Механизмы повреждения мембранных структур клетки
Наиболее ранние изменения свойств и поведения клеток при действии повреждающих агентов связаны с изменениями функционирования мембранных структур клетки: цитоплазматической мембраны, внутренней мембраны митохондрий, мембран эндоплазматического ретикулума и других внутриклеточных структур (см. табл. 3-4).
Биологические мембраны выполняют множество функций, нарушение любой из которых может привести к изменению жизнедеятельности клетки в целом и даже к ее гибели. На рис. 3-1 дано схематическое изображение типичной мембраны с указанием тех ее элементов, повреждение которых может иметь место в патологии и лежать в основе развития различных заболеваний.
Таблица 3-4.Ранние изменения в функционировании внутриклеточных структур при повреждении
| Изменения Проявления | |
| Увеличение проницаемости цитоплазматической мембраны | Увеличение электропроводности тканей Увеличение связывания красителей Изменение мембранного потенциала Выход К+ из клетки Выход метаболитов Увеличение объема (набухание) клеток Увеличение внутриклеточной концентрации Са2+ |
| Нарушение структуры и функций митохондрий | Снижение потребления кислорода Увеличение проницаемости внутренней митохондриальной мембраны Набухание митохондрий Снижение Са2+-аккумулирующей способности |
| Ацидоз | Активация ?+/Н+-обмена Повышение внутриклеточной концентрации Na+ Набухание клеток |
| Повреждение эндоплазматического ретикулума | Выход Ca2+ в цитоплазму, нарушение системы синтеза белка |
| Изменение активности ферментов и рецепторов | Активация ферментов лизосом Активация эндонуклеаз, апоптоз |
| Повреждение генетического аппарата клетки | Повреждение рибосом |
Наиболее тяжелые последствия вызывает повреждение липидного слоя (или бислоя) мембраны. Липидный слой цитоплазматической и внутриклеточных мембран выполняет две основные функции - барьернуюи матричную (структурную).Повреждение барьера приводит к нарушению регуляции внутриклеточных процессов и тяжелым расстройствам клеточных функций.
Изучение воздействия разного рода повреждающих агентов на изолированные клетки (например, эритроциты), митохондрии, фосфолипидные везикулы (липосомы), плоские бислойные липидные мембраны и другие модельные объекты показало, что в конечном счете существует всего четыре основных процесса, кото-
Рис.3-1.Элементы биологических мембран, подверженные повреждению: 1 - липидный бислой; 2 - монослой липидных молекул; 3 - гликолипиды; 4 - гликопротеины; 5 - микрофиламенты; 6 - микротубулы; 7 - ионный канал; 8 - ионный насос
рые непосредственно обусловливают нарушение целостности липидного бислоя в патологии:
1) механическое (осмотическое) растяжение мембраны;
2) перекисное окисление липидов;
3) действие мембранных фосфолипаз;
4) адсорбция на липидном слое полиэлектролитов, включая некоторые белки и пептиды.
Понимание роли мембран в развитии того или иного патологического состояния предполагает знание химических и физических условий протекания перечисленных выше процессов и результатов их действия на мембранные структуры, включая знание молекулярных механизмов действия каждого из них и биологические по-
следствия повреждения мембран для жизнедеятельности клетки и организма в целом.