Биохимические и термодинамические модели старения
Страница 1

Статьи » Старение » Биохимические и термодинамические модели старения

Этот уровень рассмотрения позволяет понять, что стоит за "жизнеспособностью", приписываемой не только всему организму, но и каждому его элементу. Действительно, "старой" является каждая часть старого организма, но тогда возникает вопрос - какая характеристика, общая для самых разнообразных структурных элементов организма, может отражать эту жизнеспособность и величину, ей обратную - уровень старения, для самих молекул и их комплексов, химических реакций и т.п.

С точки зрения биохимии и теорий сложных систем на такую характеристику претендуют две (тесно взаимосвязанных) общие характеристики, применяемые в химии, биохимии и вообще теории сложных систем: это энтропия и информация. При этом энтропия (S) может быть прямо определена через информацию, которая, в свою очередь, тесно связана с вероятностью события:

S = A LnW + B,

где А и В - коэффициенты, а W - вероятность события.

Уже из этого видно, что максимум энтропии соответствует максимально вероятному состоянию, поэтому жизнь с точки зрения термодинамики определяют как степень отклонения от максимально вероятного состояния - от равновесия; как "неравновесный поток", как отклонение от состояния равновесия.

Соответственно, можно теперь представить уровень жизнеспособности как степень отклонения от состояния равновесия.

Очевидным при таком рассмотрении является и то, что для поддержания жизнеспособности в любой части любой живой системы необходима постоянная затрата энергии, так как для живых систем характерно снижение энтропии, а согласно второму закону термодинамики это возможно только при постоянном поступлении энергии извне.

Таким образом, по степени потребления энергии организмом можно судить о степени его жизнеспособности.

На практике используют оценку общего обмена для целого организма, скорость потребления кислорода тканями, уровень потребления кислорода при нагрузке ("коэффициент полезного действия" и мощность живых процессов), а также максимально возможное потребление кислорода и/или мощность внешнего развиваемого усилия - объем адаптации организма. Предлагаются также и некоторые иные подходы. Например, связь энтропии с теплосодержанием позволяет, в принципе, по микро-калориметрии нативной и денатурированной ДНК говорить в энергетическом эквиваленте о том, какая энергия и, соответственно, энтропия, соответствует "живому" и "неживому" состоянию даже для отдельной молекулы. Однако, интерпретации такого рода с привлечением физических эквивалентов живого, достаточно трудны.

Для целостного организма эффективными, видимо, являются подходы оценки энтропии с точки зрения информации, а также ее гармоничности для целого единого организма. Исходят из представлений об оптимальности взаимосвязей различных регуляторных систем: в каждый момент времени возможно оптимальное гармоничное состояние, обеспечивающее максимальную жизнеспособность, максимальную адаптацию и т.п. Исходя из кросс-корреляций между различными системами (сердечно-сосудистой, дыхательной, эндокринной и пр.) можно выразить в безразмерных числах такие коэффициенты взаимодействия и придать им значимость информационного содержания, а также выразить это в понятиях энтропии.

Развернутые исследования в этом направлении, однако, отсутствуют, что затрудняет практическую реализацию и интерпретацию таких подходов. Несомненно, однако, что именно энтропия является важнейшим показателем старения и способы, позволяющие вычислять ее для целостного организма должны открыть принципиально новые возможности для анализа в биологии старения и для выяснения первичных, сущностных, механизмов и первопричины старения.

Для практических целей важно рассмотреть возможности влияния на информационно-энтропийные процессы в целом, что позволило бы влиять и на сущностный механизм старения. Для разных уровней организации, очевидно, существуют разные возможности. Так, для целостного организма это уже обсуждалось в связи с регуляторными моделями старения. Возможности здесь сводятся к:

а) влиянию на процессы роста, развития и самообновления клеток (эндокринные влияния, нервные влияния и гуморальные влияния),

б) гармонизацию имеющихся процессов (акупунктура, физическая и психологическая тренировка и т.п.),

в) социально-общественные мероприятия как "здоровый образ жизни".

Особый интерес представляет та возможность влияния непосредственно на химические процессы, используя термодинамические подходы. Вообще говоря, химическая смесь реально подвержена огромному числу реакций, идущих в самых разных направлениях. Жизнеспособность здесь эквивалентна выделению из химического "шума" биохимически значимой информации - возникновения направленности биохимических потоков. Наиболее интересным здесь является рассмотрение ферментного механизма. С точки зрения биохимии и термодинамики жизнеспособность можно характеризовать как отношение скоростей ферментозависимых реакций "жизни" - информационно ценных биохомических процессов, к неферментным реакциям "шума" - энтропии. Важно, что такие процессы в целом зависят от внешних факторов - температуры, рН, окислительно-восстановительного потенциала, давления газов и пр. Интересно, что все перечисленное предлагается с успехом для биостимуляции и борьбы со старением:

Страницы: 1 2


Прочие статьи:

Жизненный цикл голосеменных
Особенности жизненного цикла голосеменных мы рассмотрим на примере сосны обыкновенной (Pinus sylvestris). Сосна - крупное дерево, размножающееся семенами. Как известно, семена сосны и других хвойных образуются в шишках. Эти шишки и есть ...

Каково происхождение разновидностей мерцательного эпителия и в чем особенности их строения, связанные со спецификой выполняемой ими функции? Где находится в организме мерцательный эпителий? Ответ ил
Мерцательный эпителий (однослойный многорядный реснитчатый эпителий) содержит включения: бокаловидные железы, продуцирующие слизь, которые оклеивают частицы пыли; бактерии образуют конгломераты, которые удаляются в результате колебания ре ...

Историческая экспозиция
Итак, 1786 год, конец XVIII века – века Просвещения, который для науки был тем же, чем XV–XVI века – века Возрождения – были для искусства. В сущности, естественные науки в подлинном смысле этого слова возникли именно в эту эпоху. Измени ...

Разделы