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.