Фосфолипиды клеток. Белки клеток.

Обновлено: 16.06.2024

Фосфолипиды – это сложные липиды, которые являются строительным материалом для клеточных мембран. Фосфолипиды есть в каждой клетке нашего организма, включая клетки крови и оболочки сосудов.

Классы фосфолипидов

  • кардиолипин
  • фосфатидилхолин
  • фосфатидилэтаноламин
  • фосфатидилглицерол
  • фосфатидилэнозитол
  • фосфатидилсерин
  • бета-2-гликопротеин (аß₂ГП1),
  • аннексин V и
  • протромбин
  • протеин C и S

Для чего нужны фосфолипиды?

Они обеспечивают жизнеспособность организма, участвуют в транспорте жиров, жирных кислот и холестерина, являются источником фосфорной кислоты, препятствуют развитию атеросклероза и образованию желчных холестериновых камней. Но в первую очередь фосфолипиды – жизненно важный структурный компонент клеточных мембран. Повреждение фосфолипидов приводит к повреждению сосудистой стенки и дальнейшему развитию тромбов. А сосуды, как известно, есть в каждом органе.

Антифосфолипидный синдром – что это и почему развивается?

В норме в организме человека иммунная система постоянно синтезирует антитела, или иммуноглобулины – белки, направленные против чужеродных агентов (вирусов и бактерий, токсинов), которые распознают их и обезвреживают. При различных изменениях в организме, а иногда без видимых причин иммунная система начинает ложно распознавать собственные структуры, клетки и ткани организма за чужеродные, и атаковать их, вырабатывая против них антитела.

Когда в организме вырабатываются антитела к фосфолипидам, развивается антифосфолипидный синдром - аутоиммунное заболевание, при котором в результате циркуляции антител к фософлипидам, усиливается свертывающая способность крови, и могут формироваться тромбы в сосудах. АФС (антифосфолипидный синдром) приводит чаще всего к различным осложнениям беременности, а также к развитию инсультов и инфарктов.

Процесс свертывания крови служит защитной реакцией организма на повреждение стенки сосуда. В норме, после того, как «заплатка» из тромба выполнит свою функцию, закроет дефект стенки сосуда, и стенка восстановит целостность, тромб растворяется. При АФС свертывание крови из-за избыточной склонности к тромбозам, может быть оказаться опасным. Тромбы могут образовываться не только в местах травматического повреждения сосудистой стенки, но и внутри просвета сосуда

АФС наиболее распространен среди женщин (более 82%), мужчины страдают им гораздо реже.

Классификация антифосфолипидного синдрома (АФС)

АФС может быть первичным (наследственным) и вторичным – возникающим на фоне других аутоиммунных заболеваний (системная красная волчанка). Также развитие АФС связывают с инфекциями (гепатит С, ВИЧ, сифилис, цитомегаловирус) и приёмом некоторых лекарственных препаратов. Отдельно выделяют редкую форму – АФС, возникающий молниеносно с развитием полиорганной недостаточности вследствие тромбоза во всех органах и системах.

Механизм развития АФС у беременных:

Беременность считается наиболее частой причиной развития антифосфолипидного синдрома, поскольку при беременности происходит перестройка иммунной системы, и появляется орган, который хорошо кровоснабжается – плацента. Вследствие атаки антителами собственных фосфолипидов происходит повреждающее действие на сосудистую стенку, и активируются факторы свертывания крови. В результате происходит образование микротромбов в мелких сосудах плаценты, нарушается маточно-плацентарный кровоток, вследствие чего развиваются осложнения беременности: преэклампсия, отслойка плаценты, гипоксия плода. Кроме того, АФС является причиной привычного невынашивания беременности.

Другие проявления АФС:

В норме сосуды обеспечивают постоянный кровоток к органам и тканям и в зависимости от того, сосуды какого органа поражаются, развиваются те или иные симптомы. При развитии тромбов в сосудах, снабжающих сердечную мышцу (миокард) – развивается инфаркт миокарда; при нарушении кровотока в одной или нескольких артериях головного мозга – ишемический инсульт; при недостаточном кровоснабжении почек – почечная недостаточность. Если поражается легочная артерия – возникает ТЭЛА (тромбоэмболия легочной артерии) – жизнеугрожающее состояние.

Как определить наличие АФС

Антифосфолипидный синдром – это клинико-лабораторный синдром. Для установления диагноза необходим один клинический и один лабораторный критерий, выявленные одновременно, если при этом исключены другие, более вероятные причины нарушений системы свертывания.

К клиническим критериям АФС относят:

  • сосудистый тромбоз (любой локализации);
  • осложнения беременности: прерывание на сроке более 10 недель, преждевременные роды до 34 нед, привычное невынашивание (3 и более выкидышей до 10 нед)

Лабораторными критериями являются:

Для удобства пациентов все критериальные антитела объединены в комплекс Антифосфолипидный синдром

Если антитела, являющиеся критериями, не обнаружены при наличии клинических критериев, то врач назначает другие антитела:

Обратите внимание, что обнаружение антител к фосфолипидам при отсутствии признаков тромбоза, не позволяет поставить диагноз АФС. Необходимо сочетание клиники и наличие антител.

Фосфолипиды клеток. Белки клеток.

Организация клетки. Биомембраны

Биомембраны: структура и функции

217

А. Структура плазматической мембраны

Все биомембраны построены одинаково; они состоят из двух слоев липидных молекул толщиной около 6 нм, в которые встроены белки . Некоторые мембраны содержат, кроме того, углеводы , связанные с липидами и белками. Соотношение липиды : белки : углеводы является характерным для клетки или мембраны и существенно варьирует в зависимости от типа клеток или мембран (см. с. 218).

Компоненты мембран удерживаются нековалентными связями (см. с. 12), вследствие чего они обладают лишь относительной подвижностью, т. е. могут диффундировать в пределах липидного бислоя. Текучесть мембран зависит от липидного состава и температуры окружающей среды. С увеличением содержания ненасыщенных жирных кислот текучесть возрастает, так как наличие двойных связей способствует нарушению полукристаллической мембранной структуры. Подвижными являются и мембранные белки. Если белки не закреплены в мембране, они «плавают» в липидном бислое как в жидкости. Поэтому говорят, что биомембраны имеют жидкостно-мозаичную структуру.

В то время как «дрейф» в плоскости мембраны происходит достаточно легко, переход белков с внешней стороны мембраны на внутреннюю («флип-флоп») невозможен, а переход липидов происходит крайне редко. Для «перескока» липидов необходимы специальные белки транслокаторы. Исключение составляет холестерин, который может легко переходить с одной стороны мембраны на другую.

Б. Мембранные липиды

На рисунке схематически изображена биомембрана. В мембранах содержатся липиды трех классов: фосфолипиды, холестерин и гликолипиды. Наиболее важная группа, фосфолипиды, включает фосфатидилхолин (лецитин), фосфатидилэтаноламин, фосфатидилсерин, фосфатидилинозит и сфингомиелин (см. с. 56). Холестерин присутствует во внутриклеточных мембранах животных клеток (за исключением внутренней мембраны митохондрий). Гликолипиды входят в состав многих мембран (например, во внешний слой плазматических мембран). В состав гликолипидов входят углеводные функциональные группы (см. с. 92), которые ориентируются в водную фазу.

Липиды мембран представляют собой амфифильные молекулы с полярной гидрофильной головкой (голубого цвета) и неполярным липофильным хвостом (желтого цвета). В водной среде они агрегируют за счет гидрофобных взаимодействий и вандерваальсовых сил (см. сс. 12, 34).

В. Мембранные белки

Протеины могут связываться с мембраной различным путем.

Интегральные мембранные белки имеют трансмембранные спирализованные участки (домены), которые однократно или многократно пересекают липидный бислой. Такие белки прочно связаны с липидным окружением.

Периферические мембранные белки удерживаются на мембране с помощью липидного «якоря» (см. с. 230) и связаны с другими компонентами мембраны; например, они часто бывают ассоциированы с интегральными мембранными белками.

У интегральных мембранных белков фрагмент пептидной цепи, пересекающий липидный бислой, обычно состоит из 21-25 преимущественно гидрофобных аминокислот, которые образуют правую α-спираль с 6 или 7 витками (трансмембранная спираль).

Белки клеточной поверхности и некоторые липидные молекулы несут ковалентно связанные углеводные компоненты, экспонированные на наружной стороне мембраны. Эти гликопротеины и гликолипиды вместе с дополнительными несвязанными гликопротеинами и полисахаридами образуют клеточную оболочку (гликокаликс) (см. с. 50).

Фосфолипиды


Cостояние печени играет жизненно важную роль для здоровья человека. Этот орган весом более килограмма выполняет множество задач. В одной клетке печени, гепатоците, протекает около 500 различных биохимических процессов 1 . В печени осуществляется распад и/или детоксикация вредных веществ, а также выведение их из организма. Кроме того, орган синтезирует важнейшие составные части биологических мембран — фосфолипиды 2 .

Что такое клеточная мембрана?


Клетки — основные строительные блоки человеческого организма. Они, в свою очередь, не могут существовать без жиров и фосфолипидов, образующих наружную мембрану, «стенку» клетки, которая удерживает внутри нее цитоплазму. Мембрана представляет собой два слоя фосфолипидов, которые состоят из гидрофильной «головки», притягивающейся к воде, и гидрофобного, то есть водоустойчивого «хвоста». «Головки» двух рядов фосфолипидов обращены наружу, к жидкости, а «хвосты» скрепляются друг с другом, обеспечивая клеточным стенкам высокую прочность 2 .

Фосфолипиды выполняют структурную функцию, поддерживая клеточный каркас, участвуют в процессах молекулярного транспорта, ферментативных и других, не менее значимых процессах. Любое нарушение их деятельности может иметь самые серьезные последствия 2 .

Гепатоциты — «кирпичики» печени

Клетки печени, гепатоциты, составляют до 70 - 85% массы органа. Они несут основную ответственность за деятельность печени, участвуя в таких процессах, как:

  • Синтез и хранение протеинов
  • Расщепление углеводов
  • Синтез холестерина, желчных солей и фосфолипидов
  • Детоксикация, расщепление и выведение веществ
  • Инициирование образования и, собственно, выработка желчи.

Клеточная стенка гепатоцитов, как и любых других клеток, состоит из фосфолипидов, обеспечивающих ее полноценное функционирование. Однако, к сожалению, она уязвима. Воздействие негативных факторов, например, некоторых лекарственных препаратов, токсичных веществ и особенно алкоголя и даже несбалансированного рациона приводит к нарушению внутриклеточного обмена и гибели гепатоцитов. Так развиваются различные заболевания печени 1 .

Когда печень «шалит»?

Проблемы с печенью прежде всего связаны с хронической интоксикацией, которая, в свою очередь, может быть вызвана различными заболеваниями и состояниями. К ним относится хронический прием алкоголя, сахарный диабет 2 типа, экологическая интоксикация, «химизация» пищи и быта, неблагоприятное действие лекарств и другие факторы. Все они способствуют развитию оксидативного стресса вследствие нарушения адекватной работы антиоксидантных механизмов. Постепенно на фоне хронического негативного влияния происходит деструкция клеточных мембран, белков и ДНК, нарушается работа клетки.

Итогом длительной интоксикации является триада: перекисное окисление липидов (окислительная их деградация, происходящая под действием свободных радикалов), накопление в клетках печени жира более 5% от массы органа (стеатоз) и хроническое воспаление 1 .

Эссенциальный — значит, необходимый

Для лечения поражений печени различного происхождения широко применяются эссенциальные фосфолипиды (ЭФЛ). Их принципиальным отличием от обычных фосфолипидов является наличие дополнительной молекулы линолевой кислоты. Это позволяет ЭФЛ с легкостью восполнять дефекты клеточной мембраны, что увеличивает ее гибкость и нормализует функции. Именно наличие линолевой кислоты считается наиболее важным отличием ЭФЛ от классических фосфолипидов, например, лецитина, которое лежит в основе лечебных преимуществ эссенциальных фосфолипидов 2 .

В каком-то смысле назначение ЭФЛ можно назвать мембранной терапией, ведь их активность связана именно с клеточными стенками. Возможным же такое лечение стало благодаря соевым бобам, из которых и получают ценное вещество 3 .

Соевые бобы: из глубины веков до наших дней


Однолетнее растение семейства Бобовые на протяжении тысячелетий используется человеком. Упоминания о нем есть в книгах времен императора Шэн Нунг, царствовавшего в 2838 году до нашей эры 1 . Тогда соевые бобы считались одни из пяти «святых зерновых», без которых была невозможна жизнь на земле.

Сегодня известно около 800 видов соевых бобов. Они содержат 35 - 40% белков, 20 - 30% углеводов, 5 - 10% сопутствующих веществ (витамины, тритерпеновые сапонины, флавоноиды и т.д.), а также 12 - 18% жиров. Масла, входящие в состав бобов, на 90 - 95% состоят из глицеридов жирных кислоты, в частности, олеиновой и линолевой. В процессе переработки сырого масла удается получить 30 - 45% соевого лецитина (фосфатидилхолина), который и является «целевым продуктом», используемым в фармацевтической промышленности для создания препаратов, проявляющих гепатопротекторный эффект.

Фосфатидилхолины в действии

Получаемые из соевых бобов фосфатидилхолины представляют собой типичный липидный двойной слой, состоящий из гидрофильной «головки» и гидрофобного «хвоста» и являющийся основным структурным компонентом биологических мембран. Эссенциальные фосфолипиды легко заменяют эндогенные, то есть, «собственные» фосфолипиды организма, которые оказались по тем или иным причинам повреждены, встраиваясь в клеточную мембрану. При этом ЭФЛ могут поступать в организм как перорально, в виде твердых лекарственных форм (капсулы), так и внутривенно, с инъекционным раствором высокой степени очистки 4 .

На защиту мембран!


Встраивание эссенциальных фосфолипидов в поврежденные мембраны гепатоцитов обеспечивает восстановление нормальных мембранных структур, что, в свою очередь приводит к комплексному терапевтическому эффекту. Какое же действие оказывают ЭФЛ? Прежде всего, они проявляют протективные (защитные) и регенеративные свойства в отношении клеток печени 1 . При этом поражение печени может быть вызвано самыми различными факторами, среди которых токсические, воспалительные, аллергические, обменные и иммунологические реакции 1 .

Доказано, что ЭФЛ защищают гепатоциты при повреждениях, связанных с действием различных химических веществ, алкоголя, наркотических препаратов, цитостатиков, которые применяются для лечения онкологических заболеваний, ионизирующего излучения и так далее 1 .

ЭФЛ и полиненасыщенные жирные кислоты


Механизм действия ЭФЛ сродни действию омега 3-6-полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК), поскольку первые представляют собой по сути природную форму существования вторых. Омега 3-6-ПНЖК — эссенциальные жиры, снижающие риск ряда заболеваний, в том числе сердечно-сосудистых и диабета. Они не синтезируются в организме, и должны ежедневно поступать в организм в количестве 2 г омега-3 и 6 граммов омега-6 ПНЖК. Однако красные сорта рыбы, грецкие орехи, растительные масла, соевые бобы, где содержатся в большом количестве эти кислоты, высококалорийны, что ограничивает их употребление 5 .

Препараты, содержащие ЭФЛ, например, Эссенциале форте Н, могут широко применяться для восполнения диетического дефицита полиненасыщенных жирных кислот, не увеличивая калорийность рациона 6 . А какую важную роль они играют при заболеваниях, связанных с нарушением обмена жиров!

Холестерин — стоп!

Эссенциальные фосфолипиды принимают участие в транспорте холестерина в плазме и тканях, а также образовании липопротеинов высокой и низкой плотности (ЛПВП и ЛПНП) 7 . Напомним, что именно с повышением уровня ЛПНП и триглицеридов и снижением содержания ЛПВП связано одно из самых опасных заболеваний — атеросклероз.

ЭФЛ обеспечивают так называемую системную мобилизацию холестерина и его утилизацию на всех этапах метаболизма за счет ряда процессов, в том числе:

  • Повышение синтеза ЛПНП и мобилизация холестерина из плазмы крови
  • Обеспечение захвата ЛПНП гепатоцитами
  • Повышение секреции холестерина, фосфолипидов и жиров в желчь, что, соответственно, снижает их накопление в печени. 8

В состав желчи входят желчные кислоты (около 70%) и ЭФЛ (фосфатидилхолин, составляет 22% желчи) 9 . У здоровых людей ЭФЛ обеспечивают растворимость холестерина. Если же соотношение желчных кислот и ЭФЛ нарушается, кристаллы холестерина могут выпадать в осадок, вследствие чего развивается желчнокаменная болезнь (ЖКБ).

Камни в желчном пузыре: легче предотвратить, чем лечить

Как известно, до 90% желчных камней являются преимущественно холестериновыми, состоящими как минимум на 70% из холестерина 10 . Увеличение выброса в желчь холестерина, приводящее к камнеобразованию, может происходить вследствие несбалансированности рациона и его насыщения животными жирами. Важным фактором риска ЖКБ считается и экологическое загрязнение, приводящее к хронической интоксикации организма и, как следствие, увеличению потребности в антиоксидантах и ЭФЛ, необходимых для связывания токсических веществ. Если запасы ЭФЛ и антиоксидантов не пополняются, функция клеточных мембран нарушается, и организм начинает накапливать холестерин, чтобы сохранить структуру клеточной стенки, запуская процесс камнеобразования 11, 12 .

К группе повышенного риска ЖКБ относятся лица, злоупотребляющие алкоголем. Профилактическое назначение препаратов ЭФЛ тем, кто испытывает высокую нагрузку токсинами или алкоголем, компенсирует дефицит фосфолипидов и препятствует камнеобразованию 12 .

Неалкогольная жировая болезнь печени

Важный эффект ЭФЛ достигается благодаря их способности улучшать обмен липидов. Он особенно актуален при лечении неалкогольной жировой болезни печени (НАЖБП), которая возникает вследствие избыточного накопления жиров в органе. Необходимо отметить, что распространенность этого заболевания постоянно растет, в том числе и у детей и подростков, особенно живущих в городах 6 . В РФ только у пациентов общей практики распространенность НАЖБП достигает 27% 6 !

На фоне заболевания развивается комплекс патологических нарушений, среди которых снижение чувствительности тканей к инсулину, повышение содержания инсулина в крови. Увеличивается масса висцерального жира, что приводит к ожирению и артериальной гипертензии. У больных часто развивается сахарный диабет 2 типа и гиперлипидемия — повышение уровня холестерина и триглицеридов в крови. Люди, страдающие НАЖБП, должны контролировать калорийность рациона, минимизировать поступление транс-жиров, холестерина и увеличить потребление полиненасыщенных липидов (более 10 граммов в сутки) 7 . В связи с высокой калорийностью содержащих ПНЖК продуктов особое значение приобретают препараты ЭФЛ, оказывающие выраженный терапевтический эффект.

Фосфолипиды при НАЖБП

При жировой инфильтрации гепатоцитов, которая наблюдается у больных НАЖБП, препараты, содержащие эссенциальные фосфолипиды, способствуют 13 снижению стресса митохондрий клеток, обусловленного избытком жирных кислот, уменьшению выраженности воспалительного процесса и нормализации жирового обмена за счет коррекции дислипидемии 14 . Назначение этих препаратов позволяет улучшить липидный состав крови, показатели перекисного окисления жиров и восстановить систему антиоксидантной защиты в целом 6 .

Клинически доказано, что эссенциальные фосфолипиды, например, в составе препарата Эссенциале форте Н, при НАЖБП улучшают течение и прогноз жировой инфильтрации печени, повышают чувствительность тканей к инсулину, нормализуют липидный профиль (то есть, способствуют снижению уровня «плохого» холестерина и триглицеридов) и к тому же уменьшают выраженность симптомов нарушений пищеварения.


Испытание алкоголем

Не менее важным показанием к назначению эссенциальных фосфолипидов является алкогольная болезнь печени (АБП). Высокому риску развития заболевания подвергаются люди, которые ежедневно принимают 40-80 мл чистого этанола на протяжении 4-6 лет 15 . Алкоголь богат «легкими» углеводными калориями, которые постепенно вызывают жировую дегенерацию внутренних органов. Кроме того, он способствует развитию нарушения кровообращения органа. При хронической алкогольной интоксикации на фоне оксидативного стресса происходит некроз гепатоцитов, развивается хронический воспалительный процесс и фиброз печени. Механизм развития последнего во многом обусловлен активацией так называемых звездчатых клеток. В норме они находятся в состоянии покоя, а при повреждении гепатоцитов «просыпаются» и становятся способными к интенсивному делению в участках воспаления 16 . В результате ткань печени разрастается, и в дальнейшем этот процесс часто заканчивается циррозом.

Действие ЭФЛ при алкогольном поражении печени

Назначение эссенциальных фосфолипидов при алкогольном поражении печени позволяет связать активные формы алкоголя, которые образуются при поступлении высоких доз алкоголя и «запускают» механизм оксидативного стресса. Благодаря высокой биодоступности и возможности внедряться в клеточные мембраны гепатоцитов ЭФЛ способствуют удалению свободных радикалов и восстанавливают структуру клеточной стенки. Кроме того, ЭФЛ оказывают антифибротическое действие, подавляя активацию звездчатых клеток печени и останавливая патологический процесс развития фиброза 17 .

ЭФЛ можно назвать универсальным средством, оказывающим противовоспалительное, антифибротическое действие, а также предотвращающим гибель клеток печени 18 . Эти возможности обеспечивают эффективность при хронических гепатитах, циррозе, жировой дистрофии печени, алкогольном гепатите и других нарушениях работы печени.

Биологические мембраны

Клеточная мембрана - это неотъемлемый компонент любой клетки. Ее роль в первую очередь состоит в том, чтобы отграничить внутреннее пространство клетки от внешней среды, а у эукариот, кроме того, разделить внутреннюю часть клетки на функционально значимые отсеки: ядро и митохонодрии. Во внешней клеточной мембране (цитолеме) функционируют транспортные белки, рецепторы. Структурной основой всех мембран являются липиды, в частности фосфолипиды, представленные двумя соединениями фосфодиацилглициринами и сфингомиелинами.

Фосфотидилглицерин - наиболее распространенный представитель фосфолипидов он присутствует в мембранах всех живых организмов и является производным фосфатидной кислоты . В основном это кислоты с длиной углеродной цепи 12-24 атома, либо полностью насыщенные либо имеющие одну или несколько несопряженных двойных связей. В структуре фосфолипидов заложена важная функциональная особенность: содержание длинной гидрофобной цепи и гидрофильной "головки" из фосфатидной кислоты.

Сфингомиелины являются производными аминоспирта сфингозина . Они характерны только для мембран животных клеток.

Наряду с этими компонентами мембраны содержат белки и связанные с ними углеводы.

Мембраны представляют собой плоские образования толщиной в несколько молекул (60-100 Å). Основу составляет липидный бислой, где гидрофильные головки обращены к воде внутри и снаружи клетки, а гидрофобные хвосты из жирных кислот как бы выталкиваются из воды и сливаются между собой внутри мембраны (рис. 4.7.1.). Отдельные участки мембраны, липиды которых содержат больше насыщенных ЖК находятся в жестком состоянии, другие, где содержится больше ненасыщенных ЖК, в более расплавленном. Между ацилными цепями липидного бислоя содержится холестерол , он препятствует их кристаллизации, т.е. поддерживает состояние текучести.

Мембрана не статическое образование, а благодаря жидкокристаллической структуре она является двухслойным раствором, в котором липиды способны диффундировать как параллельно поверхности мембраны, так и из одного монослоя в другой.

В структуру мембран обязательно входят белки и их состав варьирует в зависимости от функции той или иной мембраны. В зависимости от прочности связи с мембраной различают периферические и интегральные белки. Интегральные белки располагаются между липидами монослоя или пронизывают весь бислой, часто возвышаясь над поверхностью мембраны. Периферические белки связаны с мембранами электростатическими и водородными связями и часто взаимодействуют таким образом с интегральными белками (рис. 4.7.1.).

Белки выполняют следующие функции :

1) транспорт (трансмембранный перенос веществ);

2) преобразование энергии (ферменты дыхательной цепи);

3) коммуникативную (рецепторные белки связывают клетку с окружающей средой);

4) и ряд специфических функций.

Трансмембранный транспорт веществ

Липидный бислой практически непроницаем для ионов и большинства полярных молекул. Исключение составляет вода. Перенос веществ через клеточную мембрану осуществляется одним из трех путей: простой диффузией, облегченным и активным транспортом.

Простая диффузия осуществляется за счет теплового движения молекул из зоны с большей концентрацией в зону с меньшей концентрацией. Разность концентраций по обе стороны мембраны называется градиентом концентраций. При переносе заряженных частиц важную роль играет разница потенциалов. Обычно внутри клетки накапливаются отрицательно заряженные частицы. Таким путем транспортируются: Н2О, СО2, О2. Перенос веществ простой диффузией прекращается когда концентрация вещества с одной и с другой стороны мембраны выравнивается.

Облегченная диффузия более распространенный способ транспорта веществ через мембрану. Здесь принимают участие специальные белки-переносчики. К ним относятся ферменты транслоказы и пермиазы. Они связывают своим активным центром вещество с одной стороны мембраны и переносят его сквозь гидрофобный слой мембраны на ее другую поверхность. Еще один вариант такой диффузии: после присоединения транспортируемого вещества меняется конформация белка-переносчика и в мембране открывается специальный гидрофильный канал, по которому и проникает вещество.

Активный транспорт - это транспорт против градиента концентраций и происходит при затрате энергии. Если источник энергии АТФ, то это первично-активный транспорт, если энергия получается за счет переноса в этот момент другого вещества по градиенту концентраций - это вторично-активный транспорт.

Типичный первично-активный транспорт это калий-нартиевый насос. Он локализован в плазматической мембране практически всех клеток и переносит ионы калия и натрия против градиента концентраций с использованием энергии АТФ (рис. 4.7.2.).

Собственно насос это фермент Na + - K + -АТФ-аза, интегральный белок пронизывающий липидный бислой мембраны насквозь. Внутри клетки к активному центру этого фермента присоединяется 3 иона N а + , при этом фермент активируется и расщепляет АТФ на АДФ и остаток фосфорной кислоты. Этот остаток присоединяется к самому ферменту и изменяет его пространственную конформацию. При этом с внутренней стороны мембраны закрывается ионный канал, но открывается на наружной поверхности. Ионы Na + отсоединяются от фермента, но в это же время к другому активному центру фермента присоединяются 2 иона К + . Это вновь изменяет его пространственную конформацию, отщепляется остаток фосфорной кислоты и открывается канал для проникновения К + внутрь клетки. Далее цикл повторяется. Т.о. при выносе из клетки 3 ионов Na + в нее проникает 2 иона К + . Это ведет к появлению электрического потенциала, который называется трансмембранным электрохимическим потенциалом. Если насос прекратит работу, то ионы Na + и К + начнут перемещаться в обратном направлении. По такому же механизму транспротируются ионы Са 2+ (фермент Са 2+ -АТФ-аза).

Перекисное окисление липидов мембран

Перекисное окисление липидов является свободнорадикальным процессом, инициация которого происходит под действием активных форм кислорода. К ним относятся супероксид-ион О2 - , пероксид-ион О2 2- (из Н2О2), гидроксильный радикал НО*, гидропероксидный радикал НО O * .Они образуются в результате процессов окисления протекающих в клетке при участии железо-содержащих ферментов (цитохромов).

Свободные радикалы это частицы с неспаренными электронами на внешних орбиталях


Механизм инициации ПОЛ

1) R - C H - … + OH * = R - C * - или ( R * ) свободный радикал высшей жирной кислоты (ВЖК);

2) R * + O 2 = R - O - O * пероксидный ион ВЖК;

3) R - O - O * + R -С H = R - O - OH (гидроперкеись ВЖК) + R *.

Реакции 2 и 3 теперь могут идти без активных форм кислорода они превращаются в цепные.

Продукты перекисного окисления липидов:

R * свободный радикал ВЖК,

R -О-О* пероксидион ВЖК,

R -О-О H гидроперекись ВЖК,

Активация процессов ПОЛ, независимо от факторов индукции, может вести к деструктивным изменениям в клетках, что связано с накоплением продуктов, способных инактивировать мембранные ферменты, нарушать белок-липидные взаимодействия в мембранах, образовывать межмолекулярные сшивки, изменять вязкость липидной фракции, что препятствует образованию фермент-субстратного комплекса.

Но, несмотря на вышеперечисленные патологические процессы, важно отметить, что ПОЛ это физиологический процесс и он имеет важное значение для организма. Уровень продукции ПОЛ в норме контролируется рядом антиоксидантных веществ и ферментов. К ним относятся витамины: Е , С , бета-каротин, убихинон ( коэнзим Q ) и антиоксидантные гем-содержащие ферменты супероксиддисмутаза (СОД), каталаза , глутатионпероксидаза, глутатионредуктаза. Высокая активность ПОЛ может привести к подавлению активности антиоксидантных ферментов. В этом случае в клетках развиваются вышеописанные процессы, которые с клеточных мембран переходят на цитоплазматические структуры. Это приводит к денатурации клеточных белков, снижению активности ряда ключевых метаболических ферментов и повреждению клеточного генома. Такое явления носит название окислительный стресс. Все это заканчивается гибелью клетки по пути некроза (разрушения клеточных структур) или апоптоза (запрограммированного суицида).

ЛИТЕРАТУРА К ГЛАВЕ IV .7.

1. Бышевский А. Ш., Терсенов О. А. Биохимия для врача // Екатеринбург: Уральский рабочий, 1994, 384 с.;

2. Кнорре Д. Г., Мызина С. Д. Биологическая химия. – М.: Высш. шк. 1998, 479 с.;

3. Ленинджер А. Биохимия. Молекулярные основы структуры и функций клетки // М.: Мир, 1974, 956 с.;

4. Пустовалова Л.М. Практикум по биохимии // Ростов-на Дону: Феникс, 1999, 540 с;

5. Gutteridge J.V.C., Halliwell B. The measurement and mechanism of lipid peroxidation in biological systems // Trends in Biochem. Sci., 1990, р. 129-135.

Фосфолипиды клеток. Белки клеток.

Организация клетки. Биомембраны

Функции и состав биомембран

219

Наиболее важными мембранами в животных клетках являются плазматическая мембрана , внутренняя и внешняя ядерные мембраны , мембраны эндоплазматического ретикулума и аппарата Гольджи , внутренние и внешние митохондриальные мембраны. Лизосомы, пероксисомы, различные везикулы также отделены от цитоплазмы мембранами. Клетки растений содержат дополнительно мембраны хлоропластов, лейкопластов и вакуолей. Все мембраны полярны , т.е. существует различие в составах внутреннего и внешнего по отношению к цитоплазме слоев.

А. Функции биомембран

Биомембраны и их составляющие выполняют следующие функции:

1. Ограничение и обособление клеток и органелл. Обособление клеток от межклеточной среды обеспечивается плазматической мембраной, защищающей клетки от механического и химического воздействий. Плазматическая мембрана обеспечивает также сохранение разности концентраций метаболитов и неорганических ионов между внутриклеточной и внешней средой.

2. Контролируемый транспорт метаболитов и ионов определяет внутреннюю среду, что существенно для гомеостаза , т.е. поддержания постоянной концентрации метаболитов и неорганических ионов, и других физиологических параметров. Регулируемый и избирательный транспорт метаболитов и неорганических ионов через поры и посредством переносчиков (см. с. 214) становится возможным благодаря обособлению клеток и органелл с помощью мембранных систем.

3. Восприятие внеклеточных сигналов и их передача внутрь клетки (см. сс. 372, 374), а также инициация сигналов.

4. Ферментативный катализ. В мембранах на границе между липидной и водной фазами локализованы ферменты. Именно здесь происходят реакции с неполярными субстратами. Примерами служат биосинтез липидов и метаболизм неполярных ксенобиотиков (см. с. 308). В мембранах локализованы наиболее важные реакции энергетического обмена, такие, как окислительное фосфорилирование (дыхательная цепь, см. сс. 142, 220) и фотосинтез (см. с. 130).

5. Контактное взаимодействие с межклеточным матриксом и взаимодействие с другими клетками при слиянии клеток и образовании тканей.

6. Заякоривание цитоскелета (см. с. 208), обеспечивающее поддержание формы клеток и органелл и клеточной подвижности.

Б. Состав биомембран

Биомембраны состоят из липидов, белков и углеводов (см. с. 218). Соотношение этих компонентов варьирует от одной мембраны к другой (слева на схеме). Главными компонентами обычно являются белки, составляющие около половины от массы мембраны. Углеводы найдены только во внешнем слое; они составляют всего несколько процентов от массы мембраны. Примером необычного состава служит миелин оболочки нервных клеток, который на три четверти представлен липидами. Напротив, для внутренней мембраны митохондрий характерны низкое содержание липидов и высокий уровень белков.

Более детальный анализ состава липидов в различных мембранах выявляет их клеточную и тканевую специфичность. На схеме справа показано разнообразие мембранных липидов и их относительное содержание в различных мембранах. Видно, что в количественном отношении преобладают фосфолипиды, затем следуют гликолипиды и холестерин. Триацилглицерины (нейтральные жиры) в мембранах не обнаружены. Холестерин найден почти исключительно в эукариотических клетках. Мембраны животных клеток содержат холестерина гораздо больше, чем мембраны растений, в которых холестерин обычно заменен другими стеринами. У прокариот за несколькими исключениями вообще нет холестерина. Внутренняя митохондриальная мембрана эукариот также почти полностью лишена холестерина.

Читайте также: