Старение организма сопровождается постепенными изменениями на молекулярном и клеточном уровнях, которые отражаются на биохимических процессах. Эти изменения охватывают метаболизм белков, липидов, углеводов, нуклеиновых кислот, а также регуляцию клеточного антиоксидантного статуса и энергообмена.
Синтез и деградация белков. С возрастом наблюдается снижение активности рибосом и транскрипционных механизмов, что ведет к уменьшению скорости синтеза белков, особенно высокоспецифичных ферментов и структурных белков. Одновременно усиливается протеолиз, преимущественно за счет системы убиквитин-протеасома и лизосомального аутофагического пути.
Накопление аномальных белков. Повышается вероятность образования неправильных фолдингов, окисленных и гликированных белков. Гликирование белков приводит к формированию конечных продуктов гликирования (AGEs), которые изменяют структурные и функциональные свойства коллагена, эластина и других внеклеточных белков, снижая эластичность тканей и способствуя развитию атеросклероза и фиброзных процессов.
Окисление липидов. Липидный пероксидационный стресс усиливается с возрастом, что связано с накоплением реакционноспособных форм кислорода (ROS). Полиеновые жирные кислоты мембран становятся мишенью для перекисного окисления, приводя к нарушению структуры мембран, снижению подвижности мембранных белков и изменению рецепторной функции.
Холестерин и липопротеины. Увеличивается уровень липопротеинов низкой плотности (LDL) и уменьшается уровень липопротеинов высокой плотности (HDL), что способствует атерогенезу. Липидный профиль смещается в сторону накопления триглицеридов в печени и периферических тканях.
Инсулинорезистентность. С возрастом снижается чувствительность тканей к инсулину, что ведет к нарушению утилизации глюкозы и увеличению её циркуляции в крови. Это связано с уменьшением экспрессии GLUT4 в мышечной ткани и жировой ткани, а также с нарушением сигнализации PI3K/Akt.
Гликозилирование белков и AGEs. Повышенная концентрация глюкозы приводит к неферментативному гликозилированию белков, что нарушает их функцию и участвует в развитии диабетических осложнений, а также ускоряет старение сосудов и соединительной ткани.
Деградация ДНК и РНК. С возрастом увеличивается частота мутаций, фрагментации и оксидативного повреждения ДНК, включая образование 8-оксодезоксигуанозина. Нарушение репаративных механизмов, включая систему нуклеотидной и базовой эксцизионной репарации, приводит к накоплению повреждений и геномной нестабильности.
Теломеры. Укорачивание теломер в соматических клетках снижает способность клеток к делению, инициирует сенесценцию и апоптоз.
С возрастом наблюдается дисбаланс между продуцированием ROS и антиоксидантной защитой. Активность ферментов супероксиддисмутазы, каталазы и глутатионпероксидазы снижается, что усиливает оксидативный стресс. Повреждение липидов, белков и нуклеиновых кислот ROS приводит к нарушению клеточной функции и запуску воспалительных реакций.
Глутатион. Снижается уровень восстановленного глутатиона (GSH), что уменьшает способность клеток к детоксикации пероксидов и тяжёлых металлов.
С возрастом нарушается митохондриальная функция: уменьшается активность дыхательной цепи, снижается синтез АТФ, увеличивается продукция ROS. Митохондриальная ДНК подвержена накоплению мутаций, что усугубляет энергетический дефицит и способствует сенесценции клеток.
Метаболизм гликолиза и окислительного фосфорилирования смещается в сторону менее эффективных путей, включая анаэробный гликолиз, что снижает энергетическую ёмкость тканей, особенно мышц и нервной системы.
Биохимические изменения при старении приводят к:
Эти процессы взаимосвязаны и создают положительную обратную связь, усиливая повреждение клеток и тканей, что ускоряет старение организма на системном уровне.