WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 ||

резкого повышения проницаемости мембран для ионов Первый результат – перекисное окисление липи- может быть адсорбция на поверхности липидного слоя дов сопровождается окислением тиоловых (сульфгид- поликатионов или полианионов, к которым принадлерильных) групп мембранных белков. Так, например, жат некоторые антибиотики, полипептиды и белки.

связанное с перекисным окислением липидов окислеТаким образом, изучение воздействия разного рода ние белков и образование белковых агрегатов в хрустаповреждающих агентов на изолированные клетки (налике глаза заканчиваются его помутнением. Этот пропример, эритроциты), митохондрии, фосфолипидные цесс играет важную роль в развитии старческой и везикулы (липосомы), плоские бислойные липидные других видов катаракты у человека. Окисление тиоломембраны (БЛМ) и другие модельные объекты показавых групп приводит к появлению дефектов в мембрало, что в конечном счете существуют четыре основных нах клеток и митохондрий. Под действием разности процесса, которые непосредственно обусловливают наэлектрических потенциалов на мембранах через такие рушение барьерных свойств липидного слоя мембран поры в клетки входят ионы натрия, а в митохондрии – (а следовательно, и мембран в целом)в патологии:

ионы калия. В результате происходят увеличение осмо• перекисное окисление липидов, тического давления внутри клеток и митохондрий и их набухание. Это приводит к еще большему поврежде- • действие мембранных фосфолипаз, СОРОСОВСКИЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЖУРНАЛ, ТОМ 6, №9, БИОЛОГ ИЯ • механическое (осмотическое) растяжение мемб- теплового движения фосфолипидных молекул. При отраны, сутствии разности потенциалов на мембране увеличения размеров спонтанно образовавшихся пор не про• адсорбция поликатионов или полианионов.

исходит, так как этот процесс сопровождается ростом Возникает вопрос, действуют ли все эти агенты площади раздела фаз липид–вода и требует преодолекаждый по-своему или же в конечном итоге они наруния значительных сил поверхностного натяжения на шают барьерные свойства мембран каким-то единым границе раздела фаз. Более того, под действием сил поспособом. Сейчас можно сказать, что имеются данные, верхностного натяжения спонтанно образовавшийся говорящие в пользу второго предположения.

дефект (пора) сразу же затягивается и мембрана остается целой. При увеличении разности потенциалов на ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОБОЙ МЕМБРАН мембране энергия, необходимая для образования и КАК УНИВЕРСАЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ роста поры, уменьшается. При критической разности НАРУШЕНИЯ ИХ БАРЬЕРНЫХ СВОЙСТВ потенциалов U* рост спонтанно образовавшихся пор становится самопроизвольным, ток через мембрану Явление электрического пробоя мембран резко возрастает и, если разность потенциалов поддерЯвление электрического пробоя мембран изучали множивать, мембрана будет полностью разрушена.

гие авторы на искусственных мембранах и отдельных Чрезвычайно важно для патологии клетки то обклетках. Мембраны обладают определенным сопротивстоятельство, что электрическая прочность мембран, лением R электрическому току I, который при небольмерой которой служит потенциал пробоя, снижается шой разности потенциалов U между двумя сторонами под действием повреждающих факторов. Как уже говомембраны является постоянной величиной. Иными рилось, основными причинами нарушения барьерных словами, для мембраны соблюдается закон Ома свойств мембран в патологии являются перекисное I = U/R.

окисление липидов, действие мембранных фосфолипаз, механическое растяжение мембран или адсорбция Это означает, что зависимость между напряжением на на них некоторых белков. Изучение влияния этих деймембране U и током через мембрану I линейная. Однаствующих факторов на электрическую прочность мемко такая зависимость сохраняется при сравнительно бран показало, что все они снижают потенциал пробоя небольших величинах U, обычно не выше 200–300 мВ.

мембран (рис. 4).

При определенной критической разности потенциалов на мембране, называемой потенциалом пробоя (U*), Пробой мембран собственным мембранным происходит резкое возрастание тока. При постоянном потенциалом (“самопробой”) мембранном потенциале, если он превышает критическое значение, ток самопроизвольно нарастает во вреЭлектрический пробой мембраны может наблюдаться мени до полного разрушения мембраны. Это явление не только под действием напряжения, подаваемого называется электрическим пробоем мембраны.

на мембрану от внешнего источника, но и под дейстВ основе этого явления лежит самопроизвольное вием собственного мембранного потенциала, то есть зарождение дефектов в липидном бислое вследствие разности потенциалов, возникающей на мембране в УФ Фосфолипаза А2 Поликатион P (пептид) P 0 10 20 0 10 20 0 10 20 0 10 Время, мин Рис. 4. Снижение электрической прочности искусственных фосфолипидных мембран при действии четырех основных повреждающих факторов ВЛАДИМИРОВ Ю.А. БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ И НЕЗАПРОГРАММИРОВАННАЯ СМЕРТЬ КЛЕТКИ Потенциал пробоя БЛМ U *, мВ БИОЛОГ ИЯ результате диффузии ионов. Разумеется, этого не проис- нию величины потенциала пробоя) мембраны. Теория ходит в нормально функционирующих, неповрежден- электрического пробоя дает четкий ответ на этот воных клетках, потому что потенциалы пробоя мембран прос. Самопроизвольному росту пор, случайно зароU* выше, чем разности потенциалов, существующие на дившихся в липидном бислое, препятствуют силы поклеточных и внутриклеточных мембранах (U* > U). В верхностного натяжения на границе раздела фаз табл. 1 приведены значения потенциалов пробоя неко- липидный слой мембраны – окружающий водный расторых мембран, а также величины электрических по- твор. Нужно приложить довольно большую разность тенциалов на мембранах клеток и митохондрий. Из потенциала к мембране, чтобы преодолеть эти силы и табл. 1 видно, что потенциалы плазматических и мито- вызвать рост поры. Теперь становится понятно, что вехондриальных мембран ниже потенциалов пробоя щества, снижающие поверхностное натяжение (детерпримерно на 20–30 мВ. генты), должны облегчать самопроизвольный рост пор и снижать величину критического потенциала, котоПри повреждении мембранных структур происхорый нужно приложить к мембране, чтобы вызвать эледит снижение потенциала пробоя U* и может сложитьктрический пробой. Это и наблюдается в действителься ситуация U* > U, когда мембрана будет пробиваться ности. Продукты перекисного окисления липидов, так собственным мембранным потенциалом. К чему это же как и продукты гидролиза фосфолипидов фосфолиприводит в живой клетке Предположим, клетку облупазами (лизолецитины), и многие белки снижают почают ультрафиолетовыми лучами, под влиянием котоверхностное натяжение на границах раздела фаз. Именрых в липидных мембранах активируется перекисное но поэтому они снижают потенциал пробоя мембран, окисление. В неповрежденных митохондриях потенто есть уменьшают их электрическую прочность (см.

циал на мембране равен 175 мВ, а потенциал пробоя рис. 4). Механическое растяжение мембраны р дейстсоставляет около 200 мВ (см. табл. 1). В процессе активует сходно, так как противодействует силам поверхновации перекисного окисления липидов потенциал стного натяжения. Таким образом, электрический пропробоя начинает постепенно снижаться, и, как только бой мембран оказывается универсальным механизмом он достигает 175 мВ, мембрана митохондрий пробиванарушения барьерной функции мембран в патологии.

ется собственным мембранным потенциалом. То же происходит и при активации фосфолипаз: снижение ЗАКЛЮЧЕНИЕ потенциала пробоя до величины, равной потенциалу, который в нормальных условиях создается на мембраБиологические мембраны наряду с элементами цитоне, приводит к электрическому пробою мембраны и скелета формируют ультраструктуру протоплазмы. Кропотере ею барьерных свойств. В опытах с эритроцитаме того, они выполняют множество функций, нарушеми и митохондриями было показано, что и осмотичесние любой из которых может привести к изменению кое растяжение мембраны, и добавление чужеродных жизнедеятельности клетки в целом и даже ее гибели.

белков могут снизить потенциал пробоя мембран наНаиболее тяжелые последствия вызывает повреждестолько, что мембраны начинают пробиваться собстние липидного слоя мембран. Липидный слой клеточвенным мембранным потенциалом.

ной и внутриклеточных мембран выполняет две основные функции: барьерную и матричную (структурную). В Почему “все дороги ведут к самопробою” нормально функционирующей клетке срединная часть Стоит задуматься, почему такие, казалось бы разные, липидного слоя представляет собой сплошную пленку, воздействия, как перекисное окисление липидов, фер- образованную углеводородными хвостами фосфолиментативный гидролиз фосфолипидных молекул, меха- пидных молекул. Эта пленка практически непроницаническое растяжение мембраны или адсорбция поли- ема для ионов и молекул водорастворимых веществ, таэлектролитов, приводят к одному и тому же результату – ких, как углеводы, аминокислоты, белки, нуклеотиды снижению электрической прочности (то есть уменьше- и нуклеиновые кислоты. Повреждение этого сплошного Таблица 1. Электрические потенциалы (в мВ) на мембранах клеток и потенциалы пробоя модельных и биологических мембран Потенциал пробоя Объект Разность потенциалов на мембране в клетках (по данным автора и сотрудников) Липидный бислой – 130–170 (БЛМ) Клеточная мембрана 70 (нервные и мышечные клетки) 90–100 (эритроциты) Внутренняя мембрана митохондрий 175 (митохондрии печени в присутствии субстратов и кислорода) СОРОСОВСКИЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЖУРНАЛ, ТОМ 6, №9, БИОЛОГ ИЯ барьера приводит к нарушению регуляции внутрикле- РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА точных процессов и тяжелым расстройствам клеточ1. Чизмаджев Ю.А. Биоэлектрохимия: из прошлого в будущее ных функций.

// Соросовский Образовательный Журнал. 2000. Т. 6, № 3. С.

23–27.

Изучение повреждения митохондрий клеток при гипоксии, а также изменений свойств митохондрий, 2. Антонов В.Ф. Липидные поры: стабильность и проницаемость мембран // Там же. 1998. №10. С. 10–17.

клеток крови и искусственных фосфолипидных мембран показало, что в основе нарушения барьерных 3. Пучкова Т.В., Путвинский А.В., Владимиров Ю.А. Снижение электрической прочности как основной механизм нарушесвойств липидного слоя мембран (и мембран в целом) ния барьерной функции биомембран // Докл. АН СССР. 1983.

лежат четыре причины: перекисное окисление липиТ. 270, № 6. С. 1489–1492.

дов, действие мембранных фосфолипаз, механическое 4. Брагин Е.О., Дергунов А.Д. и др. Роль фосфолипазы А2 в растяжение мембран или адсорбция полиэлектролианоксическом повреждении энергозависимых функций митов. Действие каждого из этих факторов может быть тохондрий // Вопр. мед. химии. 1977. Т. 23, № 5. С. 673–677.

специфическим. Так, перекисное окисление вызывает избирательную проницаемость мембран для ионов H+ 5. Владимиров Ю.А., Парнев О.М., Черемисина З.П. Электрическая прочность мембран митохондрий // Биол. мембраны.

(или OH- ) и ионов Ca2+. Фосфолипазы вызывают появ1984. Т. 1, № 4. С. 428–434.

ление в мембране каналов для катионов, таких, как K+.

Поликатионы также, по-видимому, могут вызвать поРецензент статьи А.Н. Тихонов явление пор в липидном слое мембран.

Вместе с тем воздействие всех перечисленных фак- * * * торов может иметь одно и то же последствие: снижение Юрий Андреевич Владимиров, доктор биологических электрической прочности мембран и электрический наук, профессор, зав. кафедрой биофизики Российпробой мембраны создаваемой ею разностью электриского государственного медицинского университета и ческих потенциалов. Поэтому можно предположить, кафедрой физико-химических основ медицины МГУ, что самопробой мембран электрическим полем – унируководитель отдела биофизики Института физиковерсальный механизм нарушения барьерных свойств химической медицины МЗ РФ, академик РАМН, лауремембран в патологии и одна из главных причин биолоат Государственной премии СССР. Автор 400 научных гической смерти клеток в неблагоприятных условиях. работ, включая 11 монографий и учебников.

ВЛАДИМИРОВ Ю.А. БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ И НЕЗАПРОГРАММИРОВАННАЯ СМЕРТЬ КЛЕТКИ

Pages:     | 1 ||










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.