Свободные радикалы и старение
Чтобы лучше понять суть этой теории, нам придется обратиться ко времени зарождения жизни и начала развития биосферы на нашей планете. Первые одноклеточные растительные и животные организмы появились на Земле около 3 биллионов лет назад, то есть в период, когда, согласно современным космогоническим представлениям, в первичной атмосфере еще не было кислорода. Первым организмам приходилось выживать в суровых условиях, так как от смертельной солнечной радиации их защищали только газы, выделяемые вулканами при извержении.
Первые зеленые растения, оказавшись под надежной защитой вулканических газов, обнаружили способность к фотосинтезу — единственному биологическому процессу, дающему в качестве первичных продуктов углеводы, обеспечивающие все живые клетки энергией, а в качестве побочного продукта — кислород.
Образование большого количества кислорода, способного вступать в реакцию со многими химическими элементами, чуть не привело к катастрофе. Взаимодействие кислорода с химическими элементами, как правило, сопровождается выделением тепловой энергии. При повышении температуры и выделении значительного количества тепла может начаться горение, уничтожающее не только хрупкие внутриклеточные мембраны, но и структуру ДНК. Жизнь, зародившаяся на Земле, нуждалась в надежной защите от кислорода.
Одни микроорганизмы пошли по пути усиления собственных внутриклеточных мембран, хотя такая мера могла рассматриваться лишь как временная. Другие пытались использовать кислород для получения энергии, необходимой для жизнедеятельности их клеток. И наконец, третьи создавали собственные антитела, так называемые антиоксиданты (антиокислители), замедляющие или подавляющие процесс окисления, при котором с повышением температуры начинается горение.
Такое «перемирие» с кислородом было достигнуто нелегким путем, ведь механизм защиты от кислорода разрушается уже при падении яблока с дерева и повреждении его кожицы. Появляющееся на поверхности яблока коричневатое пятно постепенно увеличивается и разъедает плод так же, как ржавчина разъедает железо.
В процессе эволюции живого мира возникли новые виды, клеткам и тканям которых для обеспечения их жизнедеятельности был необходим кислород. Человек как биологический вид появился в результате длительных изменений живой природы.
При вдохе молекулы кислорода через легкие вместе с кровотоком поступают в клетки, где за счет биологического окисления освобождается необходимая для жизни энергия, и образуются протеины (белки). Кислород, участвующий в процессе окисления, обладает высокой реактивной способностью. В результате реакции молекул кислорода с молекулами других веществ равновесие нарушается. Появляются молекулы с большим или меньшим числом электронов. Так образуются свободные радикалы — независимые частицы с неспаренными электронами. Они легко вступают в реакции и обладают большой разрушительной силой.
Свободный радикал отбирает недостающий электрон у соседней молекулы, которая сама превращается в свободный радикал. Последний отбирает недостающий электрон у другой молекулы, и процесс продолжается.
Важно: свободный радикал в течение 24 часов наносит клетке не менее 10 тысяч разрушительных ударов, то есть каждая клетка нашего организма может стать мишенью. Когда молекула, превратившись в свободный радикал, отбирает электрон у другой молекулы, возможны разные ситуации. Если, например, «перепалка» двух молекул происходит в тот момент, когда должна быть точно воспроизведена структура ДНК при делении клеток, то вследствие возможных нарушений и ошибок, возникающих в ходе этого процесса, могут образоваться клетки с неточно воспроизведенной ДНК. Это приводит к раковым заболеваниям. Свободные радикалы, объединяясь в группы, способствуют образованию не предусмотренных природой перекрестных связей между клетками. Жизнеспособность таких клеток понижается, а их восприимчивость к раку повышается. Под влиянием перекрестных связей мышечная ткань уплотняется, и кожа покрывается морщинами.
К счастью, в процессе эволюции живой природы не только был налажен газообмен между организмом и внешней средой, но и созданы антиокислительные ферменты с такими звучными названиями, как гидроксилазы, каталазы, троксидазы, оксидазы. Они «разоружают» свободные радикалы и «под конвоем» осторожно выводят их из клеток.
По теории влияния свободных радикалов на скорость старения организма не каждую «мародерствующую» молекулу можно вовремя обнаружить. Став свободным радикалом, она в течение дня может нанести множество ударов по клетке. С помощью соответствующих ферментов клетка восстанавливает разрушенное, однако с возрастом ее способность к быстрому и качественному «ремонту» снижается. Число свободных радикалов при этом, напротив, увеличивается. Вероятность повреждения клеток резко повышается при концентрации ударов свободных радикалов в определенном направлении, в частности при воздействии на постоянные специализированные структуры клеток — митохондрии, где протекают окислительно-восстановительные реакции, обеспечивающие клетки энергией. В таких случаях образуется избыток свободных радикалов, а поврежденные митохондрии не восстанавливаются. Более того, они даже способствуют собственному разрушению, создавая новые свободные радикалы.
При очень сильном воздействии свободных радикалов на источник энергии клетки последний может быть настолько разрушен, что уже не подлежит восстановлению и клетка погибает. При гибели большого числа клеток функция органа может быть частично или полностью нарушена. Чаще всего от ударов свободных радикалов страдают клетки органов с наиболее высокой потребностью в энергии — сердца, головного мозга и почек.
