Влияние ксенобиотиков на физико-химические свойства цитоплазмы и транспортные функции мембраны.

Вязкость - свойство, присущее жидкостям, обладающим внутренней структурой, вязкость часто называют внутренним трением.

Основное вещество цитоплазмы - цитозоль содержит систему микро- филаментов. Крупные молекулы - белки и РНК - образуют коллоидный раствор, который может быть золем (невязким) или гелем (вязким).

Взаимодействие гидратированных ионов ксенобиотиков с заряженными белковыми молекулами цитоплазмы может вызывать переходы золя в гель и обратно. Катионы, имеющие поливалентный заряд, сильнее притягивают­ся к заряженной коллоидной частице по сравнению с одновалентными.

. В структур­ной вязкости находит отражение реакция живых организмов на изменение внешних условий (температура, освещение и др.) и, конечно, на химиче­ские агенты.

Движение цитоплазмы. Скорость движения цитоплазмы (СДЦ) варь­ируется от нескольких микрометров в секунду до десятков и зависит от условий окружающей среды (свет, температур, рН) и от присутствия ксе­нобиотиков.

Индуцируемое химическими агентами движение цитоплазмы получило название хемодииеза. Заметное влияние на СДЦ оказывают ксенобиотики, подавляющие обмен веществ у живых организмов.

Изоэлектрическая точка цитоплазмы (ИЭТ). Все амфолиты способ­ны проявлять свойства и кислот и оснований, т. е. способны образовывать и положительные и отрицательные ионы. В живых организмах важнейши­ми амфолитами являются аминокислоты, полипептиды, белки. Кислые группы в щелочной среде теряя протон, становятся отрицательно заряженными, а основная группа, в кислой среде присоединяя протон, становится положительно за­ряженной.

Ионные группы определяют электрические свойства белковых моле­кул. Заряд белковой молекулы равен сумме зарядов ионных групп. При определенном значении рН, когда образуется одинаковое количе­ство положительных и отрицательных зарядов, т. е. сумма их равна О, белок становится нейтральным. Значение рН, при котором белок имеет минимальный электрический заряд, принято называть ИЭТ. В растворе с рН, равном ИЭТ, белок не движется ни к одному из полюсов, тогда как в кислой среде он перемещается к катоду, а в щелочной - к аноду. Этот при­ем, называемый электрофорезом, широко используется для разделения белков.

Каждый белок имеет строго определенную величину ИЭТ в зависимо­сти от преобладания диамино- или моноаминокарбоновых кислот.

Различные ксенобиотики, имеющие кислотные или щелочные свойст­ва, способны сдвигать величину рН в ту или иную сторону и тем самым изменять ИЭТ цитоплазмы.

Плазматические мембраны. Содержимое клетки отграничено от ок­ружающей среды плазматической мембраной. Благодаря этому поддержи­ваются условия, позволяющие структурным элементам клетки выполнять присущие им функции. С другой стороны через плазматическую мембрану осуществляется непрерывный транспорт различных молекул, чем и обес­печивается обмен веществом между средой и клеткой. Толщина плазматической мембраны со­ставляет около 10 нм. В мембране находятся белковые струк­туры, формирующие ионные каналы, рецепторы для физиологически ак­тивных веществ, обеспечивающие восприятие сигналов, регулирующих биологическую активность клетки.

В мембрану встроены белковые молекулы, которые часто пронизывают всю ее толщу, либо погружаются на различную глубину, находясь на внешней или внутренней стороне. Углеводный компонент клеточной мем­браны представлен главным образом гликопротеинами. Они располагают­ся на внешней поверхности мембраны. Мембраны различных клеток суще­ственно различаются по своему строению и функциям Изменение свойств плаз­матических мембран в ответ на стимул являются важнейшим звеном цепи биологических процессов, лежащих в основе формирования реакции орга­низма на внешние и внутренние раздражители.

Плазматические мембраны, несмотря на преимущественно липидный состав, способны пропускать низкомолекулярные водорастворимые веще­ства, так как содержат поры со средним диаметром 0,7 - 1,0 нм. Максимальная молекулярная масса водорастворимого вещества, способного проникать через плазматические мембраны, - около 200 дальтон.

Увеличение площади поверхности растущей клетки осуще­ствляется за счет слияния клеточной мембраны с синтезируемыми в цито­плазме микровезикулами.

Важными свойствами клеточной мембраны является ее электрический заряд и электрическая проводимость. Наружная сторона мембраны клеток в состоянии покоя заряжена положительно. Вещества, вмешивающиеся в об­мен липидов, существенно влияют на свойства биологических мембран.

Цитоплазматические мембраны. Внутри клеток имеются многочисленные мембранные структуры, образующие ЭПР, мембрану ядра клетки, митохондрии, АГ, лизосомы. Эти структуры образованы двумя слоями биологической мембраны. Цитоплазматические мембраны служат организующим субстратом для объединения в единый комплекс ряда энзиматических систем. Токсическое действие многих веществ сопряжено с их влиянием на состояние мембранных структур. Оно может быть прямым и опосредованным. Наиболее вероятными механизмами повреждения биологических мембран при интоксикациях являются: 1) активация перекисного окисления липидов; 2) активация фосфолипазной активности.

Определение адсорбции

Спектр проявлений токсического процесса, определяются строением ксенобиотика. Для обозначения количества вещества, действующего на биологический объект, используют понятие «доза». Зависимость «доза-эффект» может быть прослежена на всех уровнях организации живой материи: от молекулярного до популяционного. При этом в подавляющем большинстве случаев будет регистрироваться общая закономерность: с увеличением дозы - увеличивается степень повреждения системы; в процесс вовлекается все большее число составляющих её элементов. Самым простым объектом, необходимым для регистрации биологического действия ксенобиотика, является клетка.

Многие ксенобиотики действуют непосредственно, адсорбируясь на клеточной поверхности (мембране). Адсорбирующая поверхность в клетке может на несколько порядков превышать объем. Белки и крупные молекулы в растворе находятся в коллоидном состоянии и обеспечивают огромную поверхность для адсорбции. Рассматривая явление адсорбции, следует учитывать:

1)физико-химические характеристики веществ после их адсорбции отличаются от их свойств в растворе;

2)вещество может обратимо адсорбироваться на поверхности клетки;

3)адсорбция определяется суммой всех химических связей, образующихся между молекулами или молекулами и поверхностью;

4)процесс адсорбции обусловлен теми же типами связей (в особенности ван-дер-ваальеовыми, водородными и ионными), что и химические реакции, происходящие во всем объеме вещества;

5)особенности, определяющие количественные различия между реак-циями, протекающими на поверхности и в растворе:

а) на поверхности создается стопроцентная концентрация вещества. Поскольку адсорбируемое вещество обладает ничтожной растворимостью, то при такой его концентрации вероятность химического взаимодействия значительно возрастает;

б) поверхность характеризуется наличием ненасыщенных валентностей, которые в твердом веществе затрачиваются на связывание друг с другом составляющих его атомов;

в)на молекулу, которая адсорбируется из раствора на поверхности, действуют силы, стремящиеся возвратить ее в раствор. Мерой способности вещества возвращаться в среду, т. е. деадсорбироваться, является его растворимость.

Адсорбцию подразделяют на неспецифическую и специфическую.

Неспецифическая адсорбция характерна для веществ амфифильной природы, имеющих концевую гидрофильную группу, связанную с относительно большим гидрофобным остатком. Такие вещества занимают любую доступную им поверхность независимо от химической природы и физических свойств. В сосуде, содержащем мыльный раствор, мыло накапливается на поверхностях раздела воздух - вода и стекло - вода, а так же оно адсорбируется на любых предметах, погруженных в мыльный раствор.

Специфическая адсорбция свойственна гидрофобным веществам, которые стремятся разместиться на поверхности, имеющей химически комплементарный характер