Роль ионов кальция в повреждении митохондрий

Роль кальция и фосфолипазы А2 в повреждении митохондрий при гипоксии

Лекция 4

 

Итак, отсутствие кислорода в живой клетке приводит к повреждению прежде всего митохондрий. Что же произошло в клетке, без чего митохондрии разрушаются? В течение первых же пяти минут аноксии в клетках резко снижается уровень АТФ и накапливается молочная кислота (см. рис. 1).

Рис.1.Быстрый расход АТФ в переживающей печени (По данным Hems Brosnam).

По абсциссе отложено время после прекращения доступа кислорода, по ординатам - концетрации АТФ, АДФ (слева) и лактата (справа).

Несмотря на гликолиз концентрация АТФ в ткани быстропадает в течение первых 5 минут.

 

 

Снижение концентрации источника энергии не может не сказаться на работе ионных насосов, выкачивающих из клетки ионы кальция (Ca2+-АТФаза) и натрия (в обмен на калий, Na+-K+-АТФаза). Выключение натрий-калиевой АТФазы приводит к повышению осмотического давления в клетке и её набуханию. Отек ткани – характерный признак гипоксии, резко усугубляющий ситуацию, поскольку сжатие кровеносных сосудов ухудшает кровоснабжение и усугубляет кислородную недостаточность. Не менее драматичны последствия увеличения концентрации ионов кальция в цитоплазме клеток. Именно эти ионы, как мы сейчас увидим, несут прямую ответственность за повреждение митохондрий в анаэробных условиях. На рис. 2 приведены данные опытов, в которых изолированные митохондрии инкубировались в аэробных (+O2) и анаэробных условиях (-O2) в присутствии (+Ca2+) и в отсутствие (-Ca2+) ионов кальция, добавленных в относительно низкой концентрации (около 10 мкМ, т.е. порядка 10-5М). Объяснение результатов этого опыта дано на рис. 3. На рисунке дано схематическое изображение митохондрий. В отсутствие ионов кальция и кислорода (А) митохондрии могут некоторое время существовать, не повреждаясь. Введение кислорода (при наличии субстратов окисления) приводит к "энергизации" (Б), основным проявлением которой служит появление разности потенциалов на внутренней мембране (знак "минус" внутри). В присутствии ионов кальция и при отсутствии кислорода в среде (В) митохондрии повреждаются (см. также Д и Е). Но если наряду с кальцием в среде присутствует кислород (Г), ионы кальция "заглатываются" митохондриями и, находясь внутри, уже не оказывают своего повреждающего действия.

Рис.2. Повреждение митохондрий при анаэробной (-O2) и аэробной (+O2) инкубации.

За степень повреждения принята отношение коэффициентов дыхательного контроля до и после инкубации минус 1, в %.

 

Можно видеть, что митохондрии повреждаются только в том случае, если они инкубируются:

1. Анаэробно;

2. В присутствии ионов Ca2+.