Патология клеточных мембран

Патология клеточных мембран





Рассмотрение типовых патологических реакций поврежденной клетки целесообразнее всего начать с биомембран прежде всего потому, что мембраны обладают чрезвычайно разнообразными функциями, а кроме того, клетка в целом и ее отдельные органеллы окружены биомембранами.

Ваша оценка: Нет Средняя: 1.7 (19 votes)

Функции и строение биомембран





Если говорить о роли биомембран в клетке, то следует подчеркнуть, что коацерваты (белковые капли), которые плавали в первичном мировом океане на заре зарождения жизни, только тогда стали живыми организмами, когда они окутались мембраной, отделившей эти капли белка от окружающей среды. Именно в этот момент эволюции сформировалась внутренняя среда организма, которая могла существовать самостоятельно, независимо от изменения внешних условий. Формально жизнь возникла с образованием белка, фактически - с образованием биомембран. Биополимеры, то есть крупномолекулярные соединения, включающие в себя белки, оживают лишь тогда, когда они в необходимом порядке располагаются в пространстве и определенным образом взаимодействуют друг с другом. Основными биологическими структурами, обеспечивающими такое взаимодействие, и являются биомембраны.

В функции мембран также входят: контакты клеток друг с другом, транспорт в клетку кислорода, воды и питатетьных веществ, а из клетки - продуктов целлюлярного метаболизма, воды и углекислоты; ионный транспорт и выработка энергии; регуляция внутриклеточных метаболических процессов за счет действия локализованных в мембранах ферментов; генерация и передача электрических импульсов. Если свести воедино все эти многочисленные и многообразные функции биомембран, то можно сказать, что их главной задачей является поддержание гомеостаза клетки. Таким образом, биомембраны действительно являются основой жизни клетки, а их повреждение неизбежно вызовет целую цепь нарушений основных процессов жизнедеятельности клетки и приведет к развитию глубокой патологии.

Согласно современным представлениям, биомембраны состоят из бимолекулярного липидного слоя (в котором молекулы липидов ориентированы кнаружи полярными гидрофильными головками, а кнутри - неполярными гидрофобными хвостами) и белков, разбросанных по мембране без определенной ориентации.  Некоторые из этих белков погружены в липидный стой лишь незначительной частью, другие белки «прошивают» мембрану насквозь. По образному выражению, биомембраны представляют собой «белковые айсберги, плавающие в липидном море». Это сравнение верно в первом приближении, поскольку только часть белковых «айсбергов» свободно «плавает» в липидном субстрате. Другие белки фиксированы к липидной части мембраны. Характер связей отдельных белков с липидной частью биомембраны также является различным для разных белковых молекул. Молекулы, составляющие липидиый бислой, находятся в постоянном движении, осуществляя как обмен липидными молекулами между слоями (так называемый «флип-флоп»), так и перемещение их внутри одного слоя («чехарда»). Последняя протекает во много раз быстрее, чем «флип-флоп». Меняют свои места и белковые молекулы. Таким образом, биомембрана представляет собой подвижную биологическую систему. Однако подробное ознакомление со структурой и функциями биомембран относится к области биофизики и биохимии, поэтому, заканчивая экскурс в так называемую мозаичную теорию строения биомембран, перейдем к вопросам, связанным с их патологией.

Можно выделить, по крайней мере, пять «точек приложения» действия патогенного агента к биомембранам.

Липидиый бислой. Поскольку значительную часть мембран составляют липиды, воздействие патогенного агента именно на этот компонент может привести к развитию глубокой патологии биомембран.

Некоторые липиды обладают способностью «встраиваться» в биомембраны и от химической структуры этих «встроенных» липидов может зависеть дальнейшая судьба биомембраны. Липиды, входящие в мембрану, имеют два неполярных «хвоста», то есть две молекулярные цепочки. Одноцепочечные липиды обычно не синтезируются клеткой в большом количестве, так как они, подобно детергентам, разрушают мембраны. Яд некоторых змей содержит одноцепочечный липид лизолицетин. В его присутствии происходит распад клеточных мембран, что является одной из причин смерти при змеином укусе.

Исключительно важным регулятором состояния клеточных мембран является холестерин, который «уплотняет» жидкие мембраны и «разжижает» более плотные. Кроме того, он может выполнять роль своеобразного мембранного амортизатора: одна молекула холестерина, вклиниваясь между двумя липидными молекулами мембраны, блокирует передачу двигательного импульса от одной липидной цепи к другой. При атеросклерозе в крови резко возрастает содержание холестерина и интенсивность его проникновения в клетки сосудистой стенки. «Встраиваясь» в мембраны клетки, холестерин, в случае его присутствия в избыточном количестве, может нарушить нормальную функцию клеточных мембран.

Воздействуя малыми количествами жирорастворимых витаминов А и E на лизосомные мембраны, можно резко повышать их проницаемость, так как эти витамины также «встраиваются» в оболочки лизосом. Аналогичным действием обладают и свободные жирные кислоты. При избыточном накоплении в клетках этих продуктов может произойти выраженное повышение проницаемости лизосомных мембран, выход ферментов лизосом в цитоплазму с последующим аутолизом и гибелью клеток.

Приведенные три примера четко показывают, что воздействие чрезвычайного раздражителя на липидный компонент биомембран может привести к их глубокому повреждению и гибели клеток.

Мембранные белки. Белковые молекулы мембран, как уже отмечалось, не занимают постоянного положения в липидном бислое, хотя часть из них в этом слое фиксирована. При изменении функционального состояния клетки белковые молекулы могут менять свое местоположение, соединяться вместе или, наоборот, более равномерно распределяться по поверхности клетки. Этот механизм, в частности, играет важную роль в процессе фагоцитоза, когда под влиянием веществ, к которым у лейкоцитов имеется положительный хемотаксис, на одном из его полюсов образуются белковые «шапочки», состоящие из «сплывшихся» и соединившихся друг с другом молекул белка, причем эти «шапочки» во многом определяют дальнейшую динамику фагоцитарного процесса. Некоторые микробы выделяют вещества, соединяющиеся с белковыми молекулами биомембраны лейкоцитов, препятствуя тем самым образованию «шапочки» и тормозя процесс фагоцитоза. Именно белковые образования входят в состав так называемых рецепторов клетки, способных фиксировать на себе ряд необходимых для нее молекул. Повреждение этих рецепторов будет препятствовать проникновению в клетку веществ, необходимых для ее метаболизма, или же эти вещества, если они образуются внутри клетки, будут из нее усиленно вымываться, вследствие чего также может возникнуть патологическое перерождение клетки. Так, например, считают, что в результате повреждения мембранных рецепторов из клетки будут усиленно вымываться кейлоны - вещества, необходимые для торможения процесса клеточного деления. Такое вымывание кейлонов. по мнению ряда авторов, может способствовать появлению у клетки способности к безудержному росту и делению, то есть к ее озлокачествлению.

Плотность биомембран. Для того, чтобы клетка могла нормально функционировать, входящие в состав ее биомембраны липиды обязательно должны представлять собой жидкую пленку. Только в этом случае может быть обеспечено правильное функционирование мембранных белков и нормальное прохождение веществ через мембрану. Это также необходимо для нормальной работы ферментов, фиксированных на биомембранах. Если липиды становятся более плотными, то в момент их «затвердевания» активность ферментов начинает быстро падать.

Вязкость биомембран. Нормальная функция биомембран в значительной степени определяется их вязкостыо. По данным Л. Д. Бергельсона, в среднем вязкость нормальной мембраны должна соответствовать этому же показателю оливкового масла. Даже небольшие отклонения в данном параметре, например, приобретение биомембранами степени вязкости, соответствующей льняному маслу, уже означают патологию. Тем же автором и его сотрудниками было показано, что вязкость мембран клеток злокачественных опухолей меньше, чем в нормальных клетках.

Целостность биомембран. Целый ряд ферментов фиксирован на биомембранах и, соответственно, может выполнять свою функцию только в том случае, если наблюдается структурная целостность этих мембран. Другие ферменты, напротив, начинают проявлять свое действие только в том случае, если целостность мембран нарушена и ферменты перешли в свободное состояние. Таким образом, сохранность биомембран в весьма значительной степени определяет состояние их ферментной активности. Важность целостности мембраны для нормального течения процессов в клетке можно пояснить на следующем примере.

В мембранах клеток содержится фермент аденилатциклаза, играющий исключительно важную роль в нормальном течении внутриклеточного метаболизма. При активации аденилатциклазы происходит усиление образования в клетке циклических нуклеотидов, в частности цАМФ, который образуется из АТФ. Циклический АМФ катализирует ряд внутриклеточных реакций, переводя многие ферменты из неактивной формы в активную, в результате чего начинают интенсивно идти те или иные биохимические процессы. Циклические нуклеотиды тесно связаны в своем метаболизме и с таким мощным регулятором деятельности клетки, каким являются простагландины. В связи с этим можно сказать, что повреждение клеточных мембран неизбежно сказывается на нормальном функционировании аденилатциклазы, вследствие чего нарушается выработка циклических нуклеотидов и простагландинов. Другими словами, повреждение клеточной мембраны может привести к резкому нарушению функции и даже к гибели клетки.

Ваша оценка: Нет Средняя: 2.6 (41 голос)