Природа, механизмы и критерии старения. Старение в биологии процесс постепенного нарушения и потери важных функций организма или его частей, в частности. - презентация

1 Природа, механизмы и критерии старения

2 Старение в биологии процесс постепенного нарушения и потери важных функций организма или его частей, в частности способности к размножению и регенерации. Вследствие старения организм становится менее приспособленным к условиям окружающей среды, уменьшает и теряет свою способность бороться с хищниками и противостоять болезням и травмам. Старение и смерть генетически запрограммированы. Для каждого вида характерна определенная продолжительность жизни, которая может изменяться под действием отбора.

3 Теории старения Существуют десятки теорий старения. Все теории можно разделить на две группы: Теории генетической запрограммированности Теории накопления «ошибок»

4 Программные гипотезы старения

5 1. Август Вейсман: непрерывность зародышевой плазмы и ограниченная жизнь взрослого организма («сома одноразового использования») половая клетка дифференцировка и смерть клетки тела непрерывный ряд бессмертных половых клеток

6 Продолжение взглядов Вейсмана в ХХ веке: Теория антагонистической плейотропии (усиленное размножение одновременно укорачивает жизнь) Эволюция не заинтересована в долгой жизни индивида Половые гормоны ускоряют старение – кастрированная горбуша не нерестится и живет в три раза дольше

7 2. Хейфлик: число делений клетки ограниченно. Оловников: потому что, хромосомы укорачиваются 1961 году американский геронтолог Л. Хейфлик установил, что человеческие фибробласты – клетки кожи, способные к делению, – «в пробирке» могут делиться не более 50 раз. В честь первооткрывателя это явление назвали «пределом Хейфлика». В 1971 г. научный сотрудник Института биохимической физики РАН А.М.Оловников предложил гипотезу, по которой «предел Хейфлика» объясняется тем, что при каждом клеточном делении хромосомы немного укорачиваются.

8 При каждом делении теломеры недореплицируются. Фермент теломераза способен достраивать теломеры, но он активен только в эмбриональных стволовых или раковых клетках, а в соматических подавлен

9 Теломераза (Нобелевская премия 2009) Теломераза является обратной транскриптазой, причем с ней связана особая молекула РНК, которая используется в качестве матрицы для обратной транскрипции во время удлинения теломер. За открытие защитных механизмов хромосом от концевой недорепликации с помощью теломеразы в 2009 году присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине австралийке, работающей в США, Элизабет Блекберн (Elizabeth Blackburn), американке Кэрол Грейдер (Carol Greider) и ее соотечественнику Джеку Шостак (Jack Szostack). Несколько лет назад с теломеразой связывали надежды победить старость, был настоящий бум.

10 3. Существуют гены, ускоряющие и замедляющие старение Старение – мультифакториальный процесс, но описаны синдромы преждевременного старения: прогерия, синдром Вернера и другие. У лабораторных объектов (мышь, черви, дрозофила) получены мутации в 1,5 – 2 раза удлиняющие жизнь

11 геликаза киназы Синдромы с преждевременным старением (видно, что причина большинства из них - нарушение репарации ДНК)

12 Прогерия (синдром Гетчинсона- Гилфорда) – 1: Низкий рост и вес, отсутствие подкожно-жирового слоя. Продолжительность жизни 7 – 27 лет.

13 Больной 18 лет Больная 48 лет Синдром Вернера – аутосомно-рецессивный (М1М ), (прогерия взрослых). Атеросклероз, остеопороз, поседение, облысение, выпадение зубов, атрофия жировой и мышечной ткани, высок риск развития злокачественных новообразований внутренних органов и кожи. Молекулярная основа связана с мутациями в гене WRN, кодирующего ДНК-хеликазу.

14 Теории «накопления ошибок»

15 1. И.И.Мечников – накопление токсинов в кишечнике Рекомендовал пить «мечниковскую простоквашу» - йогурт Высказывал предложение делать резекцию толстой кишки, но это не прижилось molinform.narod.ru

16 2. И.П.Павлов, Г. Селье – роль внешних факторов, истощающих нервную систему Стресс есть неспецифический ответ организма на любое предъявленное ему требование. (Stress (англ.) -- давление, нажим, напряжение. Distress (англ.) -- горе, несчастье, недомогание, истощение, нужда). Адаптационный синдром по Селье имеет следующие фазы: 1) реакция тревоги; 2) фаза сопротивления и 3) фаза истощения. «Стресс без дистресса»

17 Отрывки из книги Г.Селье «Стресс без дистресса» «…Существует тесная связь между работой, стрессом и старением. Старение -- итог всех стрессов, которым подвергался организм в течение жизни. Оно соответствует "фазе истощения" общего адаптационного синдрома (ОАС). Стресс неудач и рухнувших надежд особенно вреден. Человек с его высокоразвитой нервной системой чрезвычайно чувствителен к психическим травмам, но есть много приемов, сводящих ранимость к минимуму… Признайте, что совершенство невозможно, но в каждом виде достижений есть своя вершина, стремитесь к ней и довольствуйтесь этим.»

18 3. Теория свободных радикалов Д.Хармана (1956) и Н.М.Эмануэля (1958) Свободные радикалы в химии частицы (как правило, неустойчивые), содержащие один или несколько неспаренных электронов. Радикал может образоваться в результате потери одного электрона нерадикальной молекулой: X e- + X·+ или при получении одного электрона нерадикальной молекулой: Y + e- Y·-

19 Примеры обычных молекул и свободных радикалов Они активно взаимодействуют с другими молекулами, повреждая их

20 клетка ядро митохондрия Основным местом в клетке, где образуются свободные радикалы, являются митохондрии. Они повреждаются в первую очередь производство АТФ в клетках падает замедляются все реакции начинается старение О2О2 Клеточное дыхание и тепловые температура способствуют образованию свободных радикалов супероксид

21 Точки приложения свободных радикалов в клетке

22 Ферменты, разрушающие свободные радикалы: Реакцию дисмутации супероксида, катализирует супероксиддисмутаза: 2 O 2 + 2H + H 2 O 2 + O 2 Каталаза и пероксидаза разлагают перекись водорода на воду и молекулярный кислород: 2H 2 O 2 = 2H 2 O + O 2. Восстановление ДНК и белков осуществляют ферменты репарации

23 Активность этих ферментов скорее всего связана со старением, поскольку у долгоживущих линий мышей и дрозофил активность именно этих ферментов оказалась повышенной, а у больных с синдромами преждевременного старения – сниженной.

24 Универсальная теория старения, объединившая имеющиеся гипотезы, была выдвинута в конце XX века.

25 Она была построена на основе теории надежности биологических систем и заключалась в том, что нормальная работа любой системы сопровождается случайными ошибками, сбоями, отказами. Возникают свободные радикалы и другие побочные продукты метаболизма, повреждаются мембранные и генетические структуры клеток. Хотя поврежденные структуры репарируются (восстанавливаются) с помощью специальных ферментов, но и эти системы, отвечающие за восстановление, так же имеют ограниченную надежность. Итогом является ухудшение качества работы клеток, тканей, органов и «отказ» системы в целом. Влияние генома на продолжительность жизни, с точки зрения универсальной теории, заключается в том, что дефицит надежности биологических систем на всех уровнях, начиная с молекулярного, запрограммирован на генном уровне и потому служит причиной старения.

26 Критерии старения Далеко не каждый меняющийся с возрастом признак можно использовать для определения биологического возраста в этом периоде. Оценка биологического возраста возможна только на основе тщательного и всестороннего медико-антропологического обследования.

27 Поиск таких критериев старения важнейшая задача геронтологии. К настоящему времени существует уже большое количество тестов разного объема - в зависимости от целей исследования. В качестве критериев биологического возраста могут быть использованы и различные морфологические, в меньшей степени психологические показатели, отражающие общую и профессиональную работоспособность, здоровье и возможности адаптации. В последнее время большое значение придается изучению возрастных изменений на молекулярном уровне.

28 Антропометрические данные и общие показатели старения: – рост стоя, – рост сидя, – окружность грудной клетки, – плечевой диаметр, – вес, – толщина кожной складки, – рентгенография кистей.

29 Функциональные показатели состояния органов и систем: – пульс, – артериальное давление, – частота дыхания, – жизненная ёмкость легких (ЖЕЛ), – максимальная задержка дыхания на вдохе и выдохе, – мышечная сила кистей (динамометрия), – рентгеноскопия органов грудной клетки, – острота зрения, – простой тест на память, – ЭКГ, – скорость распространения пульсовой волны.

30 Лабораторные исследования: – общий анализ крови, – Общий анализ мочи, – биохимические исследования крови (холестерин, лецитин, сахар крови).

31 Что замедляет старение: Замедленное развитие. У животных в эксперименте отмечалось продление жизни при содержании с рождения при пониженной температуре, умеренной гипоксии и низкокалорийном, но сбалансированном питании. Антиоксиданты (витамины А, Е, С) и микроэлементы (Zn, Se) нужные для работы ферментов. Здоровый образ жизни как физической, так и психической, социальной, духовной и материальной