Медико-биологический
информационный портал
для специалистов
 
БИОМЕДИЦИНСКИЙ ЖУРНАЛ Medline.ru

СОДЕРЖАНИЕ ЖУРНАЛА:
Физико-химическая биология

Клиническая медицина

Профилактическая медицина

Медико-биологические науки


АРХИВ:

Фундаментальные исследования

Организация здравохраниения

История медицины и биологии



Последние публикации

Поиск публикаций

Articles

Архив :  2000 г.  2001 г.  2002 г. 
               2003 г.  2004 г.  2005 г. 
               2006 г.  2007 г.  2008 г. 
               2009 г.  2010 г.  2011 г. 
               2012 г.  2013 г.  2014 г. 
               2015 г.  2016 г.  2017 г. 

Редакционная информация:
        Опубликовать статью
        Наша статистика


 РЕДАКЦИЯ:
Главный редактор

Заместители главного редактора

Члены редколлегии
Специализированные редколлегии


 УЧРЕДИТЕЛИ:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
"Институт токсикологии Федерального медико-биологического агентства"
(ФГБУН ИТ ФМБА России)

Институт теоретической и экспериментальной биофизики Российской академии наук.

ООО "ИЦ КОМКОН".




Адрес редакции и реквизиты

199406, Санкт-Петербург, ул.Гаванская, д. 49, корп.2

ISSN 1999-6314

Российская поисковая система
Искать: 


ТОМ 4, СТ. 27 (стр. 30) // Февраль, 2003 г.

СУПРАМОЛЕКУЛЯРНАЯ ТЕРМОДИНАМИКА ГЕНОВ И СТАРЕНИЕ

"Успехи геронтологии", 1999г., выпуск 3
УДК 536.7+531.3:541.1:575.8001.57; 576.1:577:577.3+577.1+577.7+577.42

Г.П.Гладышев
Институт физико-химических проблем эволюции Международной Академии творчества, Москва, (Россия) - Сан Диего (США)



Представления о супрамолекулярной термодинамике генов сформулированы на основе термодинамической теории старения. Показана возможность мягкого адаптационного вмешательства химических соединений в функционирование генетического аппарата на супрамолекулярном уровне. Направленное изменение супрамолекулярной стабильности генетического аппарата позволяет положительно влиять на процессы старения организмов.

Ключевые слова: супрамолекулярная термодинамика, термодинамика генов, гены, хроматин, термодинамика старения.

"Теория производит тем большее впечатление, чем больше ее предпосылки, чем разнообразнее предметы, которые она связывает, и чем шире область ее применения. Классическая термодинамика: Это единственная физическая теория общего содержания, относительно которой я убежден, что в рамках применимости ее основных понятий она никогда не будет опровергнута."
А.Эйнштейн

Созданная в последние годы термодинамическая теория старения живых существ позволила объяснить многие известные факты и сформулировать принципиально новые рекомендации для практической геронтологии [1-4,6-8,10-12].
Благодаря открытию закона временн`ых иерархий стало возможным выделять квазизакрытые биологические системы заданных иерархий и создавать термодинамические модели эволюции (развития) этих систем. Теория опирается на принципы термодинамики близких к состоянию равновесия систем и равновесные (квазиравновесные) динамические модели открытых (кинетически квазизакрытых на определенных временах) систем [7,9].
Один из выводов термодинамической теории старения состоит в том, что в онтогенезе наблюдается стремление к наиболее отрицательному значению удельной величины функции Гиббса (или другой функции состояния, соответствующей используемым естественным независимым переменным) образования супрамолекулярных (надмолекулярных) структур организма . Выявлено, что эта тенденция является причиной изменения надмолекулярного и химического состава, а также морфологической структуры тканей при старении. Теория позволила сформулировать подходы к созданию диет и лекарственных препаратов, замедляющих старение. Эти подходы основаны на использовании принципа Ле Шателье-Брауна, применимого не только к закрытым, но, с известным приближением, и к квазизакрытым системам. Заметим, что согласно упомянутого принципа (в общем случае - принципа наименьшего принуждения) эволюционные процессы на любом иерархическом уровне протекают в направлении наибольшей "термодинамической востребованности".
Установлено, что величина , характеризуя термодинамическую стабильность супрамолекулярных структур, является критерием термодинамического возраста биообъектов, например, биотканей [1,9]. Отсюда следует, что природа пищи, пищевых добавок, а также медицинских и косметических препаратов влияет на значение тканей, меняя их супрамолекулярный и химический состав. Если величина в ходе онтогенеза становится менее отрицательной, то это означает, что ткань помолодела.
Омолаживание разных тканей при изменении природы и типа пищи, медицинских и косметических средств наблюдается на различных временах. Так, существенное омолаживание жировых компонентов биотканей (липидных структур) может проявиться уже спустя 1-2 месяца после начала изменения природы используемых в пище жиров [13]. Заметное омолаживание коллагеновой ткани должно наблюдаться только через несколько месяцев после введения в диету белков, содержащих повышенное количество коллагена молодых животных. Многие сравнительно низкомолекулярные вещества (гормоны, другие метаболиты, лекарства, косметические средства) могут проявлять омолаживающий эффект сравнительно быстро [3,4,14].
Есть основание полагать, что омолаживание липидных, белковых и других структур биомассы должно способствовать омолаживанию хроматина и ДНК. И это действительно так. Однако, вследствие высокой термодинамической стабильности супрамолекулярной структуры ДНК и ее белкового окружения эти процессы протекают крайне медленно и, как принято считать, практически не оказывают влияния на генном уровне. В то же время, работы в области генной инженерии и адаптивной эволюции ДНК и РНК показывают, что имеется возможность вмешательства в структуру генов не только посредством включения или удаления нуклеотидных последовательностей [9,16], но и путем воздействия химических веществ, влияющих на супрамолекулярную структуру неизменяемых генетических элементов [9]. Такими веществами прежде всего могут быть те соединения, концентрации которых высоки в тканях молодых организмов и эмбрионов [2,4,10,17]. Особую роль при этом должны играть величина РН, ионная сила, температура среды, окружающей комплексы ДНК с гистонами, негистонными белками и другими компонентами. В качестве химических веществ, воздействующих на стабильность генетических структур, могут быть названы химически инертные низкомолекулярные соединения, такие как диметилсульфоксид, определенные неорганические соединения (ионы металлов), различные метаболиты и биоактивные соединения, а также газы -компоненты атмосферы [1,5,18].
Отсюда следует вывод, что возможно "мягкое" омолаживающее вмешательство в супрамолекулярные (надмолекулярные) структуры ДНК (РНК) путем введения в ядра и другие клеточные элементы химических агентов. Подобное направленное воздействие может способствовать сохранению структуры генов, а также влиять на процессы их адаптационного приспособления к изменению условий окружающей среды.
В качестве количественной характеристики стабильности ДНК, хроматина и других супрамолекулярных структур in vivo целесообразно использовать величины , определяемые с помощью ДСК - измерений [5,9,10,15]. Соответствующие расчеты легко выполнять, применяя уравнение Гиббса - Гельмгольца,
где - удельная энтальпия (изменение удельной энтальпии) плавления - денатурации ; - температура плавления; - стандартная температура; - изменение теплоемкости надмолекулярной структуры при фазовом переходе.

Изучая изменение термодинамической супрамолекулярной стабильности "генетических структур" в ходе онтогенеза и влияние на нее различных агентов, легко формулировать соответствующие практические рекомендации.
Заметим, что известны многие факты [1,5,7,9,15-17], которые легко интерпретировать с позиции супрамолекулярной термодинамики генов. Однако, однозначным подтверждением теории является только сопоставление этих фактов с количественными изменениями термодинамической супрамолекулярной стабильности структур генетического аппарата in vivo [9].
Институт проблем эволюции Международной Академии творчества,
121205, Москва, Новый Арбат, 36;
e-mail:academy@endeav.org; http://www.endeav.org/evolut

Список литературы
1. Гладышев Г.П. Термодинамика и макрокинетика природных иерархических процессов. - Москва: Наука, 1988. - 287 с.
2. Гладышев Г.П. Термодинамика старения // Изв. РАН. Сер. биол. - 1998. - © 5. - С. 533-543.
3. Гладышев Г.П., Комаров Ф.И. Иерархическая термодинамика и геронтология // Вестник Российской Академии медицинских наук. - 1996. - © 6. - С. 31-38.
4. Гладышев Г.П., Курнакова Н.В. Движущая сила эволюции живой материи и термодинамическая теория старения // Успехи геронтологии. - 1998. - Вып. 2. - С. 49-58.
5. Cantor C.R., Schimmel P.R. Biophysical Chemistry. Vol. 1-3. San Francisco: W.H. Freeman and Co. (Рус. Пер. М.: Мир, 1984-1985).
6. Gladyshev G.P. On the Thermodynamics of Biological Evolution // J.Theorat.Biol. - 1978. -Vol. 75. - P. 425 - 444.
7. Gladyshev G.P. On the Thermodynamics, Entropy and Evolution of Biological Systems: What is Life from a Physical Chemist's Viewpoint // Entropy. -1999. - No. 1
8. Gladyshev G.P. The Motive Force of Evolution of Living Matter and Thermodynamic Theory of Aging. Abstract and Report. The 1999 Pan-American Congress on Gerontology and Geriatries, February 21-24, 1999. San Antonio, Texas, USA.
9. Gladyshev G.P. Thermodynamic Theory of Biological Evolution and Aging. Experimental Conformation for Theory // Entropy. -1999. - No. 1.
10. Gladyshev G.P. Thermodynamic Theory of the Evolution of Living Beings. - N.Y.: Nova Sci. Publ. Inc., 1997. - 142 p.
11. Gladyshev G.P. Thermodynamics of Aging. 1998 AAAS Annual Meating and Science Innovation Exhibition (150th Anniversary Celebration), Philadelphia, Pennsylvania, Track: Emergin Science: Transforming the Next Generation, February 12-17, 1998. AAAS, 1998, A-30, S-26.
12. Gladyshev G.P., Gazaev M.A., Kurnakova N.V. Thermodynamics Theory of Aging. 52 nd Annual Scientific Meeting of the Gerontological Society of America. Nov. 19-23, 1999. San Francisco, CA.
13. Goodnight S.H. The Fish Oil Puzzle // Science & Medicina. - September/October. 1996. - P. 42.
14. Klatz R., Goldman R. Stopping the Clock. New Canaan. Connecticut: Keats Publ. Inc. -1996. - 370 p.
15. Lepock J. Supramolecular Thermodynamics. AAAS Annual Meating and Science Innovation Exhibition (150th Anniversary Celebration), Philadelphia, Pennsylvania, Track: Emerging Science: Transforming the Next Generation, February 12-17, 1998. AAAS, 1998, A-30, S-26.
16. Moxon E.R. at al. Adaptive Evolution of Highly Mutable Loci in Pathogenic Bacteria // Carrent Biology. - January 1. 1994. - Vol. 4. - © 1. - P. 24-33.
17. Vogel G. Harnessing the Power of Stem Cells // Science. - 1999. - Vol. 283. - No 5407. - P. 1432-1434.
18. Walker M. DMSO: Nature's Healer Garden City Park. New York - 1993. - 340 p.

Страница 30 вверх

Свидетельство о регистрации сетевого электронного научного издания N 077 от 29.11.2006
Журнал основан 16 ноября 2000г.
Выдано Министерством РФ по делам печати, телерадиовещания и средств массовых коммуникаций
(c) Перепечатка материалов сайта Medline.Ru возможна только с письменного разрешения редакции

Размещение рекламы

Rambler's Top100