Биохимики описали возрастную деградацию клеточных энергостанций

Трехмерная реконструкция митохондрии
Изображение: Kühlbrandt et.al, PNAS, 2013

Исследователи из нескольких научных центров Германии установили, что старение приводит к изменению структуры митохондрий и белковых структур, которые синтезируют АТФ, универсальный носитель энергии в клетках. Подробности приводятся в статье ученых для журнала Proceedings of the National Academy of Sciences.

Для выяснения того, как меняются митохондрии с возрастом, авторы исследования использовали клетки грибов Podospora anserina. Из клеток сначала выделяли эти органеллы, потом митохондрии замораживали и просвечивали пучком электронов в электронном микроскопе. При съемке ученые меняли направление пучка, делали снимки в разных ракурсах, а затем на их основе собиралась трехмерная модель с разрешением вплоть до нескольких нанометров. Детальная реконструкция митохондрий выявила, что с возрастом внутренняя мембрана теряет свои выступы, и это связано с изменениями АТФ-синтазы.

АТФ-синтаза представляет собой белковый комплекс, который расположен на внутренней мембране митохондрии. Его молекулы встроены в саму мембрану и образуют канал, по которому накопленные в полости между двумя мембранами митохондрий ионы водорода переходят во внутреннее пространство, матрикс. Одна из частей комплекса вращается вокруг своей оси за счет этого тока ионов, и она же использует накопленную ионами энергию для синтеза молекул АТФ. В молодой клетке АТФ-синтазы формируют пары, которые располагаются на небольшом расстоянии друг от друга и за счет этого сгибают мембрану клетки, но со временем таких пар становится меньше. Складчатость мембраны уменьшается, в результате вместо сложной структуры она превращается в сравнительно гладкий двухслойный пузырь. Причем стенки этого пузыря, как показала микротомография, зачастую примыкают друг к другу.

Все описанные изменения, как говорят ученые, приводят к снижению эффективности энергетических центров клетки и в итоге к нарушению обмена веществ на уровне организма в целом. Однако в работе не утверждается, что это единственный или хотя бы ключевой элемент старения. Большинство исследователей признает старение многофакторным процессом, который изучается на самых разных организмах от голых землекопов (грызунов с аномально высокой продолжительностью жизни и практически не болеющих раком) до круглых червей и даже грибов.