Белки — биологические макромолекулы, представляющие собой полимеры, в которых разные аминокислоты объединены в одну цепочку. Белки обретают функцию, только когда эта цепочка правильным образом уложена в пространстве. Пространственная укладка называется конформацией белка. Все, что нарушает конформацию, инактивирует белок и ускоряет старение организма. Наши белки образуются из 20 аминокислот. В каждой клетке и ткани они выполняют огромное количество функций: структурную (коллаген, эластин, кератин), метаболическую (ферменты), сигнальную (белковые гормоны, сигнальные факторы, факторы роста), рецепторную (рецепторы гормонов, рецепторы иммунологического распознавания), транспортную (ионные каналы, белки-переносчики), защитную (антитела, коллаген, кератин), регуляторную (киназы, фосфатазы, факторы транскрипции и трансляции ДНК), двигательную (актин, миозин), резервную (белки могут сгорать в клетке с образованием АТФ).
Наш организм является совокупностью клеток — без преувеличения «нанозаводов», которые строят собственные белки из чужеродных белков по чертежам ДНК. Белок, потребляемый с пищей, расщепляется до составных элементов — аминокислот — в желудочно-кишечном тракте под действием пищеварительных ферментов пепсина и трипсина. Аминокислоты всасываются в кровь и поступают в клетки, где при участии строительных фабрик — рибосом — используются для построения собственных белков клетки, программа которых заложена в генах ядерной и митохондриальной ДНК. Часть аминокислот используется для получения калорий в процессе митохондриального дыхания.
Из 20 основных аминокислот, используемых клетками человека для создания собственных белков, примерно половина аминокислот является незаменимыми, то есть необходимо их ежедневное поступление с пищей. Это такие аминокислоты, как валин, гистидин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан и фенилаланин. Читатель, возможно, слышит эти названия впервые, но вот ваш организм с этими соединениями прекрасно знаком. Незаменимые кислоты в избытке содержатся в таких продуктах питания, как яйца, сыр, мясо, рыба, бобовые, кунжут, орехи.
Аминокислоты необходимы не только в биосинтезе белка. Например, метионин требуется в реакциях метилирования, регулирующих активность генов и белков в клетке. Триптофан является предшественником кофермента НАД, требуемого для работы многих энергетических ферментов, а также нейротрансмиттера серотонина (отвечает за бодрое самочувствие) и гормона мелатонина. Глутаминовая кислота сама может выполнять роль нейротрансмиттера в нервной системе. Остальные аминокислоты могут служить в качестве промежуточных метаболитов в различных процессах, от синтеза глюкозы до заживления ран.
Достаточное потребление полноценного белка является залогом здоровья, успешного роста и полового созревания. Но, как мы помним, задача эволюции — обеспечить размножение, а дальше, как говорится, хоть трава не расти. Как связано потребление белков и продолжительность жизни? Рассмотрим в деталях. Группа Линды Партридж в 2005 году в исследованиях на дрозофилах установила, что для влияния ограничительной диеты на продолжительность жизни важно не ограничение калорий как таковое, а изменение качественного состава потребляемой пищи. Снижение калорий, потребленных за счет белка, дает больший эффект увеличения продолжительности жизни, чем ограничение углеводных калорий. Ограничение потребления белка взрослыми индивидуумами способствует замедлению развития некоторых возраст-зависимых патологий и долголетию не только у модельных животных, но и у человека. Важную роль ограничения белков доказали эксперименты других научных групп на взрослых крысах, получавших обедненную белком диету — они жили дольше контрольных.
Многолетнее исследование влияния особенностей питания на продолжительность жизни людей, выполненное под руководством Вальтера Лонго из США, результаты которого опубликованы в 2014 году, показало, что в возрастной группе 50–65 лет ежедневное употребление большого количества белка (мяса и молочных продуктов) приводит к увеличению общей смертности на 75 % и к 4-кратному росту риска канцерогенеза. Однако данная закономерность была менее выражена, если речь шла об употреблении белков растительного происхождения.
Интересно отметить, что общая смертность людей старше 65 лет на фоне потребления большого количества белковой пищи снижалась.
Вместе с тем употребление преимущественно белковой пищи пятикратно повышало смертность от осложнений диабета во всех возрастных группах. Дополнительные исследования на мышах подтвердили выявленную закономерность — богатая белком пища увеличивала частоту канцерогенеза и смертность, однако низкобелковая диета оказалась не менее опасной для очень старых животных.
Таким образом, умеренное снижение потребляемого белка в среднем возрасте способствует долголетию.
Как же излишний белок ускоряет старение? Предполагается сразу несколько возможных механизмов. Избыток белка в пище приводит к повышению кислотности в тканях. Это состояние называется метаболическим ацидозом, который в пожилом возрасте способствует снижению мышечной и костной массы, остеопорозу (фактически растворяет кости). Кроме того, создается перегрузка регуляторов азотистого обмена — печени и почек. Повышается активность сигнального пути гормона роста и инсулиноподобного фактора роста, что, как мы уже говорили в разделе, посвященном наследственным причинам долголетия, увеличивает риск возникновения раковых заболеваний.
Вслед за влиянием на долголетие ограничения белковой компоненты пищи были выяснены другие не менее удивительные последствия влияния отдельных аминокислот. Как уже упоминалось, у дрозофил снижение калорийности пищи через ограничение белков дает большее увеличение продолжительности жизни, чем ограничение сахарозы. Добавление очищенных незаменимых аминокислот к низкокалорийной диете отменило продление жизни, тогда как возвращение аминокислот в пищу, но уже без метионина (и в меньшей степени триптофана) сохранило эффект долгожительства.
Таким образом, снижения содержания в пище только одной незаменимой аминокислоты — метионина, уже достаточно, чтобы существенно увеличить продолжительность жизни. Этот факт оказался справедливым для дрожжей, дрозофил, мышей и крыс. Метионин сконцентрирован в белке яйца, курицы, тунца, молока, риса, кукурузы. Менее всего метионина содержат белки бобовых (чечевицы, сои, бобов, фасоли), пшеницы и картофеля. Для клеток дрожжей установлено, что длительность их жизни можно продлить, ограничив, помимо метионина, аспарагин или глутамат. Богаты аспарагином молоко, мясо, яйца. Глутамат в избытке содержится в сыре, мясе птицы, говядине. В экспериментах на дрозофилах было показано, что эффект низкометиониновой диеты лучше всего проявляется на фоне снижения общего количества потребляемого белка. У мышей и крыс долгожительство можно спровоцировать ограничением как метионина, так и триптофана. Больше всего триптофана содержится в сыре и говядине. Ограничение других аминокислот на грызунах не изучено.
Узнай большеКак оказалось, влияние метионина на продолжительность жизни зависит от активности особого сигнального белка — киназы TOR, которая в ответ на поступление в клетку аминокислот и ростовых сигналов активирует процессы биосинтеза собственных белков организма и подавляет их утилизацию (автофагию). Метионин — аминокислота, с которой начинается биосинтез каждого белка, и ее недостаток неизбежно замедляет белковый обмен и стимулирует автофагию. Организм интенсивнее освобождается от белков с повреждениями и прочего мусора. С другой стороны, чем меньше образуется в клетке белков, тем лучше вспомогательные системы клетки справляются с укладкой пространственной структуры уже имеющихся белков. А вот при высоком уровне биосинтеза белка возникающий «хаос» может повредить или даже убить клетку, ускоряя старение организма. Еще несколько аминокислот — лейцин, изолейцин и валин — также стимулируют функцию киназы TOR. Аминокислоты валина больше всего в белке говядины, курицы, горохе, яйце; изолейцином богаты молоко, мясо и яйца; лейцином — молоко, овес, кукуруза.
Помимо увеличения максимальной продолжительности жизни, низкометиониновая диета у млекопитающих снижает риск ожирения, повышает устойчивость к болезням печени, снижает уровни инсулина и инсулиноподобного фактора роста и гормонов щитовидной железы.
Как же добиться продления жизни за счет снижения потребления метионина? Наименьшее количество метионина содержат растительные белки, а наибольшее — животные.
Животные белки (мясо, птицу, рыбу) стоит ограничить, частично (но не полностью!) заменив их растительными. Кстати, такое соотношение белков уже показало себя на практике: знаменитое долгожительство населения острова Окинава связывают с характерной для этого острова одноименной диетой, которая является и низкокалорийной, и содержит малое количество животного белка.
Животные белки (мясо, птицу, рыбу) стоит ограничить, частично (но не полностью!) заменив их растительными. Кстати, такое соотношение белков уже показало себя на практике: знаменитое долгожительство населения острова Окинава связывают с характерной для этого острова одноименной диетой, которая является и низкокалорийной, и содержит малое количество животного белка.
Хотя метионин исследован лучше всего, есть научные данные и о влиянии других аминокислот. Например, ограничение потребления лейцина повышает чувствительность тканей к инсулину. Лейцин содержится в таких продуктах питания, как бурый рис, бобовые, соя, мясные и рыбные продукты, лесные орехи, цельная пшеница, яичный белок. Другая важная аминокислота, влияющая на продолжительность жизни, — это триптофан. Ограничение триптофана защищает от ишемического и реперфузионного повреждения почек и печени. Некоторые продукты метаболизма триптофана канцерогенны. Наибольшее количество триптофана содержится в сырах, мясных и рыбных продуктах, бобовых, зерновых.
Роль отдельных аминокислот в старении представлена в таблице 10.
Таблица 10. Роль в организме и в процессе старения отдельных аминокислот
Пищевые волокна
Пищевые волокна — это высокомолекулярные полисахариды (целлюлоза, гемицеллюлоза, пектины) и полифенолы (лигнин), являющиеся структурными элементами растительных клеточных стенок. Их избыток в пище замедляет всасывание продуктов пищеварения, стимулирует перистальтику и секреторную активность желудочно-кишечного тракта. Способность разбухать создает чувство наполненности и сытости, помогая регулировать пищевое поведение.
Пищевые волокна в целом снижают гликемический индекс продуктов питания и повышают толерантность к глюкозе, заставляя быстрые углеводы усваиваться медленнее, что сдерживает развитие пика глюкозы в крови, делая его пологим, а не острым, помогая организму сохранять чувствительность к инсулину. Кроме того, они снижают вероятность злокачественных новообразований, в частности рака толстой кишки, и улучшают холестериновый обмен. Повышенное содержание пищевых волокон показано при сахарном диабете, ожирении и желчнокаменной болезни — а также в качестве профилактики старения.
Основными источниками целлюлозы являются сливы, яблоки (с кожурой), цитрусовые, бобовые, кукуруза, отруби, листовые салаты, кабачки и сельдерей, ее много в оболочках семян и орехов.
Пектины обладают противовоспалительными свойствами. Наши собственные данные показали, что пектины из яблок и цитрусовых способствуют увеличению продолжительности жизни в экспериментах на модельных животных. Они так же, как и целлюлоза, препятствуют усвоению быстрых углеводов, смягчая их негативное влияние на здоровье. Кроме яблок и цитрусовых, пектины содержатся в персиках, абрикосах, смородине, крыжовнике и других ягодах, в картофеле, свекле, моркови и луке.
Лигнины и лигнаны являются строительными элементами растений наравне с целлюлозой. При этом, если целлюлозу можно условно назвать «арматурой» клетки растения, то лигнины и лигнаны можно приравнять к «бетону»: они сцепляют волокна целлюлозы, обеспечивая стабильность конструкции. В медицине лигнины особенно ценятся как энтеросорбенты — соединения, способные связывать другие вещества и даже бактерии и выводить их из организма. Один грамм медицинского лигнина поглощает и удерживает в своей структуре 7 300 000 бактерий, включая сальмонелл, холероподобных вибрионов, желтый стафилококк. Лигнины и лигнаны играют важную роль в адсорбции в желудочно-кишечном тракте и выведении токсичных веществ, тяжелых металлов и избытков стероидных гормонов. В наших собственных исследованиях, проведенных совместно с доктором химических наук А. П. Кармановым, гидролизные лигнины увеличивали продолжительность жизни дрозофил. Их влияние на продление жизни обусловлено тем, что в их присутствии организм более интенсивно очищается от вредоносных веществ, кроме того, они обладают антиоксидантным действием. Получить лигнины и лигнаны можно из тех же продуктов, в которых содержится целлюлоза.
Чтобы усвоить достаточно этих полезных компонентов, необходимо ежедневно употреблять около килограмма овощей и фруктов, отдавая предпочтение первым.
Положительный момент состоит в том, что овощи и фрукты, содержащие нужные количества пищевых волокон широко распространены на территории России и являются частыми гостями на нашем столе.
МикрофлораМикрофлора, или микробиота — это микроорганизмы, обитающие в кишечнике, на коже и слизистых тела. Один из первых биогеронтологов, автор термина «геронтология», нобелевский лауреат Илья Ильич Мечников приписывал микробиоте, обитающей в нашей пищеварительной системе, определяющую роль в обеспечении долголетия. Роль микробиоты действительно трудно переоценить, ведь на каждую клетку в организме человека приходится не менее 10 микробных клеток, заселяющих эпителий желудочно-кишечного тракта, мочевыводящих путей, ротовую полость, всю поверхность тела. Перерабатывая избытки пищи и балластные вещества, микробиота восполняет наши запасы недостающих нутриентов.
С одной стороны, микробы помогают переваривать пищу, потребляя балластные пищевые волокна и вырабатывая взамен необходимые нам витамины, незаменимые аминокислоты, короткоцепочечные жирные кислоты, углеводы и биологически активные вещества. С другой стороны, под действием бактериальной микрофлоры из некоторых аминокислот (лизин, аргинин, тирозин, орнитин, триптофан) и других веществ (холин, лецитин, метиламин) в кишечном тракте образуются токсичные амины. Их влияние на здоровье очень существенно, причем оно во многом определяется составом пищи. Чрезмерное потребление богатой аминокислотами мясной и бобовой пищи представляет определенную опасность. Токсичные амины пиперидин, пирролидин, тирамин и октопамин способствуют возникновению артериальной гипертензии и депрессии, а гистамин — аллергическим и воспалительным реакциям, в том числе образованию язв.
В результате протекающих в кишечнике гнилостных процессов образуются высокотоксичные фенол, индол, крезол, скатол, метилмеркаптан. Из кишечника они всасываются в кровь и попадают в печень, где обезвреживаются с выделением большого количества токсичных свободных радикалов. Под их воздействием печень получает повреждения, и может образоваться рак.
Некоторые соединения, образующиеся из аминов и нитрита натрия, широко известны своими канцерогенными свойствами: это нитрозамины и N-нитрозосоединения. Данные вещества находятся в ощутимом количестве в жареном беконе, копченом мясе, пиве, молоке, табачном дыме, косметике. Часть из них образуется под действием микрофлоры ротовой полости, где происходит восстановление нитратов (которыми богаты овощи) до нитритов и запускается образование нитрозаминов.
Поскольку антибиотики подавляют как вредную, так и полезную микрофлору, они грубо вторгаются в тонкий баланс выработки симбиотической микрофлорой различных биологически активных веществ. Это не причина отказываться от их использования, так как от многих возбудителей болезней мы не способны защититься сами, речь идет лишь о том, что влияние антибиотиков нужно научиться компенсировать. В случае несбалансированного питания, возрастных изменений функциональности иммунной системы, стиля жизни и привычек, при наличии некоторых хронических возраст-зависимых заболеваний и в результате приема некоторых медицинских препаратов при старении наблюдается изменение микрофлоры полости рта, пищеварительного и урогенитального тракта, поверхности кожи.
В частности, происходит увеличение количества бактериальных клеток, усиление роли гнилостных анаэробных патологических бактерий. В результате происходящих изменений в микрофлоре при старении наблюдается снижение функциональных возможностей желудочно-кишечного тракта, нарушение абсорбции питательных веществ, повышение чувствительности к инфекциям, протекает хроническое общее воспаление, происходит попадание в кровь микробных токсинов, возрастает склонность к ожирению, нарушается барьерная функция кожи.
Существенную роль в сдерживании этих процессов опять же играет сбалансированная диета. Процесс возникновения вредных нитрозаминов тормозится в присутствии антиоксидантов, в частности витаминов С и Е. Необходимое количество пищевых волокон, являющихся субстратом для полезных бактерий, способствует нормализации микрофлоры. Обладающие противовоспалительными свойствами растительные пектины и флавоноиды создают благоприятную среду для развития полезных бактерий. В модельных экспериментах подавление воспалительных реакций в стенке кишечника приводило к снижению количества патогенной микрофлоры и замедлению старения.