В 1950-х годах начался век молекулярной биологии старения. Ученые стали выявлять конкретные молекулярные механизмы. Одной из самых влиятельных стала свободнорадикальная теория старения, фундамент которой заложил советский физико-химик, академик Николай Николаевич Семенов, лауреат Нобелевской премии 1956 года. Семенов создал теорию цепных химических реакций и показал, как свободные радикалы – высокоактивные молекулы с неспаренным электроном – могут запускать каскады разрушительных реакций. «По наследству», от Елены Бурлаковой, после защиты кандидатской, я получил книгу воспоминаний академика Семенова с автогрофом автора и регулярно возвращаюсь к его идеям как нужно делать и организовывать науку.

В 1956 году американский биогеронтолог Денхэм Харман применил эти идеи о свободнорадикальных процессах к биологии старения, предположив, что свободные радикалы, образующиеся в ходе нормального клеточного дыхания, постепенно повреждают ДНК, белки и липиды, и именно это накопление окислительных повреждений лежит в основе старения. Теория оказалась чрезвычайно влиятельной и стимулировала десятилетия исследований антиоксидантов, механизмов защиты клетки от окислительного стресса и роли митохондрий в старении.

Свободные радикалы окружены ореолом зловещей таинственности. О них говорят как о невидимых убийцах, разрушающих организм изнутри. Индустрия антиоксидантов построила на этом страхе многомиллиардный бизнес. Но что представляют собой эти молекулы на самом деле?

В простейшем виде свободный радикал – это молекула с неспаренным электроном на внешней орбите. Электроны в молекулах предпочитают существовать парами, и когда одному из них не хватает партнера, молекула становится крайне нестабильной и агрессивной. Она отчаянно стремится отобрать недостающий электрон у соседей, не разбирая, кто перед ней: ДНК, белки, липиды клеточных мембран – все становится мишенью. Отняв электрон у другой молекулы, радикал превращает ее саму в радикал, запуская цепную реакцию разрушения.

Откуда берутся эти агрессоры? Главный источник находится внутри самих клеток. Митохондрии, те самые энергетические станции, о которых все слышали еще в школе, производят свободные радикалы как побочный продукт своей основной работы. Превращая кислород и питательные вещества в энергию, митохондрии неизбежно генерируют активные формы кислорода. Это как выхлопные газы двигателя внутреннего сгорания – нежелательный, но неизбежный результат процесса.

В нормальных условиях клетка справляется с этой проблемой. Существуют антиоксидантные системы, нейтрализующие радикалы прежде, чем те успеют натворить бед. Можно сравнить это с заводом, где налажена хорошая система утилизации отходов. Пока баланс между производством радикалов и их обезвреживанием соблюдается, все в порядке. Беда начинается, когда равновесие нарушается.

Хроническое воспаление держит организм в состоянии постоянной боевой тревоги. Иммунные клетки массово синтезируют свободные радикалы, используя их как химическое оружие против бактерий, вирусов и прочих врагов. Логика проста: радикалы разрушают все подряд, значит, уничтожат и захватчиков. Краткосрочная стратегия работает отлично. Проблема возникает, когда воспаление становится хроническим. Оружие, предназначенное для защиты, начинает разрушать собственные ткани организма.

Дисфункциональные митохондрии усугубляют ситуацию. Когда эти органеллы повреждены, они работают как протекающая атомная электростанция. Производят мало энергии, но генерируют непропорционально много радикалов. Эти радикалы, в свою очередь, еще больше повреждают митохондрии. Образуется порочный круг, раскручивающийся все быстрее.

Недостаток антиоксидантов в пище оставляет систему защиты без ресурсов. Если рацион беден свежими овощами, фруктами, орехами, организм не получает достаточно витаминов C и E, каротиноидов, флавоноидов и других природных антиоксидантов, и защитные механизмы работают вполсилы.

Внешние окислители атакуют снаружи. Ультрафиолетовое излучение проникает сквозь кожу, не защищенную солнцезащитным кремом. Загрязненный воздух поставляет в легкие целый коктейль токсичных веществ. Сигаретный дым содержит тысячи агрессивных соединений. Алкоголь в больших количествах, некоторые лекарства, токсины в пище – все это дополнительные источники свободных радикалов.

Радиация бьет особенно жестоко. Ионизирующее излучение буквально выбивает электроны из молекул, создавая каскад свободных радикалов. Один рентгеновский фотон может породить сотни и тысячи радикалов, которые разлетаются во все стороны, круша все на своем пути.

Свободные радикалы разрушают клетки подобно ржавчине, разъедающей металл. Начинается с маленького пятнышка, которое легко не заметить. Пятно разъедает поверхность, создавая благоприятную среду для дальнейшей коррозии. Очень скоро маленькая точка превращается в дыру, а дыра распространяется дальше, захватывая все большую площадь.

Представьте, что каждая ваша клетка окружена защитной оболочкой – стеной, состоящей из очень тонкого слоя жиров. Свободные радикалы действуют как агрессивные частицы, которые выгрызают куски из этой защиты. В результате жировые молекулы деформируются и больше не могут держать строй. Защитная оболочка становится дырявой и хрупкой. Клетка буквально начинает протекать: ценные вещества, которые должны быть внутри, выходят наружу, а вредный мусор извне беспрепятственно попадает внутрь. Это нарушает работу всей клетки и ускоряет ее гибель.

Окисление ДНК приводит к мутациям. Когда радикалы повреждают генетический материал, возникают ошибки в последовательности нуклеотидов. Если мутация происходит в гене, контролирующем деление клеток, открывается прямая дорога к раку. Если страдает митохондриальная ДНК, органеллы перестают нормально работать, что еще больше увеличивает производство радикалов.

Межбелковые сшивки образуются, когда окисленные белки склеиваются друг с другом. Получаются агрегаты – молекулярный мусор, который клетка не может переработать. Эти комки накапливаются, забивают клеточную машинерию, нарушают нормальное течение процессов. При болезни Альцгеймера мозг буквально забит бляшками из сшитых белков.

Нарушение регуляции генов происходит, когда окислительные повреждения меняют экспрессию генов. Одни гены начинают работать слишком активно, другие замолкают совсем. Тонкая настройка клеточных процессов, отлаженная миллионами лет эволюции, сбивается.

Инактивация ферментов лишает клетку критически важных катализаторов. Многие ферменты крайне чувствительны к окислению. Стоит окислиться активному центру, и фермент превращается в бесполезный кусок белка. Метаболические пути останавливаются. Накапливаются токсичные промежуточные продукты.

Все это вместе приводит к воспалению, когда клетка подает сигнал бедствия соседям и иммунной системе. Либо к апоптозу – программируемой смерти, когда клетка понимает, что повреждения слишком серьезны и ее лучше ликвидировать. Либо к переходу в сенесцентное состояние, когда клетка перестает делиться, но не умирает, а начинает отравлять окружающие ткани ядовитыми сигнальными молекулами воспаления.

Защититься от избытка свободных радикалов можно, но для этого придется изменить привычки.

Бросить курить – первое и самое важное. Сигаретный дым поставляет в организм такое количество окислителей, что никакие антиоксиданты не справятся.

Защищать кожу от избыточного солнца, особенно в полуденные часы.

Ограничить алкоголь разумными пределами.

Избегать обработанных продуктов с трансжирами и прочей химией.

Стараться дышать чистым воздухом – использовать очистители дома, гулять в парках, а не вдоль автострад.

Одновременно стоит поддержать собственную антиоксидантную защиту. Ешьте разнообразные растительные продукты, особенно яркоокрашенные.

Чем ярче цвет овоща или фрукта, тем больше в нем каротиноидов и полифенолов – природных антиоксидантов. Красные помидоры, оранжевые морковь и тыква, фиолетовые баклажаны и черника, зеленый шпинат и брокколи. Радуга на тарелке – простой и надежный способ получить весь спектр защитных веществ.