Αρχική Σελίδα > Η γήρανση στους οργανισμούς. Μέρος Δεύτερο. Το γήρας σαν μια γενετικά προγραμματισμένη διακοπή της λειτουργίας των κυττάρων για λόγους που σχετίζονται με την διαφοροποίησή τους και εξέλιξη των οργανισμών.

Η γήρανση στους οργανισμούς. Μέρος Δεύτερο. Το γήρας σαν μια γενετικά προγραμματισμένη διακοπή της λειτουργίας των κυττάρων για λόγους που σχετίζονται με την διαφοροποίησή τους και εξέλιξη των οργανισμών.

της Δήμητρας Σπανού καθηγήτριας Χημικού , μητέρας και σε μια σχετικά ώριμη ηλικία

ΜΕΡΟΣ ΔΕΥΤΕΡΟ

Ερχόμαστε από μια σκοτεινή άβυσσο· καταλήγουμε σε μια σκοτεινή άβυσσο· το μεταξύ φωτεινό διάστημα το λέμε Ζωή.

Νίκου Καζαντζάκη, Ασκητική (απόσπασμα)

¨Οπως αναφέρθηκε στο πρώτο μέρος.

δυο είναι σε γενικές γραμμές οι υποθέσεις, που επιχειρούν να δώσουν κάποια ερμηνεία στο φαινόμενο της γήρανσης των οργανισμών

Α. Η τυχαία και προοδευτική άθροιση βλαβών σε βιομόρια

Β. Η γενετικά προκαθορισμένη έκπτωση των λειτουργιών που συνδέονται με τον κυτταρικό κύκλο

Γ.Έλλειψη σημάτων επιβίωσης (αυξητικοί παράγοντες), ή παρουσία σημάτων θανάτου(αντινοβόληση, χημειοθεραπευτικά φάρμακα, διάφοροι άλλοι κυτταρικοί παράγοντες Fas-L, Fas, TNF,TNF-R)

Μέρος Δεύτερο

Β. ΕΙΝΑΙ Η ΓΗΡΑΝΣΗ ΤΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ ΜΙΑ Η ΓΕΝΕΤΙΚΑ ΠΡΟΚΑΘΟΡΙΣΜΕΝΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ Ή

τα κύτταρα απλώς, ακολουθούν την παγκόσμια μοίρα του θερμικού θανάτου του σύμπαντος λόγω της αύξησης της εντροπίας;

Ενώ δηλαδή η ανάπτυξη του κυττάρου είναι μια προγραμματισμένη διαδικασία η γήρανση αντίθετα, δεν θεωρείται προγραμματισμένη .

Στην γήρανση των κυττάρων συμμετέχουν όχι μόνο τα ενεργά κύτταρα που μπορεί να διαιρεθούν αλλά και η εξωκυττάρια ουσία ακόμα και κύτταρα που δημιουργούνται μετά από μιτωτική διαίρεση.

Ίσως η διαδικασία της διαίρεσης των κυττάρων είναι το κλειδί για να κατανοήσουμε την διαδικασία της γήρανσης

Σε έναν οργανισμό μπορεί να αναγνωρίσουμε τρεις κατηγορίες κυττάρων

α. Κύτταρα πολύ εξειδικευμένα(όπως τα νευρικά) που δεν διαιρούνται πλέον και παραμένουν όπως είναι μέχρι να πεθάνουν,

β. κύτταρα που κανονικά δεν διαιρούνται παρά μόνο κάτω από ιδιαίτερες συνθήκες όπως τα κύτταρα του συκωτιού

γ. κύτταρα που διατηρούν σχετικά υψηλή την ικανότητα της μιτωτικής διαίρεσης (κύτταρα ιστών, γονάδες, βλαστοκύτταρα )

Όπως είναι γνωστό τα τρις εκατομμύρια (10¹³) έως τετράκις εκατομμύρια (10¹⁴) των κυττάρων στον ανθρώπινο οργανισμό έχουν προέλθει από αναρίθμητες κυτταρικές διαιρέσεις του πρώτου αρχικού κυττάρου, του ζυγωτού. Κυτταρικές διαιρέσεις που συνεχίζονται και μετά τον σχηματισμό του ωρίμου ατόμου, ώστε να αντικατασταθούν νεκρά ή γερασμένα κύτταρα, (περίπου 25000000 κύτταρα διαιρούνται κάθε δευτερόλεπτο).

Η διαδικασία του πολλαπλασιασμού των κυττάρων γίνεται μέσα από την διαδικασία της μίτωσης. Η μίτωση ακολουθεί κάποια στάδια έως την ολοκλήρωσή της .

Την μεσόφαση που αποτελείται από 3 στάδια:

Το G1 ((βιοσύνθεση νέων μορίων μέσα στο κύτταρο), το S (σύνθεση DNA και διπλασιασμός χρωμοσωμάτων) το G2 (κίνηση στοιχείων του κυττάρου πριν διαιρεθεί ) .

Για να περάσει το κύτταρο από την G1 στην επόμενη φάση και τελικά να διαιρεθεί πρέπει να έχει συνθέσει όλα τα νέα μόρια που χρειάζονται για να διπλασιαστεί στην συνέχεια. Αλλά ακόμα κι αν αυτό έχει συμβεί είναι πιθανόν να παραμένει εκεί για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα εάν 1. Δεν υπάρχει τροφοδοσία και 2. Υπάρχει συνωστισμός

Εδώ λοιπόν φαίνεται καθαρά γιατί σε έναν νέο αναπτυσσόμενον οργανισμό ,που και η τροφοδοσία γίνεται ευκολότερηα αλλά και υπάρχει "άνεση χώρου" τα κύτταρα πολλαπλασιάζονται γρήγορα από έναν άλλον που έχει συμπληρώσει την ανάπτυξή του

Και βέβαια καθώς η ολοκλήρωση της διαίρεσης καθυστερεί τα κύτταρα σιγά σιγά γερνούν, με τις φθορές που συνεπάγει η ζωή , (οξειδώσεις από τον μεταβολισμό, γλυκοζυλίωση βιομορίων).

(Να σημειώσω εδώ ότι τα τελευταία είναι δικές μου σκέψεις και γι αυτό δίνονται και με κάποια επιφύλαξη)

Παρ' όλα αυτά

Σε έναν οργανισμό η ζωή των ώριμων κυττάρων θα μπορούσε να διαρκέσει απεριόριστα, εάν υπήρχε κανονική τροφοδοσία και αν άλλαζαν διαρκώς ,οι πρωτείνες που συντίθενται από το mRNA και εάν λειτουργούσαν μηχανισμοί αποκατάστασης των υποβαθμισμένων βιολογικών μορίων

Στη πραγματικότητα όμως αυτή η στατική αντιμετώπιση παραβλέπει όλη τη δυναμική της ζωής των κυττάρων αφού αυτά “μάχονται ” συνεχώς ενάντια σε ένα περιβάλλον που αυθόρμητα οδηγείται σε αταξία, όπως άλλωστε καθορίζεται και από θερμοδυναμικούς νόμους. Στο περιβάλλον αυτό τα βιολογικά συστήματα προσπαθούν να επιβιώσουν αλλά τελικά κανένα φυσιολογικό κύτταρο δεν μπορεί να λειτουργεί για άπειρο χρόνο.

(https://multimedia.biol.uoa.gr/2015/bkfys/Globalnew/ΦΧ/KEF_15_IPT.pdf)

Στην πράξη όμως τα αποτελέσματα δεν είναι ενθαρυντικά.

( Εικόνα: Κυτταρικός ιστός από κρεμμύδι όπου βλέπουμε κύτταρα σε διάφορες φάσεις κυτταρικόυ κύκλου)

Έχει διαπιστωθεί ότι τα κύτταρα σταματούν να διαιρούνται από ένα αριθμό διαιρέσεων και μετά

Όπως είπαμε, τα νευρικά κύτταρα , τα γραμμωτά μυικά και τα ερυθροκύτταρα, που δημιουργούνται και παραμένουν έως το τέλος χωρίς να διαιρούνται. Τα υπόλοιπα κύτταρα διαιρούνται από 20 έως 50 φορές και μετά σταματούν. Ο κύκλος της ωρίμανσης και διαίρεσης τους διαφοροποιείται στην πορεία. Στην πραγματικότητα διακρίνουμε φάσεις κυτταρικών διαιρέσεων που εξαρτώνται από τον ρυθμό διπλασιασμού των υποκυτταρικών σωματιδίων. Ο ρυθμός διπλασιασμού στα νέα κύτταρα είμαι έντονος

Αυτό δικαιολογείται από τα παραπάνω και ο βιολογικό του νόημα είναι πως ίσως αυτό να αποτελεί και μηχανισμό απομάκρυνσης ελαττωματικών μορίων που τυχόν μεταγράφονται ή και κατεστραμμένων. Αυτό που δεν δημιουργείται από την αρχή, είναι η μεμβράνη του κυττάρου, που

"ξεχυλώνει ¨σε αναπτυγμένα κύτταρα πριν την διαίρεση. Στην συνέχεια διατηρούνται αρχικές πρωτείνες (που περνούν από κύτταρο σε κύτταρο στις μετάπειτα διαιρέσεις) και συμπληρώνονται με την προσθήκη λιπιδίων και πολυπεπτιδίων για να πάρουν την τελική μορφή στα νέα κύτταρα της μεμβράνης κάθε νέου κυττάρου

Στην συνέχεια ο ρυθμός διπλασιασμού γίνεται πιο αργός.

Την διαίρεση του κυττάρου επηρρεάζουν ενδοκυτταρικοί παράγοντες απλλά και εξωκυττάρια σήματα όπως η αυξητική ορμόνη. Όπως την επιβράδυνση η αναστολή της διαίρεσης θεωρείται ότι επιρρεάζουν αντίστοιχοι παράγοντες όπως η αύξηση της πρωτείνης U που συσσωρεύεται.

Οι κύκλοι των κυττάρων και η σημασία τους

Η προγραμματισμένη διακοπή της λειτουργίας των κυττάρων

Στους μονοκύτταρους οργανισμούς η έννοια της γήρανσης και του θανάτου δεν έχει νόημα διότι όταν μεγαλώσουν , δηλαδή όταν αυξηθεί η μάζα και ο όγκος τους διαιρούνται σε δυο νέα κύτταρα, και μόνον η έλλειψη τροφής διακόπτει την εξέλιξή τους.

Στους πολυκύτταρους αντίθετα, είναι διαφορετικά. Εδώ υπάρχει η εξειδίκευση και θεωρείται πως σε αυτό οφείλεται η αναγκαιότητα της γήρανσης και της διακοπής της λειτουργίας ( θανάτου) των κυττάρων μετά από έναν συγκεκριμένον αριθμό διαιρέσεων.

Η προγραμματισμένη διακοπή της λειτουργίας των κυττάρων , έχει σημασία για την εμβρυογένεση, (η ανάπτυξη δακτύλων στον άνθρωπο και άλλα ζώα, οφείλεται σε αποικοδόμηση ενδιάμεσων κυττάρων όπως και η καταστροφή των κυττάρων της ουράς του γυρίνου που τον μεταμορφώνουν σε βάτραχο είναι βέβαια εξελικτικός παράγοντας.

Η ίδια θεώρηση της διακοπής της κυτταρικής λειτουργίας σε επίπεδο οργανισμού, με την συνέχιση της ζωής μέσω των απογόνων, θεωρείται ότι διέπεται από τον ίδιο εξελικτικό μηχανισμό για καλλιτέρευση του είδους

Το κύτταρο γερνάει

Προγραμματισμένη διακοπή της αντιγραφής του DNA

Από τελευταίες έρευνες διαπιστώθηκε πως την διάρκεια της ζωής του κυττάρο , την "μετρούν" κάποια κομμάτια γονιδιώματος που βρίσκονται στις άκρες των χρωμοσωμάτων (στην αρχή και στο τέλος) και ονομάζονται τελομερή. Όταν το κύτταρο πρόκειται να διαιρεθεί, το DNA προκειμένου να γίνει ευκολότερη η αντιγραφή και η μεταφορά του στα δυο

άκρα του αρχικού κυττάρου, κόβεται σε κομμάτια, που ο αριθμός τους είναι καθορισμένος για κάθε οργανισμό . Αυτά είναι τα χρωμοσώματα .

Στα άκρα των χρωμοσωμάτων υπάρχουν νουκλεοτίδια ασυνάρτητα τοποθετημένα στην σειρά , χωρίς να εκφράζουν κάποιο γονίδιο, να δίνουν δηλαδή κάποιο μύνημα μεταγραφής. Σε κάθε διπλασιασμό όμως του DNA, που γίνεται με τον διπλασιασμό των χρωμοσωμάτων, όλο και κάποιο , από αυτά τα χωρίς νόημα τελικά νουκλεοτίδια των τελομερών των χρωμοσωμάτων ,"κόβεται"¨από την αρχή ή το τέλος του. Έτσι όταν αυτά τα άχρηστα (κατ΄εμάς ) κρόσσια των χρωμοσωμάτων, συρρικνωθούν σε ένα κρίσιμο μέγεθος, το κύτταρο αντιλαμβάνεται πως έχει έρθει η ώρα να εγκαταλείψει τον μάταιο τούτο κόσμο . Τα τελομερή απλά μετρούσαν τον χρόνο του.

αλλά όχι μόνον....

Ας σημειώσουμε ότι παρά το ότι τα τελομερή δεν κωδικεύουν κάποια πρωτείνη ή άλλο, όμως έχουν τέτοια δομή που

επιτρέπουν την προσκόλληση πρωτεινών που «δένουν» τη διπλή έλικα του DNA σε κάθε άκρη της.

Βέβαια με μικρότερα , φθαρμένα, τελομερή από τις συνεχείς διαιρέσεις ο δίπλωμα και πακετάρισμα του DNA στα νέα κύτταρα θα πρέπει να δυσκολεύει.

( αυτό είναι όμως μια δική μου υπόθεση)

Ίσως αυτή να είναι και η αιτία που κλωνοποιημένοι οργανισμού από σωματικά βλαστοκύτταρα δεν ζουν όσο ζουν οι κανονικοί οργανισμοί

τα βλαστοκύτταρα έχουν ήδη υποστεί αρκετές διαιρέσεις με την ανάλογη φθορά των τελοειδών στα χρωμοσώματά τους

( και αυτό όμως είναι, άλλη μια δική μου υπόθεση)

Απεικόνιση των χρωμοσωμάτων με σημασμένα τελομερή. Αυτά να ενωθούν στις περιοχές των τελομερών για να δώσουν ξανά το μόριο του DNA

Τα λυσοσσώματα

Υπάρχουν μηχανισμοί που καταστρέφουν βιομόρια συνήθως με την υδρόλυση και τα οργανίδια που την ξεκινούν είναι τα λυσοσώματα.

Τα λυσοσώματα , είναι κυστίδια μέσα στο κυτταρόπλασμα που περιβάλλονται από μεμβράνη και περιέχουν δραστικά ένζυμα που μπορούν να καταστρέψουν όλα σχεδόν τα βιομόρια του κυττάρου αλλά και τυχόν μικροοργανισμών. Σε ορισμένες περιπτώσεις ελευθερώνουν τα ένζυμα υδρολάσες , σε όξινο περιβάλλον-, που προκαλούν διάσπαση μέσω υδρόλυσης, κυτταρικών βιομορίων (αυτοφαγοσώματα).

Αυτό συμβαίνει λόγω γήρανσης των κυττάρων αλλά κι όταν υπάρχει πτώση τάσης οξυγόνου μέσα στο κύτταρο (υποξία). Τα παραπάνω ισχύουν για όλα σχεδόν τα βιομόρια πρωτείνες , λιπίδια, πουρίνες, γλυκάνες κ.α.

Ελεύθερες ρίζες παράγονται επίσης και με την δράση των λυσοσωμάτων

Προγραμματισμένη και η καταστροφή βιομορίων του μεσοκυττάριου χώρου

Προβλήματα και στον μεσοκυττάριο ουσία για την σταθερότητα και στήριξη των κυττάρων

Αλλοιώσεις στο κολλαγόνο

Στους περισσότερους ιστούς τα μεσοδιαστήματα των κυττάρων γεμίζουν από την μεσοκυττάρια ουσία, που υποβοηθά τα κύτταρα, τα στηρίζει και τα τροφοδοτεί.

Η μεσοκυττάρια ουσία αποτελείται συνήθως από γλυκοπρωτείνες ( όπως κολλαγόνο, φιβρονεκτίνη λαμινίνη, ελαστίνη, ινονεκτίνη, ), υαλουρονικό οξύ κ.α. Όμως σε ορισμένους ιστούς (επιθηλιακός ενδοθήλιο, συνδετικός), υπάρχουν ανάμεσα σε άλλες γλυκοπρωτείνες και ίνες κολλαγόνου. Κολλαγόνο συναντάμε στους συνδετικούς ιστούς που στηρίζουν άλλα είδη ιστών, στους συνδέσμους, στα αιμοφόρα αγγεία, στα οστά, στον κερατοειδή χιτώνα του οφθαλμού και, φυσικά, στο δέρμα.

Οι γλυκοπρωτείνες και οι ίνες κολλαγόνου παράγονται από τα κύτταρα. Δημιουργούν ένα δικτυωτό πλέγμα μέσα στο οποίο τα κύτταρα μπορούν να κινηθούν, τροφοδοτούνται , στηρίζονται , αυξάνονται, μορφοποιούνται , αναγνωρίζονται και αλληλοεπιδρούν.

Υπάρχουν διαφορετικοί τύποι κολλαγόνου ανάλογα με την θέση τους στον οργανισμό και ανάλογη είναι και η περιεκτικότητα σε κάθε τύπου ιστό (χόνδροι, αρτηρίες, επιδερμίδα κ.α.). Για παράδειγμα στο δέρμα μας το κολλαγόνο αποτελεί το 75% και συνολικά στον οργανισμό είναι το 25-30% των συνολικών πρωτεινών του.

Διαφορετική επίσης είναι και η διάταξη και η δομή των ινιδιων σε κάθε ιστό. Συμπλέκονται με πρωτείνες και πρωτεινογλυκάνες σχηματίζοντας "δέματα" που δίνουν την κατάλληλη υφή για την προστασία των ιστών'. Στα άκρα των ινιδίων βρίσκουμε τελοπεπτίδια.

Τα τελοπεπτίδια είναι ζωτικής σημασίας για τον σχηματισμό των δεμάτων και σε ορισμένες περιπτώσεις χρησιμοποιούνται σαν δείκτες για να προσδιορισεί η κατάσταση των ιστών

Με την ηλικία τα ποσοστό του κολλαγόνου μειώνεται γιατί καταστρέφεται η ινώδης μορφή του.

Ιατρικό δημοσίευμα αναφέρει πως σε εφαρμόζονται τεχνικές κατά τις οποίες για να μετρήσουν τον ρυθμό καταστροφής και επαναδημιουργίας κυττάρων στα οστά, ανιχνεύουν την παρουσία τελοπεπτιδίων, σε υγρά του σώματος (ούρα). Αυξηση στην περιεκτικότητά σημαίνει καταστροφή πρωτεινών των ιστών και χρησιμοποιείται σαν δείκτης για τον μεταβολισμό. Υψηλή συγκέντρωση τελοπεπτιδίων , σε περίπτωση οστικού ιστού μπορεί να σημαίνει οστεοπενία. Δηλαδή αυξάνει ο αριθμός των κυττάρων που αποικοδομούνται.

Αλλοιώσεις στις κυτταρικές μεμβράνες. Δυσκολότερη η επικοινωνία μεταξύ των κυττάρων

Κατά την γήρανση των κυττάρων έχει βρεθεί αλλαγή στην κατανομή των συστατικών της μεμβράνης περισσότερα σωμαίδια ...

Φαίνεται πως έχουμε αλλαγή στην ρευστότητα και σύνδεση των διαμεμβρανιακών συστατικών των μεμβρανών, οπότε μειώνεται η ικανότητα επικοινωνίας με μακρινά κύτταρα μέσω ουσιών - αγγελιοφόρων και διαμεμβρανιακών υποδοχέων.

Αυτή η ελάττωση της ελαστικότητας και ευκαμψίας στην μεμβράνη, ελλαττώνει την ικανότητα δημιουργίας χασμοσυνδέσμων (κατά τους οποίους έχουμε μετακίνηση πρωτεινών της μεμβράνης που ευθυγραμμίζονται για την δημιουργία χασμοσυνδέσμων) και επομένως υπάρχει πρόβλημα και στην επικοινωνία γειτονικών κυττάρων μέσω χασμοσυνδέσμων.

Γ. Έλειψη σημάτων επιβίωσης και άλλοι παράγοντες

Αλλαγές στον μεταβολισμό του κυττάρου

Με τον μεταβολισμό η χημική ενέργεια από τις τροφές με μια σειρά από διεργασίες μετατρέπονται σε θερμότητα και σε χημική ενέργεια του μορίου της τριφωσφορικής αδενοσίνης ATP που εμπεριέχεται στον δεσμό της με την φωσφορική ρίζα. Το ATP χρησιμοποιείται αποκλειστική από τον οργανισμό σην συνέχεια για οποιανδήποτε ανάγκη του. Επειδή ο μεταβολισμός στο μεγάλο ποσοστό του οφείλεται σε οξειδώσεις που γίνονται στο μιτοχόνδριο. Η μέτρηση του οξυγόνου που καταναλώνεται είναι η πιο συνηθισμένη μέθοδος για να υπολογίσουμε τον μεταβολισμό. Ο μεταβολισμός δεν είναι ο ίδιος σε όλους τους ανθρώπους . Διαφέρει στον άνδρα και την γυναίκα, στους υπέρβαρους και τους ισχνούς, και φυσικά στα παιδιά τους νέους και τους ηλικιωμένους.

Ο βασικός μεταβολισμός (ο μεταβολισμός σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, ύπτια θέση, ψυχική ηρεμία , και νηστεία 12 ωρών), στον ενήλικα ελατώνεται κατά 2% περίπου ανά δεκαετία.

Κατά την απόπτωση του κυττάρου στο μιτοχόνδριο, αρχικά καταρρέει ο μηχανισμός μεταφοράς ηλεκτρονίων με συνέπεια την πτώση των επιπέδων του ATP

Όμως ταυτόχρονα στο μιτοχόνδιο ενεργούν κι άλλοι παράγοντες αντίθετοι στον κυτταρικό θάνατο (απόπτωση) όπως οι πρωτείνες Bcl-2 και Bcl-xl σε αντίθεση με πρωτείνες BAX/BAX που λειτουργούν αντίθετα και μειώνουν το δυναμικό της μεμβράνης του μιτοχόνδριου από το οποίο εξαρτώνται οι οξειδώσεις

Η κατάρρευση της λειτουργίας των μιτοχονδρίων έχει σαν συνέπεια την παραγωγή ελεύθερων ριζών , την πτώση των επιπέδων του ATP και τελικά την νέκρωση του κυττάρου.

Υπάρχουν κι άλλοι παράγοντες εκτός μιτοχόνδριου με αντίθετες δράσεις όπως ο παράγοντας ALF που προκαλεί συμπύκνωση της χρωματίνης και κατακερματισμό του DNA που αναστέλεται από τον παράγοντα zVAD-fmk

Αιώνιο και πάντα επίκαιρο το Αίνιγμα της Σφίγγας

«Τί εστιν ό μίαν έχον φωνήν τετράπουν και δίπουν και τρίπουν γίνεται;»