і такі зв'язки необхідні для функціонування різних білків, у тому числі інсуліну і антитіл.
Дисульфідні зшивки утворюються в ендоплазматичній мережі, в якій є необхідні фізико-хімічні умови. Окислювально-відновлювальний потенціал (не плутати з кислотністю!) в системі мембранних каналів і цистерн зрушать в окислювальний бік, так що атоми сірки з цистеїнів легко можуть утворити між собою ковалентний зв'язок. Але, як пишуть автори роботи в EMBO Journal, з часом окислювально-відновлювальний потенціал в ендоплазматичній мережі втрачає окислювальні здібності, через що білки перестають згортатися і працювати, як треба.
Це пояснює дуже багато чого: відомо, наприклад, що з віком з'являється все більше неправильно згорнутих білкових молекул, що багато секреторних білків стають нестабільними і перестають функціонувати при найменшому стресі; навіть вікове ослаблення імунітету можна пояснити зміщенням окислювально-відновлювального потенціалу, оскільки антитіла перед виходом з клітини не можуть зафіксувати потрібну просторову структуру. (У той же час в навколишній цитоплазмі все відбувається навпаки: окислювальний потенціал середовища зростає і посилюється горезвісний окислювальний стрес, через який псуються білки.)
Непорядки в роботі ендоплазматичної мережі можуть траплятися і при стресі і призводити до тих же наслідків - накопичення неправильно згортаних молекул білка. Тут варто згадати, що нейродегенеративні хвороби, такі, як синдром Альцгеймера, синдром Паркінсона, синдром Хантінгтона, виникають якраз з вини білків з неправильною просторовою структурою. І тут теж, за словами дослідників, все починається з проблем в окислювально-відновлювальному потенціалі ендоплазматичної мережі. Більш того, як виявилося, патогенні молекули білків, з'явившись в одних тканинах, можуть викликати зміни в окислювально-відновлювальному потенціалі інших тканин, прискорюючи тим самим процеси старіння.
У молекулярній і клітинній біології насправді досить давно існує поняття ЕР-стресу (стресу, пов'язаного з ендоплазматичним ретикулумом), коли в клітці раптом починають активно накопичуватися білки з неправильним укладанням. Нові експерименти дозволили зв'язати ЕР- стрес з процесами старіння і з фізико-хімічними неполадками в найважливішому клітинному органоїді. Досліди ставили на хробаках-нематодах, яких модифікували таким чином, щоб можна було стежити за змінами окислювально-відновлювального потенціалу в різних ділянках клітин. Втім, враховуючи, що синтез білка і його згортання відбуваються у всіх організмів, є всі підстави вважати, що вікові зміни в ендоплазматичній мережі мають місце і у людини.
Звичайно, все це тільки ускладнює картину старіння, але, з іншого боку, в біології взагалі майже ніколи не буває «однієї головної причини» чого б то не було, завжди доводиться розглядати цілий пучок причин і наслідків. І чим більше ми будемо тут знати, тим точніше зможемо визначати динаміку і стадію старіння, а там, дивишся, і до вічної молодості як-небудь доберемося.
За матеріалами Phys.org.