3) механическое (осмотическое) растяжение мембран;
4) адсорбция на бислое полиэлектролитов, включая некоторые белки и пептиды.
ПЕРЕКИСНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЛИПИДОВ
Реакции ПОЛ инициируются так называемыми «свободными радикалами». Свободные радикалы — это атомарные группы, которые имеют на внешней орбите неспаренный электрон. Такие атомарные группы очень реактогенны, т.к. стремятся восстановить свое электрическое равновесие. Стремясь к электронейтральности, свободные радикалы активно захватывают электроны у соседних молекул. При этом пострадавшие молекулы сами лишаются электрической стабильности и меняют свои свойства.
К свободным радикалам относятся:
1) супероксидный анион-радикал О2;
2) гидроксильный радикал ОН-;
З) перекись водорода. Общее название всех перечисленных соединений — активные формы кислорода. Они образуются в фагоцитах, к которым относятся тканевые макрофаги, моноциты, гранулоциты.
Активные формы кислорода повреждают здоровые клетки. В организме существуют системы защиты:
1) ферменты супероксиддисмутаза (СОД) и каталаза — обезвреживает супероксидный анион-радикал. На первом этапе под влиянием СОД супероксидный анион-радикал присоединяют молекулу кислорода и два атома водорода. Образуется перекись водорода и молекулярный кислород. На втором этапе перекись водорода под влиянием каталазы переводится в воду и молекулярный кислород;
2) фермент миелопероксидаза (МП) — катализирует обезвреживание перекиси водорода. Для этого переводит перекись водорода в гипохлорит с образованием воды.
В условиях патологии система защиты может быть повреждена. Тогда супероксидный анион-радикал и перекись водорода вступает в альтернативные реакции:
1) сначала супероксидный анион радикал реагирует с трехвалентным железом и образуется двухвалентное железо и молекулярный кислород:
2) затем двухвалентное железо реагирует с перекисью водорода и образуется железо трехвалентное и гидрооксильный радикал.
Именно образование гидрооксильного радикала в случае несрабатывания системы защиты приводит к запуску перекисного окисления липидов и повреждению липидного слоя мембран.
Схема реакции перекисного окисления липидов
1) Гидрооксильный радикал проникает в толщу липидного слоя и вступает в реакцию с молекулой жирной кислоты. Он отнимает у нее атом водорода и восстанавливает свою электронейтральность, образуя воду. У молекулы жирной кислоты на внешней орбите остается неспаренный электрон, т.е. образуется липидный радикал: НО- + LН→Н2О + L-
2) Липидный радикал вступает в реакцию с растворенным кислородом.
Образуется новый свободный радикал – радикал липоперекиси:
L- + О2 → LОО-
3) Радикал липоперекиси реагирует с соседней молекулой жирной
кислоты. Образуется новый липидный радикал:
LОО- + LН → LООН + L-
4) Липидный радикал вновь реагирует с растворенным О2 и с
неповрежденной молекулой жирной кислоты и образуется новый радикал липоперекиси и новый липидный радикал.
Таким образом, в реакции перекисного окисления липидов постоянно, чередуя друг друга, образуются липидный радикал и радикал липоперекиси. Процесс захватывает все новые и новые молекулы жирных кислот и повреждает липидный слой
Последствия перекисного окисления липидов заключаются в нарушении свойств и функций клеточных и внутриклеточных мембран. Наиболее изучены 3(три) из них:
1) Окисление тиоловых групп мембранных белков. Приводит к появлению пор в мембранах клеток и митохондрий и увеличению проницаемости мембран.
2) Увеличение ионной проницаемости липидного бислоя. Приводит к разобщению окислительного фосфорилирования и снижению образования АТФ.
3) Снижение стабильности липидного слоя и создание условий для электрического пробоя мембран.
Клеточные системы защиты от перекисного окисления липидов. В норме на скорость и выраженность процесса перекисного окисления липидов влияют специальные защитные системы. В составе этих систем различные химические вещества. Их делят на 2(две) группы: 1) прооксиданты, которые усиливают процессы перекисного окисления; 2) антиоксиданты, которые тормозят процесс перекисного окисления.
Прооксиданты: высокие концентрации кислорода (напр., при гипербарической оксигенации), некоторые ферменты, ионы двухвалентного железа.
Антиоксиданты: делятся на 4 группы:
1) СОД, каталаза, глютатионредуктаза. Нейтрализуют супероксидный анион-радикал и перекись водорода. Предотвращают образование гидроксильного радикала.
2) Фосфолипаза и глютатионпероксидаза. Разрушают гидроперекиси липидов.
3) Система окисления и связывания ионов железа. Снижает концентрацию двухвалентного железа в крови. С участием двухвалентного железа происходит образование гидроксил-радикала.
В крови имеется фермент церрулоплазмин и трансферрин. Церрулоплазмин переводит двухвалентное железо в трехвалентное, а трансферрин связывает и переносит трехвалентное железо в клетки. В клетках железо депонируется в форме ферритина.
4) Жирорастворимые антиоксиданты или перехватчики свободных радикалов, или <ловушки». Обрывают цепи перекисного окисления за счет захвата липидных радикалов и радикалов липоперекисей. По химической природе это производные фенола. Это: витамин Е, убихинон, тироксин, ионол (входит в состав лекарства дибунола).
ДЕЙСТВИЕ МЕМБРАННЫХ ФОСФОЛИПАЗ
Фосфолипазы — это ферменты, которые гидролизуют мембранные фосфолипиды. Фосфолипазы имеются практически во всех клетках и во всех клеточных структурах. В мембранах в норме фосфолипазы малоактивны. Причины малоактивности фосфолипаз:
1) фосфолипазы плохо гидролизуют именно фосфолипиды липидного бислоя мембран;
2) фосфолипазы активируются ионами Са и ингибируются ионами Мg, а в цитоплазме здоровой клетки как раз мало кальция и много магния.
Чрезмерное увеличение содержания ионов кальция в цитоплазме при повреждении приводит к активации фосфолипаз. Фосфолипиды липидного слоя гидролизуются. Мембрана теряет барьерные свойства и становится возможным электрический пробой мембраны.
МЕХАНИЧЕСКОЕ (ОСМОТИЧЕСКОЕ) РАСТЯЖЕНИЕ МЕМБРАН И АДСОРБЦИЯ БЕЛКОВ
Механическое растяжение мембран наблюдается при нарушении осмотического равновесия в клетках, а именно увеличении внутриклеточного коллоидно-осмотического давления. В этом случае в клетку поступает вода, объем клетки увеличивается, и создаются условия для электрического пробоя мембран.
Адсорбция белков на мембранах также приводит к снижению электрической стабильности мембран.
Перекисное окисление липидов, активация фосфолипаз. адсорбция белков на мембранах и механическое их растяжение приводят к снижению электрической прочности липидного слоя мембран и электрическому пробою мембран.
ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРОБОЯ МЕМБРАН
В норме между внутренней и наружной сторонами мембраной существует небольшая разность потенциалов, а через мембрану проходит электрический ток. Его величина зависит от:
1) разности потенциалов на наружной и внутренней сторонах мембраны или напряжения на мембране V;
2) омического сопротивления мембраны этому току R.
I = V/R
Величина тока через мембрану прямо пропорциональна разности потенциалов на мембране и обратно пропорциональна сопротивлению мембраны току.
Если разность потенциалов на мембране превысит критическое значение, то произойдет резкое возрастание тока. Критическая разность потенциалов, выше которой происходит резкое возрастание тока, называется потенциалом пробоя. Если разность потенциалов превышает критическое значение, то ток через мембрану будет самопроизвольно нарастать во времени до полного разрушения мембраны. Это явление называется электрическим пробоем мембраны.