Антиоксидантные системы

Другая важная система витаукта — антиоксидантная. Считается, что в ходе жизнедеятельности организма образуются свободные радикалы — промежуточные продукты обмена, которые благодаря наличию неспаренного электрона обладают чрезвычайно высокой реакционноспособностью и могут вносить «хаос и беспорядок» в тонко налаженную биохимическую машину. Хотя в принципе свободные радикалы могут образоваться в ходе многих процессов, все же основным их источником являются идущие с участием молекулярного кислорода окислительно-восстановительные процессы, в ходе которых образуются наиболее

121

агрессивные радикалы гидроксила (OH'), супероксида (O₂') и перекиси (PO₂'). Как и в случае репарации ДНК, естественным представляется предположение о существовании положительной корреляции между ВПЖ и параметрами АО-систем. Однако экспериментальная проверка этой очевидной гипотезы оказалась довольно сложной задачей. Проблема значительно осложняется из-за наличия в клетке многочисленных и взаимосвязанных АО-систем. Так, к настоящему времени известны три специфических фермента — супероксиддисмутаза (СОД), каталаза и глутатион-пирролаза (ГП) — и более десятка сравнительно низкомолекулярных биохимических соединений типа витамина E, аскорбиновой кислоты, каратенов, мочевины, селена, церулоплазмина и др.

Наиболее всесторонне из этих систем изучена СОД. По некоторым оценкам, в клетках печени млекопитающих имеется примерно 100 000-кратный избыток молекул СОД относительно супероксидных радикалов, благодаря чему только незначительная часть их (примерно 4 из 10⁶) проскакивает через СОД-барьер (Кольтовер, 1981). Изучение активности этого фермента в мозге, миокарде и печени 12 видов приматов и 2 видов грызунов обнаружило лишь слабую положительную корреляцию с ВПЖ. При этом активность фермента была примерно одинаковой в указанных органах (Опо et al., 1980; Tolmasoff et al., 1980). Однако авторы этих работ полагали, что следует сопоставить с ПЖ не саму активность СОД, а отношение СОД к интенсивности основного обмена, так как последняя величина точнее определяет взаимоотношения между вероятностью образования и гашения свободных радикалов. В такой постановке вопроса, который вызвал оживленную дискуссию в геронтологической литературе, был получен очень высокий коэффициент корреляции СОД с ВПЖ (г = 0.998) (Tolmasoff et al., 1980). Использованный при этом прием не свободен от просчетов как с методологической, так и логической точек зрения. Даже согласившись с предложенным приемом, активность СОД следовало соотнести с интенсивностью метаболизма в тех тканях, в которых была определена активность СОД, а не с теплопродукцией всего организма, так как это совершенно разные по видовым отличиям параметры (см. с. 112). Все сказанное отнюдь не исключает возможности существования коррелятивной зависимости между ВПЖ и АО-защитой, тем более что в аналогичной серии опытов на 11 видах млекопитающих была обнаружена положительная коррелятивная связь между ВПЖ и активностью СОД в мозге (г = 0.64). Ни один из 5 параллельно изученных ферментов (лактат-дегидрогеназа, глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназа, глутамин-оксалацетаттрансфераза, креатинфосфокиназа и холинэстераза) не обнаруживал подобной корреляции (Опо, Okada, 1984).

Интересные и несколько противоречивые результаты были получены при сопоставлении с ВПЖ концентрации мочевины в плазме. У 21 вида приматов была обнаружена значимая положительная корреляция (г = 0.82), у остальных изученных 12 видов

122

млекопитающих эта зависимость была более сложной (Cutler, 1984). ВПЖ млекопитающих хорошо коррелировала также с содержанием в плазме крови других АО — каратеноидов, а-токоферола. В то же время между ВПЖ и аутоокислительными процессами в гомогенатах мозга была обнаружена отрицательная корреляция как для приматов (/- = —0.61), так и для млекопитающих в целом (/- = —0.65). По мнению Катлера (Cutler, 1984), более высокий уровень аутоокислительных процессов, измеренный по накоплению малонового альдегида, свидетельствует о более высокой суммарной АО-активности в тканях долгоживущих видов. Между ВПЖ и содержанием в плазме церулоплазмина, а также аскорбиновой кислоты в надпочечниках, печени, церебриальной жидкости и мозге практически не существовало коррелятивной зависимости. Неожиданным оказалось сопоставление ВПЖ с содержанием глутамина — одного из потентных АО. Вместо ожидаемой положительной корреляции была обнаружена отрицательная коррелятивная зависимость. Примерно такие же результаты были получены для другой важной АО-системы — глутатион-пероксидазы, активность которой в печени (г = —0.32) и мозге (г = —0.55) отрицательно коррелировала с ВПЖ (Cutler, 1984). Подобную отрицательную коррелятивную связь, видимо, можно объяснить тем, что глутаминовый АО-барьер выполняет роль «системы слежения» СОД-защиты (Кольтовер, 1981).

Коррелятивная связь различных показателей АО-систем с ПЖ обнаруживается не только при сравнении разных видов, но и на других экспериментальных моделях, например у разных инбридных линий мышей (Kellogg, Fridovich, 1976). Удобный объект для изучения этой проблемы — дрозофила. Наличие линий с разной ПЖ и хорошо картированными генетическими дефектами позволяет глубже проанализировать природу коррелятивных взаимоотношений, связать их с функциональными и структурными особенностями конкретных локусов хроматина. Так, сравнивая активность СОД у интактных и короткоживущих мутантных мух, обнаружили, что последние обладают значительно меньшей АО-защитой. Причем специальные опыты выявили, что отличия активности СОД обусловлены не митохондриальной, а цитоплазматической фракцией фермента (Bartosz et al., 1979).

Таким образом, судя по отрицательной корреляции ВПЖ с аутоокислительными процессами, уровень свободных радикалов у короткоживущих видов выше. Видовые отличия этого показателя, определяемые как суммарный итог двух противоположных процессов — образования и гашения свободных радикалов, в целом подтверждаются результатами анализа ЭПР-сигналов свежезамороженных срезов мозга млекопитающих и птиц (Marechal et al., 1973). Однако с ВПЖ положительно коррелируют не все АО-системы. Из-за сложной взаимосвязи между ними увеличение активности одной из них может привести к снижению других и тем самым осложнить характер коррелятивной связи.

123

Микросомальные системы оксидаз

Микросомальные ОСФ — многокомпонентная система транспорта электронов, отвечает за окисление таких экзогенных и эндогенных соединений, как стероиды, жирные кислоты, лекарственные препараты, химические канцерогены и др. В эту систему включены флавопротеид-ЫАЭРН-цитохром-Р-450-редуктаза, цитохром Ь₅ и цитохром Р-450, из которых Р-450 выполняет наиболее важную роль связывания и окисления субстрата и в значительной степени определяет функциональную специфику этой системы. ОСФ — чрезвычайно лабильная и индуцибельная система и в отличие от подавляющего большинства других ферментов способна длительно поддерживать высокий уровень активности без видимых признаков «истощения». Поэтому активность ОСФ у интактных животных отражает не столько функциональную мощь этой системы, сколько уровень окисляемых токсических продуктов. Возможно, этим объясняется отрицательная корреляция между ВПЖ и содержанием Р-450 в культуре фибробластов 6 видов млекопитающих (Pashko, Schwartz, 1982). По данным нашей лаборатории (Парамонова, 1983), существует обратная корреляция между ВПЖ мышей, крыс, морских свинок, кроликов, собак и активностью N-деметилазы аминопирина у старых животных.

Известно, что цитохром Р-450 имеет многочисленные формы, что обеспечивает специфичность к субстратам разной природы. В частности, метаболизм бензпирена осуществляется цитохромом, который имеет пик поглощения при 448 нм и назван Р-448. Оказалось, что именно содержание Р-448 лучше коррелирует с ВПЖ. Так, коэффициент корреляции между ВПЖ и Р-450 составляет /■=-0.87 (Р<0.05), а с Р-448 — г = -0.93 (Р<0.01). Значимая отрицательная корреляция существовала и для отношения Р-448/ Р-450 (r = -0.89) (Cutler, 1984).

Ранее была обнаружена отрицательная корреляция между ВПЖ и скоростью метаболизма таких известных мутагенов, как 7,12-диметилбензоантрацен и бензпирен (Schwartz, Moore, 1978). Так как мутагенной активностью обладают не столько указанные полициклические углеводороды, сколько продукты их метаболизма, то отрицательная корреляция между ВПЖ и Р-450 объясняет хорошо известный факт меньшей способности к образованию опухолей у человека и других долгоживущих видов по сравнению с короткоживущими видами. Однако приведенные работы не должны создавать иллюзию полной ясности связи ОСФ с ВПЖ. Как и в случае с АО-системами, многообразие детоксикационных систем разной степени специфичности и кооперативности взаимодействия нередко приводит к разнонаправленной или сложной динамике их видовых отличий (Miranda, Chhabra, 1980). Лишь при сопоставлении крупных таксономических единиц проявляются видовые отличия. Так, сопоставляя активность ОСФ и содержание Р-450 в печени видов разных классов позвоночных, было

124

обнаружено, что уровень этих показателей уменьшается в ряду: млекопитающие, птицы, амфибии и рыбы. При этом обращает на себя внимание то, что у теплокровных, очевидно, из-за более интенсивного метаболизма детоксикационные системы работают с большей нагрузкой.

Таким образом, существует множество коррелятивных связей между отдельными морфологическими, физиологическими и молекулярно-биологическими параметрами организма и ВПЖ Многообразие таких коррелятов свидетельствует о том, что ВПЖ связана со многими звеньями биологической организации. Хотелось еще раз подчеркнуть, что наличие коррелятивной связи не является доказательством существования причинно-следственных взаимоотношений, оно лишь сужает круг «претендентов» при выборе показателей, модификация которых может привести к увеличению

пж.