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Genetische Grundlagen biologischen AlternsH. D. Osiewacz, Institut für Molekulare Biowissenschaften
4. Mai 2006
Alterspyramide (Gemälde)
4. Mai 2006
Abnahme der Lungen- und Nierenfunktion während des Altern beim Menschen
4. Mai 2006
Alterskorrelierte Mortalität verschiedener Krebsarten
4. Mai 2006
L. Kranach d.Ä.: Der Jungbrunnen (1546)
4. Mai 2006
Alternstheorien
• Warum altern biologische Systeme?→ Evolutionstheorien
• Wie altern biologische Systeme?→ Mechanismen des Alterns
4. Mai 2006
Wie altern biologische Systeme?Mechanismen des Alterns
• Stochastische Theorien Altern ist eine zufällige Folge schädlicher Ereignisse
• Deterministische Theorien (Programmtheorien)Altern ist ein endogener, genetisch programmierter Prozess
4. Mai 2006
Wie altern biologische Systeme?Mechanismen des Alterns
Stochastische Theorien• Theorie der freien Radikale (Harman 1954)• Mutationstheorie (Szilard 1959)• Fehlerkatastrophentheorie (Orgel 1963)
4. Mai 2006
Deterministische Theorien (Programmtheorien)• Stoffwechseltheorie (Rubner 1908)• Zellteilungstheorie (Hayflick 1969)
Maximale Lebensspanne bei
Tieren
4. Mai 2006
Jeanne Calmentverstarb am 4. August 1997 im Alter von 122 Jahren und 164
Tagen in Arles, Frankreich
4. Mai 2006
4. Mai 2006
Maximale Lebensspanne bei
Pflanzen
Werner‘s Syndrom
4. Mai 2006
Progeria infantilis
4. Mai 2006
Modellsysteme in der Alternsforschung
4. Mai 2006
Altern bei Podospora anserina
4. Mai 2006
4. Mai 2006
Langlebige Stämme von P. anserina
Stamm Ort der Mutation Lebensspanne
WT (s) - 25 dincoloris (i) nDNA (III) 42 dvivax (viv) nDNA (III) 66 dgrisea (gr) nDNA (IV) 39 dgr viv nDNA (IV+III) > 9ai viv nDNA (III) >12a
ex1 mtDNA > 15aex2 mtDNA > 6.5a
4. Mai 2006
Die Zelle heterotropher Eukaryonten
4. Mai 2006
Glucose + O2
Energietransfer im
Ökosystem
4. Mai 2006
Mitochondrien: Orte der oxidativenPhosphorylierung
ca. 36 ATP2 ATP
O2
4. Mai 2006
Mitochondrien: Atmungskette + ATP-Synthase
4. Mai 2006
UQI
II
III
Cytc
NADH + H
NAD
+
+
H+H+ H+
Succinat
Fumarat
ADP +P ATPi H+
ATPSynthase
Cu
IV
Cu
CuV
Intermembran Raum
Matrix
H+
1/2O2 +2H+ H2O
4. Mai 2006
Intermembran Raum
Matrix
O2
+ H+
MnSOD
H2O2 OH -.OH -
Cu2+Cu+
4. Mai 2006
Reaktive Sauerstoffver-bindungen (ROS):
.O2- (Superoxidanion),
H2O2 (Wasserstoffperoxid).OH- (Hydroxylradikal)
UQI
II
III
Cytc
NADH
NAD+
H+H+ H+
Succinat
Fumarat
ADP +P ATPi H+
ATPSynthase
Cu
IV
Cu
CuV
H+
O2 +4H+ 2 H2O
O2.-
O2.-
2H+
H+
UQI
II
III
Cytc
NAD H + H
NAD
+
+
H+H+
ADP +P ATPi H+
ATPSynthase
Cu
IV
CuCu
V
H+
1/2O2 +2H+ H2O
ROS
***
****
* *
4. Mai 2006
Langlebige Stämme von Podospora anserina
Wildstamm (25 d)
Grisea (39d)
PaCox17::ble (>280 d)
Wildstamm (25d)
4. Mai 2006
UQI II
NAD H +
NAD
+
+
H +
SuccinateFumarate
1/2 O +2H H O2 2+
AOX
ROS
SHAM
ADP +P ATPiH+
ATPSynthase
V
H
4. Mai 2006
ATP
UQIII
III
Cytc
NAD H + H
NAD
+
+
H+H+ H+
SuccinateFumarate
ADP +Pi
H+
1/2 O + 2 H H O2 2+
ATPSynthase
IV
ROS
ROS
V
Defekte Mitochondrien akkumulieren während des Alterns
4. Mai 2006
effektiveSchutzsysteme wenig effektive
Schutzsysteme
Kalorienrestriktion bei Nagetieren
4. Mai 2006
Kalorienrestriktion bei Affen
4. Mai 2006
Kalorienrestriktion beim Menschen ???
Mitochondria and Ageing
Cu Cu
Cu
CuCu
CuCu
Cu
CuCu
Cu
4. Mai 2006
Project: The Role of Mitochondria in Conserved Mechanisms of Ageing
(11 Partners, 6 Countries, Coordinator: H.D. Osiewacz, Frankfurt)
4. Mai 2006
Alternsmodelle
Saccharomyces cerevisiae Podospora anserina Drosophila melanogaster
Caenorhabditis elegans
Cell culturesMus spec
4. Mai 2006
Historische Entwicklung der Lebenserwartung
4. Mai 2006
Änderungen der Alternstruktur und Deutschland
4. Mai 2006
Demographische FaktenStatistisches Bundesamt 2000
•Ein heute geborenes Kind hat eine über 30 Jahre höhere Lebenserwartung als ein Kind, das vor 100 Jahren geboren wurde (Tendenz steigend).
4. Mai 2006
• 2000: 40 Personen im Rentenalter (60 oder älter) treffen auf 100 Personen im erwerbsfähigen Alter (20-59 Jahre).
• 2050: 80 Personen im Rentenalter treffen auf 100 Personen im erwerbsfähigen Alter.
Demographische VorhersagenStatistisches Bundesamt 2000
4. Mai 2006
4. Mai 2006
Forever Young
Altern Buch
Apoptose• Dr. Andrea Hamann• Diana Brust• Yasmine Bernhards• Mathis Müller-Ohldach
Kupferhomöostase• Jürgen Grief• Kadina Masic
Johann Wolfgang Goethe-UniversitätInstitut für Molekulare Biowissenschaften- Biozentrum
Molekulare Entwicklungsbiologie
Mitochondrien-Dynamik• Christian Scheckhuber• Joyceline Wüstehube
Hitzeschockproteine• Tobias Kensche
Signaltranduktion• Francisco Galera
Proteinschädigung& -qualitätskontrolle• Birgit Kunstmann• Karin Jezek
Administrative Aufgaben: Dr. Markus Bucher, Barbara TaraziTechnische Assistenz: Sieglinde Kost, Gabriele Seelbach, Alexandra Werner
Förderung durch:
PROTEOMAGELINKAGE
4. Mai 2006
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