Николай Друзьяк - Как продлить быстротечную жизнь

Во 2-й главе речь уже шла о том, что при плохом кислородном обеспечении (при гипоксии) клетка может существовать достаточно длительное время, но делиться при этом условии она уже не сможет. Для стволовой клетки невозможность делиться равнозначна ее гибели – так она запрограммирована. Поэтому в условиях длительной гипоксии стволовые клетки могут существовать только в режиме бескислородного дыхания. При этом они практически не делятся, так как плохо обеспечиваются энергией.

Хочу обратить внимание читателей и на то обстоятельство, что функционально аэробное и анаэробное дыхание выполняется разными органами клетки.

Большая часть массы клетки приходится на цитоплазму. Последняя выглядит как довольно аморфное гелеподобное вещество, в котором рассеяны быстроперемещающиеся в разных направлениях отдельные частицы. Но в действительности цитоплазма более высоко организована, чем это может показаться, исходя лишь из поверхностного взгляда на клетку. С помощью электронного микроскопа в ней обнаруживается множество разнообразных органелл, каждая из которых содержит специфический набор белков и выполняет определенную функцию. Цитоплазма, окружающая эти органеллы, называется цитозолем. Большинство реакций промежуточного обмена происходит в цитозоле. Термин «промежуточный обмен» относится к целому ряду химических реакций, посредством которых клетка расщепляет одни молекулы, запасая часть их химической энергии в форме АТФ, и синтезирует другие молекулы, служащие предшественниками макромолекул, необходимых для функционирования и роста клетки. Цитозоль занимает до 55 % общего объема клетки и содержит тысячи ферментов, катализирующих реакции гликолиза (процесс расщепления глюкозы в отсутствии кислорода с помощью ферментов), а также биосинтеза жирных кислот, нуклеотидов и аминокислот. Около 20 % цитозоля приходится на белок, так что цитозоль представляет собой скорее высокоорганизованную желеобразную массу, нежели просто раствор молекул ферментов.

Как видим, анаэробное дыхание происходит только в цитозоле. А где же происходит кислородное дыхание?

Кислородное дыхание осуществляется в особых органеллах – митохондриях. Последние осуществляют кислородное дыхание и окислительное фосфорилирование (основной функцией метохондрий является сопряжение аэробного процесса окисления с синтезом АТФ), продуцируют энергию, необходимую для функционирования клетки. Они во многом похожи на свободноживущие организмы – по форме и размеру напоминают бактерии, содержат ДНК и размножаются делением. Именно митохондрии ответственны за кислородное дыхание – ни в каких других частях клетки этот процесс не происходит. Митохондрии служат одновременно и силовой станцией клетки, и местом, где происходит окончательное окисление атомов углерода и водорода молекул питательных веществ. Митохондрии – это те центры, к которым ведут все катаболические пути, независимо от того, что служит для них первоначальным субстратом – сахара, жиры или белки. И если по какой-то причине в клетку перестает поступать кислород, энергоснабжение последней происходит только в результате анаэробного дыхания.

Митохондрии почти всех типов клеток животных построены по одному принципу, возможны лишь небольшие отклонения в деталях. Продолжительность жизни митохондрий сравнительно невелика – от 9 до 12 суток.

Митохондрии являются весьма неустойчивыми внутриклеточными органеллами, они раньше других реагируют на возникновение каких-либо патологических состояний (гипоксия, интоксикация, голодание или ионизирующее облучение). Их число значительно уменьшается независимо от причин, вызвавших патологическое состояние. Например, даже в процессе голодания их число может значительно сократиться. Изменения, происходящие с митохондриями, довольно стереотипны (повторяющиеся) и неспецифичны.

При различных повреждающих воздействиях на клетки (воздействие крайних температур, лучистой энергии, кислот, щелочей, солей тяжелых металлов, наркотических средств и др.) в первую очередь гибнут митохондрии. При этом из клеток уходят ионы калия, фосфаты, и накапливаются ионы натрия и хлора, повышаются сорбционные (поглощающие) свойства цитоплазмы, и в клетках начинает преобладать анаэробный гликолиз. А это и есть первый признак начала ракового заболевания.

Кстати, к повреждающим факторам можно отнести и возраст – с возрастом нарастает количество внутриклеточного натрия и уменьшается количество внутриклеточного калия. И точно так же с возрастом увеличивается частота онкологических заболеваний. Например, смертность от рака толстого кишечника в США в зависимости от возраста иллюстрируется такими цифрами: в 30 лет – нет ни одного случая на 1 млн человек, в 40 лет – 20 случаев, в 50 лет – 50, в 60 лет – 100, в 70 лет – 200, а в 80 лет – 360 случаев на 1 млн человек. Но не исключено, что не возраст влияет на нарушение ионного состава в клетках, а какие-то наши погрешности в образе жизни, которые накапливаются с годами и влияют на жизнь наших клеток. Исследования показали, что при старении уменьшается активность дыхательных ферментов, меньше становится и митохондрий, в которых генерируется энергия. Как видим, с уменьшением числа митохондрий в клетках нам следует ожидать перерождения таких клеток в раковые.