Dr.YZZ的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/drYZZ 线粒体除提供ATP、参与细胞凋亡、参与许多物质合成与分解、维持Ca2+稳态、通过Ca2+及ROS参与信号转导之外,还在细胞命运决定以及个体衰老及寿命中 ...

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生命科学猜想 (9)植物或许给衰老研究带来某些启示

已有 4443 次阅读 2013-5-15 12:05 |个人分类:自然科学新思考|系统分类:科研笔记| 植物, 自由基, 光合作用, 衰老, 线粒体


长生不老是历年历代许许多多人的梦想。随着生命科学的进展,衰老研究也不断取得新成就。目前已经积累了许多有关知识和理论学说。然而,自从上世纪二战结束和抗生素普遍使用将多数国家的人均寿命从三十几岁提高到七十岁左右之后,人类的寿命增长就再也不明显了。相继而来的则是常见的中老年疾病越来越普遍,越来越年青化。可见近二、三十年来的生命科学大发展尚没给人类的健康长寿带来多么显著的回报。而在衰老方面的研究,似乎只为人们提供了:消除紧张、适当锻炼、使用维生素、抗氧化剂之类的建议。实践也已经证明,抗氧化剂,特别是人工提取或制造的抗氧化剂,不但没用,反而可能有害。补充维生素对大多数人来说也没什么好处。生物衰老是规律,但其主要原因到底是什么呢?怎么才能延缓衰老呢?

让我们从植物界来找点儿启发吧:在植物界,几千年的树木有多种,很多是人们所熟知的。有些三、五千年的树木还活力旺盛,甚至几乎没有明显的衰老迹象。为什么呢?我觉得其中一个重要原因是它们长得比较慢,光合作用进行的不那么剧烈。更重要的一条可能是它们的光合作用几乎全部集中在叶子中进行。这与寿命有什么关系呢?关系很大!因为植物光合作用时是细胞功能活动特别剧烈的时候,也是产生大量活性氧自由基和造成细胞损伤较大的时候。植物主要靠光合作用获得能源物质,当然光合作用也产生供暗反应所需要的ATP。植物中线粒体的功能相对动物而言就不那么特别重要。这也可能是进化对植物中线粒体DNA的要求不那么苛刻的原因。

线粒体是动物细胞中产生活性氧自由基的主要器官。活性氧自由基会破坏生物大分子。线粒体功能活性越高,线粒体中DNA的破坏速度可能就会越快。一旦线粒体DNA被破坏之后,细胞就可能会遇到灾难,甚至死亡。除了光合作用,真核细胞的几乎所有生命活动都要靠线粒体提供能量。当然,线粒体还参与细胞,特别是动物细胞中的很多其他代谢活动。而动物细胞一般要比植物细胞(除了光照射下的叶子细胞外)代谢旺盛,因而线粒体功能活动在动物细胞中要比在植物细胞中强烈得多。动物细胞线粒体DNA的破坏速度也就要比植物细胞中的快。动物细胞中线粒体DNA的突变速度也会比植物细胞中的快。因而,动物的寿命就难以很长。当然,活动剧烈的动物如小鼠,要比活动不剧烈的动物如龟鳖的寿命更短。而植物呢?黑夜在休息,昼间若阴天,也主要在休息。在强光下的白天呢,把剧烈的细胞活动,光合作用等让给叶子去做,树干中的细胞和根中的细胞则活动较弱。光合作用过程中也会产生大量的活性氧自由基,也会伤害叶绿体、细胞核、线粒体中的DNA,进而伤害细胞。因而叶子的寿命一般不长。在落叶植物中最多几个月,在常绿植物中最多几年。叶子老了就抛弃,而宝贵的树根、树干,及树枝则被长久地保存下来。植物生长得越慢,细胞活动造成的损伤越慢、越少,损伤后得到修复的机会也越多。因而植物的寿命也就越长。反之,就越短。

有人会说草本植物寿命都不长。让我们来看,草本植物地上部分以绿叶为主,除了进行光合作用的叶子,其茎也往往能进行光合作用。茎中的维管束散在,没有形成层,茎不能逐年加粗,且容易干枯。因而寿命不能很长。但有些草本植物的根是多年不死的。也说明不进行光合作用的部位有更长寿的可能。

 

从植物界我们到底能得到哪些启示呢?首先,线粒体的快速代谢作用可能是影响寿命的一个重要原因。这一点符合活性氧自由基衰老学说,也符合线粒体-端粒相关学说,也符合线粒体-溶酶体-寿命相关学说。其次,像树木抛弃叶子一样,经常抛弃老化的细胞也是长寿的一条途径。可惜,高等动物和人的神经和肌肉细胞尽管可以不断废弃,但几乎不能长出新的。目前认为只在脑的某些部位可以由神经干细胞转变成神经细胞。只在某些特殊情况下可由肌肉中的干细胞转变成肌肉细胞。

从此看来,人类长寿的根本途径可能是延缓神经和肌肉细胞的衰老,或者有可能尽量诱导新的神经及肌肉细胞的生成。无论如何,千万不要让神经和肌肉细胞超负荷运转以至产生超过量的活性氧自由基!但又不能让神经、肌肉细胞长期不运转,因为这样它们反而会萎缩、退化!因而,我们最好既要经常适量运动,又要经常静养休息。另外,也不要吃得过多,给线粒体及细胞造成过重的负担。




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