Живая клетка, подобно любой другой биологической системе, подвергаясь воздействию флуктуирующих энергетических и химических факторов среды, претерпевает различные разрушительные изменения.
Эти изменения варьируют от мельчайших скоплений инородных веществ или изменений субмикроскопических мембран и пластинок до глубоких изменений в целых системах органов. Подобных изменений не претерпевают лишь те образования, которые находятся на самом низком энергетическом уровне. Однако не исключена возможность их перехода в состояние, соответствующее более высокому энергетическому уровню, оставаясь на котором в течение некоторого времени, они также могут подвергаться структурным изменениям.
Для того, чтобы установить роль такого явления как денатурация в процессе старения, мы исследовали в опытах на дрозофиле влияние кратковременного теплового шока.
Сайнекс количественно оценил влияние температуры тела на скорость старения коллагена, использовав данные Вира о сокращении сухожилий хвоста кенгуру. Сайнекс указал, что экстраполяция в область более низких температур не представляет интереса; в самом деле, сокращение коллагена при низких температурах происходит столь медленно, что не поддается измерению в лабораторных условиях. К структурам, играющим роль в процессах старения, не могут относиться такие, которые легко разрушаются от теплового воздействия при «нормальных» температурах, так как в организме, продолжительность жизни которого исчисляется годами или десятилетиями, любая жизненно важная структура, повреждающаяся в течение нескольких дней под влиянием температуры тела, очевидно, подвергнется замещению. С процессом старения не могут быть связаны и слишком устойчивые структуры, период полусуществования которых в условиях, соответствующих внутриклеточным, исчисляется тысячелетиями. Для процесса старения имеют значения структуры, естественная продолжительность существования которых соответствует естественной продолжительности жизни тех животных, о которых идет речь. Такие структуры не настолько эфемерны, чтобы произошло их замещение, но достаточно лабильны для возникновения возрастных изменений.
Было высказано предположение, что одной из таких структур является ДНК, хотя не существует убедительных данных непрерывности функционирования всех молекул ДНК, содержащихся в ядре дифференцированной клетки млекопитающих, особенно в постмитотическом периоде. Тем не менее если (как предлагает Сайнекс) судить о стабильности ядерной ДНК млекопитающих по стабильности трансформирующего фактора (ДНК пневмококков), то придется признать, что ее термостабильность не соответствует нормальной продолжительности жизни млекопитающих. Возможно, что в ядрах существуют какие-то особые, пока не известные нам условия, под влиянием которых стабильность генов в клетках оказывается ниже, чем в модельных системах.
Другим внутриклеточным образованием, интересным с точки зрения возможности локализации в нем денатурирующих процессов, связанных со старением, является митохондриом. Его превращения в клетках были недавно изучены Флетчером и Санади (личное сообщение).
Маловероятно, чтобы процессы старения происходили в митохондриях, поскольку, согласно данным этих авторов, время обновления трех различных компонентов митохондрий (железо, сера белков и углерод липидов) менее 2 недель. Возможно, конечно, что частота ошибок при синтезе митохондрий в клетках старых особей больше, чем в клетках молодых.
Кроме тепловых воздействий, источником разрушительных влияний, которые не относятся к категории легко устраняемых в процессе обычных превращений, происходящих в живой системе, являются взаимодействия между клеточными структурами и лабильными, реактивными промежуточными продуктами обмена. Речь идет, в частности, о таких реакционноспособных группировках, как радикалы ∙ОН и ∙Н2О. Есть основания полагать, что повреждающее действие ионизирующих излучений косвенно связано с накоплением именно этих радикалов. Образовавшиеся под действием излучения или при процессах обмена группировки, вследствие выраженного сродства к электрону, способны вступать в реакции с различными компонентами клетки, в частности с ненасыщенными жирными кислотами, у которых они отнимают водород. Вторично образовавшиеся при этом органические радикалы в свою очередь обладают выраженным сродством к молекулярному кислороду; так возникает цепная реакция. Весьма возможно, что основное значение ферментов, расщепляющих перекись водорода, например, каталазы, а также метаболитов, связывающих свободные радикалы, например, витамина Е, состоит не в преходящем влиянии на обмен веществ в клетках, а в той роли, которую они играют в качестве агентов, стабилизирующих структурные компоненты клетки и защищающих их от воздействия свободных радикалов.