细胞生物学自主学习课件

人为什么会变老？

统计资料表明,子女的寿命常和双亲的寿命有关;各种动物的平均寿命和最高寿限都相当稳定,鼠类最高寿限约为3年,猴约为28年,犬约为34年,大象约为62年,而人类为115～120岁。

生、老、病与死是生物界普遍的规律,生物为何会衰老呢?衰老机理如何?

衰老机理极其复杂,其学说不下数十种,如:免疫学说、神经内分泌学说、自由基学说、蛋白质合成差错累积学说等,以及近年从分子与基因水平上提出的基因调控学说、DNA损伤修复学说、线粒体损伤学说以及端区假说等,下面将目前国际上研究的热点结合我们自身的研究工作介绍如下。目前得到普遍认可的三大学说端区学说线粒体ＤＮＡ损伤修复学说ＤＮＡ损伤修复学说

端区亦称端粒。端区是指染色体末端的特殊结构,此结构可防止两条染色体末端的DNA链(又名脱氧核糖核酸,它是蕴含遗传信息的遗传物质)因互相关联而造成染色体的畸变人类除干细胞外,大多数体细胞。端区长度随年龄增加而缩短,而体外培养的细胞端区长度随传代而缩短;端区缩短到一定程度,细胞不再分裂,即不能传代,最终衰老直至死亡。染色体末端的端粒——充满希望的抗老之路

首先降低身体的新陈代谢速率，少吃少饮。如一盏油灯，火焰小，点得长，火焰大，点得短。这与Hayflick限度和端粒长度均有关联。代谢率高，细胞分裂次数增多，端粒缩短，寿命也短了。

其次，用药物刺激体内的干细胞（一种保持潜能的细胞），弥补衰老损耗细胞。威斯康辛大学首创的生长激素注射法，对调动干细胞，延缓老化是有一定作用的。还未见到生长激素与端粒关系的研究报告，但生长激素的抗老效果是比较肯定的。端粒酶抗衰老，目前只具理论价值。连动物实验都很少。

2009年诺贝尔生理学或医学奖已揭晓，得主是伊丽莎白·布莱克本、约翰-霍普金斯医学院的卡罗尔-格雷德、杰克-绍斯塔克以及霍华德休斯医学研究所。他们发现了由染色体根冠制造的端粒酶，这种染色体的自然脱落物将引发衰老和癌症。

线粒体DNA(mtDNA)是细胞核外遗传物质,其含量占整个细胞DNA的0.5%,在细胞能量代谢中有十分重要的作用。

我们一日三餐中的糖、脂类与蛋白质在细胞内经生物氧化产生能量(ATP),供机体一切生理与生化活动的能量需要。糖、脂类、蛋白质代谢物在细胞内被氧化的过程中不断消耗从空气中吸收的氧,进入细胞内的氧90%被线粒体用于生物氧化,在氧化磷酸化中消耗,代谢物被氧化的同时生成ATP,所以线粒体好比人体的发电。在线粒体氧化磷酸化生成ATP的过程中,大约有1～4%摄入的氧转化为氧自由基。氧自由基最易损伤线粒体DNA,从而产生线粒体DNA片段缺失。

临床上老年糖尿病、老年痴呆症(阿尔采默氏病)、帕金森氏病、心脑血管病等的患者,线粒体DNA均有不同程度的片段缺失。

在今天的《自然》杂志上，瑞典的科学家为这个学说提供了有力的新证据：人为过量积累线粒体DNA突变的小鼠，过早出现老化现象，并且寿命较短。

实验中，研究者构建了基因敲入（knock－in）的小鼠，含有突变的线粒体DNA合成酶（mtDNApolymerase）PolgA催化亚基。因为这个突变体存在DNA合成校正（proof-reading）缺陷，所以基因敲入的小鼠线粒体DNA的的点突变率比正常的小鼠高3至5倍，缺失突变率也同样升高。

对基因敲入小鼠的观测发现：这类小鼠的寿命一般都只有一年左右，然而，正常的小鼠往往可以活上两三年；而且，它们在25周鼠龄（正常小鼠的壮年时期）就开始出现和老化相关的症状：体重减轻、皮下脂肪减少、脱毛、驼背、骨质酥松、贫血、生育力降低和心脏增大。

当然，我们不能仅仅凭这篇研究结果就断定衰老是由线粒体突变积累导致的，但是我们可以肯定的是：线粒体突变的积累，会导致呼吸链的损伤，而加速老化的进程。下一步可以优先考虑的，应该是通过实验使器官和组织的结构和功能保持更长的时间，并因此来延长生命。具体说，是不是可以通过更准确的线粒体DNA合成酶来使小鼠活得更久。

人类细胞中的DNA在内环境(如自由基)和外环境(如阳光中的紫外线、化学物质等)损伤因素作用下,DNA受损伤而致DNA链断裂,以一条链断裂为最多见。DNA链断裂则遗传信息不能准确无误地传至下代,但细胞具有一整套修复DNA链断裂的酶系,因此遗传信息才能从亲代传至子代。

持DNA损伤修复学说的人认为,生物衰老时,修复损伤DNA的能力下降,致使损伤积累,引起基因及其表达异常,最终引起生物衰老。Bohr等认为,免疫系统负责对机体进行整体水平的监管;而DNA损伤的修复能力则用以负责对机体进行DNA水平的监管。因此增强DNA损伤的修复能力不仅关系延缓衰老,而且将成为许多疾病的防治手段。

Hart及Setlow用7种哺乳类动物(如大鼠、小鼠、牛及人等)研究动物最高寿命与修复损伤DNA能力的相关性,发现皮肤成纤维细胞对紫外线诱导的DNA损伤修复合成率与动物最高寿命有良好的正比关系。

细胞对DNA