Биохимия старения - [92]

При измерении других параметров перечисленных ферментов: К_м, K_i, электрофоретической подвижности и молекулярной массы никаких существенных различий не обнаружено. Каковы же причины возрастных изменений свойств ферментов? Использование совершенной методики типа изоэлектрофокусирования, с помощью которой можно разделять белки, отличающиеся только суммарным электрическим зарядом, не выявило никаких отличий между пероксид-дисмутазами молодых и старых крыс [39, 98, 99]. Более того, когда провели двумерное картирование белков верхних шейных нервных узлов молодых и старых крыс, также не нашли никаких различий, причем в одном направлении белки разделялись в соответствии с их изоэлектрической точкой, а в другом — в соответствии с их молекулярной массой [129]. Триптические карты актина и миозина скелетной мышцы молодых и старых крыс оказались одинаковыми [117].

Таким образом, имеются убедительные данные, которые показывают, что с увеличением возраста ошибки типа замещения аминокислот в белках не возникают в сколько-нибудь существенном количестве ни in vivo, ни in vitro. Появление ошибок является случайным процессом, и если бы они возникали, то существовали бы белки с замещенными аминокислотами, однако такие белки не обнаружены. Кроме того, более или менее постоянную продолжительность жизни видов и постепенное ослабление функции с увеличением возраста нельзя объяснить теорией ошибок, так как для того, чтобы иметь отношение к упомянутым феноменам, ошибки должны возникать с определенной скоростью. Приходится предполагать, что частота ошибок регулируется генами или другими факторами, что противоречит основной идее теории ошибок. Следовательно, маловероятно, чтобы причиной старения было нарастание ошибок в функциональных макромолекулах с возрастом.

Что же тогда служит причиной снижения удельной активности и увеличения термолабильности ферментов, наблюдаемых я пожилом возрасте? Считают, что эти изменения могут появляться в результате незначительных посттрансляционных модификаций белков типа гликозилирования, метилирования и т. д., которые не меняют суммарного электрического заряда молекулы [30]. Это возможно в том случае, если увеличение с возрастом времени полужизни T_½ ферментов обусловлено снижением скорости их деградации. В этом случае молекулы сохраняются дольше и в большей степени подвергаются действию трансфераз, трансаминаз и т. д. Величина T_½ белков будет возрастать, если снижается активность протеаз. Следовательно, необходимо объяснить, почему в старческом возрасте снижается активность ферментов деградации типа протеаз. Таким образом, рассмотренные гипотезы (теория ошибок и посттрансляционных изменений) являются поверхностными, они не вскрывают основной причины старения.

Теория ограничения кодона

Эта теория основана на предположении, что надежность трансляции в клетках зависит от точности считывания триплетных кодонов в молекуле мРНК. [2, 120, 121]. За точное считывание кодонов ответственны в основном тРНК и аминоацил-тРНК — синтетазы. Для кодирования двадцати аминокислот используется 61 триплетный кодон, причем генетический код является вырожденным, т. е. несколько аминокислот кодируются двумя или большим числом кодонов, которым соответствуют две или более изоакцепторных тРНК. Способность к аминоацилированию у разных изоакцепторных тРНК различна. Поэтому количественные изменения в спектре изоакцепторных тРНК могут влиять на скорость считывания и трансляцию. Используются те триплетные кодоны, для которых имеются в наличии соответствующие аминоацил-тРНК. Известно, что молекулы тРНК подвергаются посттранскрипционным модификациям оснований типа метилирования цитозина. Колебания степени этих модификаций могут влиять на аминоацилирование, а следовательно, и точность считывания кодонов мРНК во время трансляции.

Аминоацил-тРНК — синтетазы также играют большую роль в трансляции, так как они распознают соответствующие тРНК и нагружают их специфическими аминокислотами. Они существуют в виде изоферментов. Изменения их специфичности могут привести к неточному аминоацилированию тРНК, неправильному считыванию кодонов и включению неподходящих аминокислот, т. е. синтезу ошибочных белков. Таким образом, точность трансляции является ключевым фактором для сохранения нормальной активности клеток и нормального функционирования организма. Согласно рассматриваемой теории, после достижения половой зрелости может происходить потеря точности трансляции вследствие изменения тРНК и аминоацил-тРНК — синтетаз, что и является причиной старения.

Изменения изоакцепторных тРНК и аминоацил-тРНК — синтетаз возникают как при развитии, так и при старении. Семядоля сои полностью стареет за 21 день. Она содержит 6 изоакцепторных тРНК для Leu и 3 — для Tyr. Доля двух из этих шести тРНК^Leu увеличивается между вторым и пятнадцатым днями. Содержание одной из изоакцепторных тРНК^Tyr снижается в течение 15 дней, тогда как количество другой в этот период увеличивается. Одновременно изменяется активность лейцил-тРНК — синтетаз; через 21 день активность синтетазы по отношению к изоакцепторным тРНК 1–4 резко снижается, но скорость ацилирования изоакцепторных тРНК 5 и. 6 остается высокой.