Ацидотический механизм повреждения клетки.

Кальциевая группа молекулярного механизма повреждения клетки.

Может быть отнесена к предыдущей, но из-за важности выделена отдельно. Повреждение клеточных структур всегда сопровождается стой­ким повышением концентрации ионов Са2+ в цитоплазме клетки. Та­кая ситуация возникает либо в результате избыточного поступления ионов Са2+ в цитоплазму (гиперкальциемия, повышение проницаемо­сти плазматической мембраны), либо в результате нарушения меха­низмов, обеспечивающих удаление ионов Са2+ из цитоплазмы (нару­шения Са-насосов, Na-Ca-обменного механизма, Са-аккумулирующей функции митохондрий и саркоплазматического ретикулума).

Повышение концентрации ионов Са2+ в цитоплазме вызывает: а) контрактуру фибриллярных структур клетки (миофибрилл, элемен­тов цитоскелета); б) активацию фосфолипазы А2; в) разобщение про­цессов окисления и фосфорилирования.

 

К развитию внутриклеточного ацидоза могут приводить:

избыточное поступление извне ионов Н+ в клетку из внеклеточной среды (декомпенсированные газовые или негазовые ацидозы);

избыточное образование кислых продуктов внутри клетки при нарушении синтеза АТФ из-за активация анаэробного гликолиза;

выход из поврежденных митохондрий три- и дикарбоновых кислот, при гидролитическом расщеплении фос­фолипидов свободных жирных кислот, фосфор­ной кислоты и др.;

нарушение связывания свободных ионов Н+ в результате не­достаточности буферных систем клетки;

нарушения выведения ионов Н+ из клетки при расстройствах Na-H-обменного механизма, а также в условиях нарушенного местного кровообращения в ткани (нарушается венозный отток).

Внутриклеточный ацидоз вызывает:

изменение конформации белковых молекул с нарушением их ферментативных, сократительных и других свойств;

повышение проницаемости клеточных мембран;

активацию лизосомальных гидролитических ферментов.

 

Липидные механизмы повреждения клетки:

перекисное окисление липидов;

активация мембранных фосфолипаз.

Перекисное окисление липидов (ПОЛ) называет­ся свободнорадикальное окисление ненасыщенных жирных кислот, входящих в состав фосфолипидов клеточных мембран.

Инициаторами ПОЛ являются свободные радикалы, среди кото­рых наибольшее значение имеют: O2¯ - супероксидный ра­дикал; ОН˙— гидроксильный радикал; Н2О2 – перекись водорода; ˙O2 — синглетный (возбужденный) кислород.

 

Появившийся в клетке первичный свободный радикал (А˙) взаи­модействует с молекулой ненасыщенной жирной кислоты (RH), в ре­зультате чего образуется свободный радикал этой кислоты (R˙) и мо­лекулярный продукт реакции:

HO˙+RH →R˙ + НOH

Образовавшийся свободный радикал жирной кислоты взаимодей­ствует с молекулярным кислородом, всегда содержащимся в клетке, в результате чего появляется пероксидный радикал этой кислоты (RОО˙):

R˙ + O=O→ROO˙

Пероксидный радикал, в свою очередь, вступает во взаимодейст­вие с находящейся рядом новой молекулой ненасыщенной жирной ки­слоты. В ходе этой реакции образуется гидропероксид (RООН) и но­вый свободный радикал:

RОО˙ + RН → ROОН + R˙

Следует отметить две важные особенности ПОЛ. Первая состоит в том, что реакции ПОЛ имеют цепной характер. Это означает, что в ходе реакций ПОЛ не происходит уничтожение свободных радикалов и в процесс вовлекаются все новые и новые молекулы ненасыщенных жирных кислот.

Вторая особенность — это разветвленный характер ПОЛ, т.е. источником радикалов становятся промежуточные продукты ПОЛ. Примером может служить образо­вание свободных радикалов из гидропероксидов липидов при их взаимодействии с имеющимися в клетке металлами переменной ва­лентности:

RООН + Fe2+ →RO˙ + ОН˙ + Fe3+

Ввиду того, что в ходе многих нормально протекающих биохими­ческих реакций образуется небольшое количество свободных радика­лов, в клетке существует постоянная опасность активации ПОЛ. Од­нако в естественных условиях этого не происходит, поскольку клетка располагает механизмами антиоксидантной защиты, благодаря кото­рым достигается инактивация свободных радикалов, ограничение и торможение ПОЛ.

Антиоксидантные системы клетки.

I. Ферментные антиоксидантные системы:

Супероксиддисмутазная.

Компоненты: супероксиддисмутаза (СОД), каталаза.

Назначение: инактивация супероксидных радикалов (НO2 ˙):

НО2˙ + НО2˙ →Н2О2 +O2↑; (реакция проходит за счет СОД)

 

2 Н2О2 →2Н2O +O2; (реакция за счет каталазы).

Нарушения: приобретенные расстройства синтеза ферментов, де­фицит меди и железа.

Глутатионовая.

Компоненты: глутатион (Г), глутатионпероксидаза (ГП), глутатионредуктаза (ГР), НАДФ-Н2.

Назначение: инактивация и разрушение гидропероксидов липи­дов:

2ГSН + RООН →Г- S - S - Г + RОН + НOH; (реакция за счет глутатионпероксидзы)
НАДФ • Н 2 + Г - S - S - Г →НАДФ + 2ГSН; (реакция за счет глутатионредуктаза)
НАДФ + 2Н+ + 2е¯НАДФ Н2˙

Нарушения: наследственно обусловленные и приобретенные на­рушения синтеза ферментов, дефицит селена, нарушения пентозного цикла (уменьшение образования НАДФ Н2˙).

II. Неферментные антиоксиданты:

"Истинные" антиоксиданты.

Компоненты: токоферолы, убихиноны, нафтохиноны, флавоноиды, стероидные гормоны, биогенные амины.

Назначение: инактивация свободных радикалов жирных кислот:

RO2˙+ In → ROOН + In˙,

где In — антиоксидант; In˙ — свободный радикал этого антиоксиданта, обладающий низкой реакционной способностью.

Нарушения: гиповитаминоз Е, нарушение регенерации "истинных" антиоксидантов.

Вспомогательные антиоксиданты.

Компоненты: аскорбиновая кислота, серосодержащие соедине­ния — глутатион, цистин, цистеин.

Назначение: регенерация "истинных" антиоксидантов:

In˙ + In˙ + 2DH →2InН + 2D,

где DH — восстановленная, D — окисленная форма вспомогательного антиоксиданта.

Нарушения: гиповитаминоз С, нарушения пентозного цикла, де­фицит серосодержащих соединений.

 

Избыточная активация ПОЛ происходит:

при избыточном образовании первичных свободных радикалов (ультрафиолетовое и ионизирующее излучение, гипероксия, отравле­ние четыреххлористым углеродом, гипервитаминоз D и др.);

при нарушении функционирования антиоксидантных систем (недостаточность ферментов — супероксиддисмутазы, каталазы, глутатионпероксидазы, глутатионредуктазы; дефицит меди, железа, селе­на; гиповитаминозы Е, С; нарушения пентозного цикла).

 

Последствия активации ПОЛ:

Продукты СПОЛ в составе фосфолипидов мембран резко повышают гидрофильность и проницаемость мембраны, что приводит к усугублению электролитно-осмотического механизма.

Механизм электрического пробоя связан с нарушениями электроизолирующих свойств гидрофобного слоя клеточных мембран, что приводит к электрическому пробою мембраны, т.е. к электромеханическому ее разрыву с образованием но­вых трансмембранных каналов ионной проводимости.

Нарушение матричной функции мембран в про­цессе активации ПОЛ. Нарушается активность мембранных ферментов, поскольку изменяется их липидное микроокружение. Кроме того, в ходе реак­ций ПОЛ происходит образование "сшивок" между молекулами бел­ков и фосфолипидов, а также окисление сульфгидрильных групп ак­тивных центров, что приводит к необратимой инактивации ферментов, например ионных АТФаз, что усиливает расстройства ионного обмена и отек клетки.