Некоторые аспекты патофизиологии клетки

НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ПАТОФИЗИОЛОГИИ КЛЕТКИ

Сегодняшние достижения цитологии и молекулярной биологии позволяют нам рассматривать клетку, как определенный уровень строения и функции живой системы.

Важную роль в познании клетки сыграла электронная микроско­пия. Этот метод позволил установить, что, несмотря на все много­образие клеток, имеется поразительное единство основных ультра­структур у различных в функциональном отношении клеток - это свидетельствует об общности происхождения клеток на путях эво­люции жизни.

Морфо-функциональная характеристика клеток

 

К 1974 году был накоплен большой фактический материал и за большую серию работ, приведших к открытию структурной и функцио­нальной организации клетки, Нобелевский комитет присудил премию Альберту Клоду, Кристиану Де Дюву, Джорджу Паладе.

Общность структурно-функциональных характеристик различных видов клеток позволяет допустить возможность развития типическо­го патологического процесса в клетке на действие повреждающего фактора.

Клетки имеет сложную структуру:

а. Плазмолемма - оболочка клетки.

б. Цитоплазма, в которой находится ядро с ядрышками, микро­трубочки, филаменты, митохондрии, эндоплазматичеекая сеть, аппарат Гольджи, лизосомы, рибосомы, капельки жира, гликоген и другие включения.

Постепенное объединение биохимии и цитологии на уровне мо­лекулярной биологии, то есть комплексное изучение химического состава биологических структур позволило подойти к пониманию сущности жизни клетки и механизма повреждения клеток при патоло­гических воздействиях на организм.

Перекисное и свободнорадикальное окисление

Относительная или абсолютная недостаточность антиокислительных ферментов и биоокислителей

 

В условиях активации перекисного окисления липидов и повы­шения уровня свободных радикалов усиливаются процессы полимери­зации, происходит набухание митохондрий и разобщение окислитель­ного фосфорилирования в сторону окисления, что уменьшает выход макроэргов. Происходит дестабилизация биомембран, в том числе и лизосом.

Инактивация тиоловых ферментов нарушает внутриклеточные процессы дыхания и гликолиза. Свободные радикалы окисляют сульфгидрильные группы белков, повреждают ДНК, нуклеотидфосфаты.

 

ПАТОЛОГИЯ ОТДЕЛЬНЫХ СТРУКТУРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КЛЕТКИ

Специфика функции клетки закодирована в генетическом мате­риале ядра и определяется работой эндоплазматического ретикулума, аппарата Гольджи, рибосом, биохимическими реакциями, про­текающими в цитозоле.

Большое значение в интеграции клеток в единую функциональ­ную систему целостного организма принадлежит структуре и функции клеточной мембраны.

Клеточная мембрана

Главным строительным материалом биологической мембраны являются амфифильные молекулы фосфолипидов. Соединение амфифильных фосфолипидов образует двухслойную мембрану. Внешняя и внутренняя сторона построена гидрофильной частью молекул, а внутренняя - гидрофобными. Внешняя сторона бислоя структурируется соединениями Nа⁺ с жирными кислотами и имеет более плотную кон­систенцию (а соли ЖК - мыло). Внутренняя сторона бислоя структурируется соединениями К⁺ с ЖК и имеет менее плотную консистен­цию (К⁺ соли ЖК - шампуни).

 

Липиды в патогенезе нарушения функции

Эндоплазматическая сеть

 

На мембранах ЭПС находятся рибосомы, синтезирующие белки, необходимые как пластический материал и выполняющие различные функции.

Мембраны ЭПС, не несущие рибосом, в клетках печени выполняют обезвреживание токсических продуктов, лекарственных веществ, гербицидов, пестицидов, циклических ароматических углеводородов. Площадь гладкой мембраны в клетке может увеличиваться в 10 раз. Вредные вещества накапливаются на поверхности мембраны, подвер­гаются химическим превращениям, лишаются токсических свойств и подготавливаются к выведению из организма. При усилении одних ферментативных процессов могут ослабляться другие.

Пример.

При частом употреблении алкоголя усиливается наработка алкогольдегидрогеназы и человек делается устойчивым к алкоголь­ному отравлению, но при этом страдают другие ферментативные системы, в частности, системы, разрушающие избыток гормонов - развивается вторичный адьдостеронизм и нарушение водно-мине­рального обмена.

Мембраносвязанные ферменты обладают очень большой актив­ностью, так каталаза, фиксированная на мембране, ускоряет распад Н₂О₂ в 10¹¹ раз.

Аппарат Годьджи

Выполняет в клетке узко специализированную функцию. Белки, синтезированные рибосомами, перемещаются в АГ и, проходя через него, оказываются плотно уложенными в гранулы. В АГ происходит образование гликопротеидов, несущих особую информа­цию. Эти белки покрывают оболочку клетки, поступают в цитозоль. В АГ идет и формирование лизосом. Таким образом, одни продукты АГ идут на построение клетки (гликопротеиды), другие на разруше­ние клеточных структур (гидролазы лизосом).

Лизосомы

 

Пузырьки, окруженные мембраной, содержащие набор гидролити­ческих ферментов.

Процесс удержания ферментов в лизосоме еще не ясен. Ведь ферменты весьма агрессивны. Ферменты лизосом могут действовать внутри клетки, расщепляя, растворяя внутриклеточные структуры. Они в фаголизосомах разрушают чужеродные и собственные стареющие клетки, то есть лизосомы участвуют в механизме разрушения собственных отживших клеток. Однако, в условиях гипоксии, не­достаточности энергии ферменты не удерживаются лизосомальной мембраной, начинается аутолиз. Выход ферментов за пределы клет­ки приводит к активации функциональных биохимических систем ограниченного протеолиза, липолиза и др. с образованием биоло­гически активных веществ.

Физиологическая и патологическая активность лизосом зави­сит от уровня стабильности мембран и активности лизосомальных ферментов.

К факторам, повреждающим мембраны лизосом относят:

микотоксины

канцерогенные вещества

фосфолипазы

продукты ПОЛ.

Дестабилизирующее влияние на лизосомы оказывают: гипоксия, нарушение КЩР.

К наследственным лизосомальным ферментопатиям относят болезни накопления: гликогенозы, гепатозы, некгорые болезни сосудов и некоторые формы ожирения.

РЕГУЛЯЦИЯ ФУНКЦИИ КЛЕТКИ

Циклические нуклеотиды. Кальмодулин.

Мы с вами уже разобрались со строением клеточной мембраны. Это сложно функционирующее образование, которое обеспечивает связь клетки с внешней средой, между клетками. Через нее идет поступление в клетку энергетического и пластического материала. На мембране находится множество рецепторов, воспринимающих сигнал и передающие его к эффекторам клетки. Этот процесс был всесто­ронне изучен в исследованиях действия гормонов. За открытие механизма действия гормонов Эрл Сазерленд в I97I году был удостоен Нобелевской премии.

Было установлено, что ответ клеток независимо от природы внешнего фактора генерализуется по универсальному плану и таким посредником между рецептором и эффектором является циклический аденозинмонофосфат (цАМФ). цАМФ образуется из АТФ под действием аденилатциклазы, впоследствии инакгивируется фосфодиэстеразой.

 

АТФ + аденилатциклаза → цАМФ + фосфодиэстераза → АМФ

 

Конкретная ферментативная реакция или функциональные проявления обусловлены специализацией самой клетки:

- Мышечное волокно сокращается

- Железистые клетки секретируют

- Идет синтез ДНК и т.д.

Рецептор клеток коры надпочечников

Порой многогранное действие гормона определяется разнообразием функций клетки.

 

Вторым важным посредником является КАЛЬМОДУЛИН. Подобно цАМФ он участвует в развитии различных биохимических процессов.

1. Стимулирует секрецию гормонов (инсулина, тироксина, тройных гормонов гипофиза, гормонов надпочечников, нейромедиаторов).

2. Регулирует кишечную секрецию.

3. Высвобождает лизосомальные ферменты.

4. Вызывает дегрануляцию тканевых базофилов.

5. Регулирует синтез простагландинов.

6. Фагоцитоз и т.д.

Кальмодулин присоединяет к ферменту Са²⁺ и делает его высокоактивным.

Ферментативные системы клетки очень чувствительны к Са²⁺ и поэтому в клетке поддерживается довольно низкая его концентра­ция. Дальнейшее исследование выявило еще одного посредника - циклический гуанозинмоносфосфат (цГМФ), который находится в свое­образных антагонистических отношениях с цАМФ. Их взаимное влия­ние реализуется через изменения активности фосфодиэстераз. Отмечена способность цГМФ стимулировать гидролиз цАМФ, а в свою очередь цАМФ усиливает гидролиз цГМФ.

На примере тканевых базофилов видно, что эффект от стимуля­ции цГМФ и цАМФ разнонаправлен.

Са²⁺

 

Са²⁺

 

Таким образом, в процессах биохимической альтерации при воспалении накопление цАМФ ослабляет проявления воспаления, а цГМФ - усиливает.

Открыт еще один посредник - диацилглицерол, он активирует протеинкиназу С, которая резко повышает сродство Са²⁺ к фермен­ту и фосфорилирует многие белки.

Все посредники осуществляют свое действие через киназы - активаторы ферментативных процессов.

 

цАМФ → цАМФ-протеинкиназа

цГМФ → цГМФ-протеинкиназа

Кальмодулин → Фосфорилазокиназа

Диацилглицерол → Протеинкиназа С

 

Мы с вами разобрали ряд вопросов типических нарушений в патофизиологии клетки. Для вас должно быть понятно, что обсуж­денные нами вопросы ультраструктурных и молекулярных основ кле­точной патологии лежат в основе повреждения органов и тканей, следовательно, к данному материалу мы будем с вами возвращаться при изучении типических патологических процессов в органах и системах в курсе общей и частной патологической физиологии.

 

НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ПАТОФИЗИОЛОГИИ КЛЕТКИ

Сегодняшние достижения цитологии и молекулярной биологии позволяют нам рассматривать клетку, как определенный уровень строения и функции живой системы.

Важную роль в познании клетки сыграла электронная микроско­пия. Этот метод позволил установить, что, несмотря на все много­образие клеток, имеется поразительное единство основных ультра­структур у различных в функциональном отношении клеток - это свидетельствует об общности происхождения клеток на путях эво­люции жизни.