Расстройство энергетического обеспечения клетки

Энергообеспечение может расстраиваться на этапах синтеза АТФ, транспорта и утилизации энергии.

1. Синтез АТФ нарушается в результате (1) дефицита кислорода и/ или субстратов метаболизма, (2) снижения интенсивности гликолиза и тканевого дыхания, (3) разобщения дыхания с фосфорилированием.

2. Энергия АТФ доставляется из мест ее синтеза (митохондрий и гиалоплазмы) к эффекторным структурам (миофибриллам, ионным насосам мембран и т.п.) с помощью ферментных систем транслоказ - адениннуклеотидтрансферазы и креатинфосфокиназа.

3. Возможно повреждение ферментных систем, обеспечивающих утилизацию энергии АТФ - АТФ-азы: АТФ-аза актомиозина, АТФ-аза калий-натриевого насоса плазмолеммы, АТФ-аза кальциевого насоса саркоплазматического ретикулума и т.п. Следует отметить, что нарушение процессов энергообеспечения может стать одним из факторов расстройства функций мембран и фиксированных на них ферментов.

2. ПОВРЕЖДЕНИЕ МЕМБРАН И ФЕРМЕНТНЫХ СИСТЕМ КЛЕТКИ

Одним из важнейших механизмов нарушений мембран и ферментов является свободно-радикальные реакции - перекисное свободно-радикальное окисление липидов (ПОЛ). Эти реакции постоянно протекают в клетках и в норме, являясь звеном таких жизненно важных процессов, как транспорт электронов в дыхательной цепочке, синтез простагландинов, фагоцитоз, пролиферация и т.п. Перекисное свободно-радикальное окисление участвует в процессах регуляции липидного состава мембран и активности ферментов. Интенсивность ПСОЛ регулируется соотношением факторов, активирующих и подавляющих этот процесс. Они называются прооксиданты и антиоксиданты. К числу прооксидантов относятся нафтохинон, витамины А и D, восстановители НАДФН2 и НАДН2, липоевая кислота, продукты метаболизма простагландинов.

В реакцию пероксидации могут вовлекаться липиды, белки, нуклеиновые кислоты и фосфолипиды, которые являются основными компонентами биомембран. ПСОЛ можно разделить на три этапа:

1) кислородная инициация,

2) образование свободных радикалов,

3) продукция перекисей липидов.

На первом этапе ПОЛ образуются активные формы кислорода: супероксидный радикал кислорода (О^-), гидроксильный радикал (ОН^-), перекись водорода (О₂Н₂), радикал гидропероксида (НО₂^-). Эти соединения образуют активные радикалы липидов и их перекиси. При этом реакция может приобретать лавинообразный характер.

Для предотвращения подобного рода реакций в клетках протекают антиоксидантные защитные процессы. Такие антиоксидантные реакции могут идти с участием и без участия ферментов. Среди звеньев антиоксидантной системы следует выделить такие факторы, как ретинол, каротиноиды, рибофлавины, токоферолы, маннитол, ферменты - супероксиддисмутаза, глютатионпероксидаза, каталаза. Чрезмерная активация свободно-радикальных и перекисных реакций является главным фактором повреждения мембран и ферментов клетки. В этом отношении ведущее значение приобретают следующие процессы:

1) изменения физико-химических свойств липидов мембран, что ведет к снижению активности ферментов, последствиями чего являются нарушения реакций трансмембранный перенос ионов и молекул, структурной целостности мембран.

2) изменения физико-химических свойств белковых молекул, включая ферментные системы клетки.

3) формирование структурных дефектов мембран, так называемых простейших каналов - кластеров вследствие внедрения в них продуктов ПСОЛ. Это ведет к объединению многих мембран, их фрагментации и гибели клетки.

Повреждение мембран может происходить под действием свободных ферментов и ферментов лизосом – липазами, фосфолипазами, протеазами. В результате повреждения мембран значительно повышается их проницаемость. Кроме того, под действием гидролаз в клетке накапливаются свободные жирные кислоты и лизофосфолипиды - фосфатидилхолины, фосфатидилэтаноламины, фосфатидилсерины. Такие соединения называются амфифильные, так как они способны проникать и фиксироваться в обеих фазах мембраны - гидрофобной и гидрофильной. Накопление значительного количества амфифильных соединений в клетке ведет к формированию в мембране кластеров и микроразрывов с последующей гибелью клетки.