[Why and how do we age? - a single answer to the two questions]

Adv Gerontol. 2018;31(4):458-472.
[Article in Russian]

Abstract

The chemical properties of compounds involved in metabolic processes, even the core ones, such as glycolysis and Krebs cycle, are not limited to what is realized via enzymatic reactions, because the properties include the abilities to form spontaneousely covalent bonds with other compounds, incuding those incorporated in macromolecules. The effects of the gene that codes for an enzyme, which catalizes the formation of a metabolite, which features such extra properties, may be regarded as antagonistically pleiotropic. The effects that are realized via the product of the reaction catalysed by the enzyme coded by a gene are required for current viability. The effects that are mediated by the spontaneous formation of covalent bonds between the same product and slowly renewable macromolecules will be increasingly deleterious with increasing time of their accumulation provided by the positive effects. Thus, the antagonistically pleiotripic effects are not late-acting, as it is commonly believed, but rather they are cumulative. Since these effects are inseparable from metabolism, they may be labeled "parametabolic". The driving force produced by these effects is sufficient for aging to take place in any system that exists due to metabolic processes therein and proliferate due to information stored by components featuring much slower turnover compared with that of metabolites. Thus, we age because of the chemical properties of our constituents and do it so as it is determined by these properies realized within conditions of our bodies. Aging is neither a direct product of evolution (such as a program that determines the span of life), nor a byproduct (a delayed payment for current advantages). Aging results from limitations that the immanent physicochemical properties of metabolites impose on the capabilities and outcomes of evolution by natural selection, and this is what distinguishes aging from the tear and wear of inanimate objects.

Химические свойства соединений, участвующих в метаболических процессах, даже таких базовых, как гликолиз и цикл Кребса, не ограничены тем, что задействовано в ферментативных реакциях, и включают еще и способность спонтанно образовывать ковалентные связи с другими соединениями, в том числе входящими в состав макромолекул. Эффекты гена, кодирующего фермент, который катализирует образование метаболита, обладающего такими свойствами, можно считать антагонистически плейотропными. Те эффекты, что реализуются участием продукта действия белка, кодируемого геном, в ферментативных процессах, необходимы для поддержания жизнеспособности. Те эффекты, что опосредованы спонтанным образованием ковалентных связей этого же продукта с медленно обновляемыми макромолекулами, будут по мере накопления результатов таких взаимодействий постепенно нарушать жизнеспособность организма в течение времени, которое обеспечивается реализацией положительных эффектов. Таким образом, антагонистические плейотропные эффекты оказываются не поздними, как это принято считать, а кумулятивными. Поскольку они неотделимы от метаболизма, их можно назвать параметаболическими. Создаваемая ими движущая сила старения достаточна для того, чтобы оно происходило в любых системах, у которых существование обеспечивается обменом веществ, а хранение и передача наследственной информации и некоторые другие функции, например опорные, обеспечиваются макромолекулами, обмен которых происходит много медленней, чем обмен метаболитов. Стареем мы потому, что таковы химические свойства того, из чего мы состоим, и так, как эти свойства реализуются в условиях нашего организма. Старение не является ни прямым результатом эволюции путем естественного отбора (программой, устанавливающей срок жизни), ни ее побочным эффектом (отложенной на потом платой за преимущества сейчас). Старение является следствием ограничений, которые налагают на возможности и результаты эволюции неотъемлемые физико-химические свойства участников обмена веществ, и этим оно отличается от износа неживых технических систем.

Keywords: aging; evolution; metabolism; organic chemistry.

MeSH terms

  • Aging*
  • Humans