С какой скоростью происходит тепловое повреждение деградация ДНК в клетке при температуре 37°

БИОГЕРОНТОЛОГИЯ. СТАРЕНИЕ ЧЕЛОВЕКА

 

С какой скоростью происходит тепловое повреждение деградация ДНК в клетке при температуре 37°

 

 

СМОТРИТЕ ТАКЖЕ:

 

Старение организма

 

ДОЛГОЛЕТИЕ — социально-биологическое явление...

 

Активное долголетие. Модель академика Микулина. Вибромассаж

 

ЗДОРОВЫЙ ОБРАЗ ЖИЗНИ. Твоё здоровье

 

САМОЛЕЧЕНИЕ ХА-РУ-ФОТ ДОЛГОЛЕТИЕ. Комплекс упражнений...

 

ЮВЕНОЛОГИЯ. Как помолодеть

 

Роль овощей в питании человека - диетическое питание человека...

 

СТАРОСТЬ, СТАРЕНИЕ — неизбежные, закономерные...

 

Старение и долгожительство. Что известно о старении

 

 

 

Тепло и гены

 

Даже обычная температура тела животных является для существования их клеток отнюдь не безопасной. Про температуру около 37 °C врачи говорят – она нормальная, биологи и физиологи – физиологическая. Но посмотрим, что происходит с молекулами при этой температуре.

 

О том, что некоторые ферменты при этой температуре спонтанно могут терять свою активность (инактивироваться), известно давно. Последствиям этой тепловой нестабильности белков серьезного значения не придавали, поскольку инактивированные молекулы белка в клетке могут быть заменены новыми. Но ведь генетическая информация таким образом не заменяется, хотя при определенных условиях имеющиеся искажения ее могут быть устранены.

 

В делящихся клетках она передается дочерним клеткам в результате процесса удвоения ДНК, ее редупликации. В неделящихся клетках, таких, как нейроны или мышечные клетки взрослых животных, редупликативного синтеза ДНК не происходит. Поэтому такие клетки должны функционировать в организме в течение всей его жизни с одним и тем же набором молекул ДНК. По крайней мере в течение первой ее половины должна сохраняться и генетическая информация женских половых клеток. Ведь гибель любой из этих клеток не может быть компенсирована делением оставшихся. Следовательно, в организме человека одна и та же ДНК находится во многих клетках при температуре 37° в течение многих десятков лет.

 

Теперь мы можем сформулировать вопрос, который, как это уже становится очевидным, является принципиальным для понимания молекулярно‑генетических механизмов старения: с какой скоростью происходит тепловое повреждение (деградация) ДНК в клетке при 37°?

 

Ответа на этот вопрос в первом издании этой книги мы дать не могли – к моменту ее написания еще не существовало достаточно точных методов определения скорости тепловой деградации ДНК при температурах, резко не отличающихся от физиологических.

 

В промежутке времени между двумя изданиями этой книги нам, а затем нескольким другим группам исследователей удалось разработать методики и с их помощью измерить скорость тепловой деградации ДНК в клетках человека и других млекопитающих при температурах, не намного превышающих 37 °C.

 

Но сначала оценим приблизительно эту скорость из результатов опытов по тепловому повреждению (деструкции) ДНК в растворе. Установлено, что при такой деструкции "слабым местом" в ДНК является связь оснований с сахаром – так называемая гликозильная связь с ним пуринового основания. При нагревании растворов ДНК наблюдается прежде всего выщепление из ДНК пуриновых оснований – происходит процесс депуринизации ДНК. Это схематически показано на рис. 1.

 

После того как основание выщепилось из ДНК, связь фосфатной группы с сахаром (фосфодиэфирная связь) в участке депуринизации становится довольно неустойчивой, и она быстро подвергается разрушению вследствие присоединения молекулы воды (т. е. происходит гидролитический разрыв полинуклеотидной цепи).

 

Итак, в ДНК "спонтанно" протекают два основных повреждающих ее процесса – депуринизация и образование разрывов полинуклеотидной цепи. Скорости протекания обоих процессов зависят не только от температуры, но и от концентрации водородных ионов (рН) и ионов других солей (ионной силы раствора). Если хранить ДНК в водном растворе при значениях ионной силы и рН, близким к тем, при которых ДНК существует в клетке, то скорость депуринизации ДНК при "физиологической" температуре 37° будет столь мала, что ее трудно измерить с большой точностью современными методами количественного анализа пуриновых оснований.

 

Однако можно еще определить скорость депуринизации ДНК и при других различных температурах и построить график зависимости константы скорости депуринизации от температуры. Этот график в так называемых Аррениусовых координатах имеет вид прямой (линия 1, рис. 5, где показана такая зависимость от температуры, линия 2 – скорости депуринизации лиофилизованной ДНК).

 

скорость депуринизации ДНК

 

Рис. 5.  Зависимость от температуры константы скорости депуринизации ДНК in vitro и образования суммы апуриновых участков и разрывов ДНК in vivo: I  – выщепление аденина (·) и гуанина (x) из ДНК тимуса теленка в Na‑цитратном буфере при значении ионной силы несколько большей физиологической и рН 6,8 и депуринизация ДНК бактерий (точка 1) или ДНК фага Т7 (точка 2) при значениях ионной силы и рН, близких к физиологическим условиям; точки 3 и 4 – образование тепловых повреждений ДНК in vivo соответственно, в клетках грызунов и в культивируемых фибробластах человека; II  – выщепление аденина (Δ) или гуанина (+) из лиофильно высушенной ДНК тимуса теленка

 

Известные физико‑химические свойства ДНК таковы, что кривую можно продолжить (экстраполировать) до значений абсциссы, соответствующей температуре 37°. Рассчитанная нами таким методом константа скорости депуринизации близка к значению 11‑10 в секунду. Это означает, что из ДНК при физиологических условиях (т. е. при значениях температуры, рН и ионной силы, близких к таковым в клетках) каждую секунду в расчете на 1010 оснований должно теряться примерно одно основание.

 

 



 

К содержанию книги: Биология человека. Причины старения организма и долголетие

 

 

Последние добавления:

 

ПАЛЕОПАТОЛОГИЯ. БОЛЕЗНИ ДРЕВНИХ ЛЮДЕЙ

 

 ГЕОЛОГИЯ БЕЛАРУСИ

 

ВАСИЛИЙ ДОКУЧАЕВ

 

ЗЕМЛЕДЕЛИЕ. ПОЧВОВЕДЕНИЕ. АГРОХИМИЯ