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细胞衰老的原因

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一、细胞为什么会衰老

细胞之所以会衰老是因为人的细胞的DNA每增殖一代,就会短一截,当短到一定程度之后细胞就会变得不稳定。所以人的细胞是不能无限的翻新的。目前尚无可靠的能增长DNA的办法,在某些特殊情况下可出现增殖后DNA不变短的情况,比如血液系统的细胞,比如肿瘤细胞。现在并没有让人类长生不老的技术。了解DNA密码主要意义还在于治疗很多种与遗传相关的疾病。

二、为什么细胞会衰老

1、细胞衰老的一个主要因素是过量的大分子交联,比如DNA交联和胶原交联,这些交联会损害它们的功能,从而导致衰老。

2、当细胞代谢产物积累到一定程度时,它们会开始对细胞造成危害,这被认为是导致细胞衰老的一个原因。

3、自由基含有未配对的电子,因此具有高度的反应活性。它们可以引发链式自由基反应,导致DNA、蛋白质和脂类,特别是多不饱和脂肪酸等大分子物质的变性和交联。这种损伤会影响DNA、生物膜以及重要的结构蛋白和功能蛋白,从而引起衰老的各种现象。

细胞衰老及其机制简介

2015-02-12 12:16·动物遗传与生活

摘要:细胞衰老是客观存在的。同新陈代谢一样,细胞衰老是细胞生命活动的客观规律。对多细胞生物而言,细胞的衰老和死亡与机体的衰老和死亡是两个不同的概念,机体的衰老并不等于所有细胞的衰老,但是细胞的衰老又是同机体的衰老紧密相关的。

正文:

细胞衰老的一般含义是复制衰老,指体外培养的正常细胞经过有限次数的分裂后,停止分裂,细胞形态和生理代谢活动发生显著改变的现象。迄今为止,除了胚胎干细胞和大多数肿瘤细胞,来自不同生物、不懂年龄供体的原代培养细胞均存在复制衰老现象。

1958年hayflick在wistar研究所从事癌细胞的研究。发现细胞停止分裂是细胞自身因素决定的,与环境无关。Hayflick还注意到了正常细胞具有有限分裂次数,而癌细胞能够无限增殖。这一发现导致了细胞永生概念的提出。

细胞在衰老的过程中发生一系列的变化,包括①细胞内水分减少,体积变小,新陈代谢速度减慢;②细胞内酶的活性降低;③细胞内的色素会积累;④细胞内呼吸速度减慢,细胞核体积增大,核膜内折,染色质收缩,颜色加深。线粒体数量减少,体积增大;⑤细胞膜通透性功能改变,使物质运输功能降低。

关于衰老的机制现在又很多种说法,

1、比如分子机理之差错学派认为细胞衰老是各种细胞成分在受到内外环境的损伤作用后,因缺乏完善的修复,使“差错”积累,导致细胞衰老。根据对导致“差错”的主要因子和主导因子的认识不同,可分为不同的学说,这些学说各有实验证据。

2、代谢废物积累学说认为细胞代谢产物积累至一定量后会危害细胞,引起衰老,哺乳动物脂褐质的沉积是一个典型的例子,脂褐质是一些长寿命的蛋白质和DNA、脂类共价缩合形成的巨交联物,次级溶酶体是形成脂褐质的场所,由于脂褐质结构致密,不能被彻底水解,又不能排出细胞,结果在细胞内沉积增多,阻碍细胞的物质交流和信号传递。最后导致细胞衰老。研究还发现老年性痴呆(AD)脑内的脂褐质、脑血管沉积物中有β-淀粉样蛋白,因此β-AP可做为AD的鉴定指标。

3、大分子交联学说认为过量的大分子交联是衰老的一个主要因素,如DNA交联和胶原胶联均可损害其功能,引起衰老。在临床方面胶原交联和动脉硬化、微血管病变有密切关系。

4、自由基学说认为是一类瞬时形成的含不成对电子的原子或功能基团,普遍存在于生物系统。其种类多、数量大,是活性极高的过渡态中间产物。如O2ˉ··、OH·和各类活性氧中间产物(reactiveoxygenmetaboliteROM),正常细胞内存在清除自由基的防御系统,包括酶系统和非酶系统。前者如:超氧化物歧化酶(SOD),过氧化氢酶(CAT),谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX),非酶系统有维生素E,醌类物质等电子受体。

自由基的化学性质活泼,可攻击生物体内的DNA、蛋白质和脂类等大分子物质,造成损伤,如DNA的断裂、交联、碱基羟基化。蛋白质的变性而失活,膜脂中不饱和脂肪酸的氧化而流动性降低。实验表明DNA中OH8dG随着年龄的增加而增加。OH8dG完全失去碱基配对特异性,不仅OH8dG被错读,与之相邻的胞嘧啶也被错误复制。

大量实验证明实,超氧化物岐化酶与抗氧化酶的活性升高能延缓机体的衰老。Sohal等人(1994、1995),将超氧化物岐化酶与过氧化氢酶基因导入果蝇,使转基因株比野生型这两种酶基因多一个拷贝,结果转基因株中酶活性显著升高,平均年龄和最高寿限有所延长。

5、体细胞突变学说,认为诱发和自发突变积累和功能基因的丧失,减少了功能性蛋白的合成,导致细胞的衰老和死亡。如辐射可以导致年轻的哺乳动物出现衰老的症状,和个体正常衰老非常相似。

6、DNA损伤修复学说认为外源的理化因子,内源的自由基本均可导致DNA的损伤。正常机体内存在DNA的修复机制,可使损伤的DNA得到修复,但是随着年龄的增加,这种修复能力下降,导致DNA的错误累积,最终细胞衰老死亡。DNA的修复并不均一,转录活跃基因被优先修复,而在同一基因中转录区被优先修复,而彻底的修复仅发生在细胞分裂的DNA复制时期,这就是干细胞能永保青春的原因。

7、端粒学说染色体两端有端粒,细胞分裂次数多,端粒向内延伸,正常DNA受损。

生物分子自然交联学说,该学说在论证生物体衰老的分子机制时指出:生物体是一个不稳定的化学体系,属于耗散结构。体系中各种生物分子具有大量的活泼基团,它们必然相互作用发生化学反应使生物分子缓慢交联以趋向化学活性的稳定。随着时间的推移,交联程度不断增加,生物分子的活泼基团不断消耗减少,原有的分子结构逐渐改变,这些变化的积累会使生物组织逐渐出现衰老现象。生物分子或基因的这些变化一方面会表现出不同活性甚至作用彻底改变的基因产物,另一方面还会干扰RNA聚合酶的识别结合,从而影响转录活性,表现出基因的转录活性有次序地逐渐丧失,促使细胞、组织发生进行性和规律性的表型变化乃至衰老死亡。

8、细胞有限分裂学说L.Hayflick(1961)报道,人的纤维细胞在体外培养时增殖次数是有限的。后来许多实验证明,正常的动物细胞无论是在体内生长还是在体外培养,其分裂次数总存在一个“极极值”。此值被称为“Hayflick”极限,亦称最大分裂次数。如人胚成纤维细胞在体外培养时只能增殖60~70代。

9、重复基因失活学说,真核生物基因组DNA重复序列不仅增加基因信息量,而且也是使基因信息免遭机遇性分子损害的一种方式。主要基因的选择性重复是基因组的保护性机制,也可能是决定细胞衰老速度的一个因素,重复基因的一个拷贝受损或选择关闭后,其它拷贝被激活,直到最后一份拷贝用完,细胞因缺少某种重要产物而衰亡。实验证明小鼠肝细胞重复基因的转录灵敏度随年龄而逐渐降低。哺乳动物rRNA基因数随年龄而减少。

10、衰老基因学说,统计学资料表明,子女的寿命与双亲的寿命有关,各种动物都有相当恒定的平均寿命和最高寿命,成人早衰症病人平均39岁时出现衰老,47岁生命结束,婴幼儿早衰症的小孩在1岁时出现明显的衰老,12~18岁即过早夭折。由此来看物种的寿命主要取决于遗传物质,DNA链上可能存在一些“长寿基因”或“衰老基因”来决定个体的寿限。研究表明当细胞衰老时,一些衰老相关基因(SAG)表达特别活跃,其表达水平大大高于年轻细胞,已在人1号染色体、4号染色体及Ⅹ染色体上发现SAG。用线虫的研究表明,基因确可影响衰老及寿限,Caenrhabditiselegans的平均寿命仅3.5天,该虫age-1单基因突变,可提高平均寿命65%,提高最大寿命110%,age-1突变型有较强的抗氧化酶活性,对H2O2、农药、紫外线和高温的耐受性均高于野生型。对早衰老综合症的研究发现体内解旋酶存在突变,该酶基因位于8号染色体短臂,称为WRN基因,对AD的研究发现,至少与4个基因的突变有关。其中淀粉样蛋白前体基因(APP)的突变,导致基因产物β淀粉蛋白易于在脑组织中沉积,引起基因突变。

由于体外培养细胞与体内细胞存在较大差异,迄今还未有有实验证据表明体外培养细胞的衰老现象与个体的衰老有直接的关联。细胞衰老可看做是有机体在长期演化过程中形成的防止细胞过度生长的一种机制。体内细胞衰老的机制仍有待研究。

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细胞衰老的原因
发布人:gtsentou19890821 发布时间:2024-12-19