Другие причины нарушения барьерных свойств липидного слоя мембран

Роль эндогенных фосфолипаз в нарушении барьерной функ­ции мембран. Вторая важная причина, приводящая к нарушению целос­ти липидного слоя мембран и потере ею барьерных свойств, — это гид­ролиз мембранных фосфолипидов ферментами — фосфолипазами типа А.

R, и R₂ — углеводородные цепи жирных кислот. Фосфолипазы при­сутствуют в пищеварительном соке поджелудочной железы, а также прак­тически во всех мембранных структурах клетки, включая митохондрии, лизосомы, плазматические мембраны. В мембранах фосфолипазы обыч­но находятся в малоактивном состоянии по двум причинам. Во-первых, фосфолипазы плохо гидролизуют фосфолипиды, входящие в состав не­поврежденного липидного бислоя. Во-вторых, фосфолипазы активиру­ются ионами кальция и ингибируются ионами магния, а в цитоплазме мало кальция (10⁷ моль/л и менее) и относительно много ионов магния (около 10’³ моль/л).

Увеличение проницаемости плазматической мембраны при повреждении клетки или при открывании кальциевых кана­лов (т.е. возбуждении клетки), как и выключение насосов за счет недостатка энергии в клетку (т.е. АТФ) приводят к уве­личению концентрации кальция в цитоплазме.

Некоторое повышение его концентрации (до 10'⁶ моль/л) следует считать нормальным механизмом регуляции внутриклеточных процессов, так как кальций является вторичным посредником при действии многих медиаторов, гормонов и при электрическом возбуждении ряда клеток. Умеренная активация фосфолипазы А₂ — также нормальное физиологи­ческое явление, поскольку служит первым звеном в цепи образования физиологически активных производных арахидоновой кислоты.

Чрезмерное увеличение концентрации ионов кальция в ци­топлазме и активация фосфолипазы приводят к потере мем­бранами их барьерных свойств и нарушению функциониро­вания клеточных органелл и клетки в целом.

Как уже говорилось, повреждающее действие мембранных фосфо­липаз играет важную роль в повреждении клеток при недостатке кисло­рода (гипоксии).

Механическое (осмотическое) растяжение мембран и адсорб­ция белков. Важную роль во вторичном повреждении мембран играют процессы их механического растяжения в результате нарушения осмоти­ческого равновесия в клетках. Если поместить эритроциты в гипотони­ческий раствор, то вода будет входить в клетки, они примут сферическую форму, а затем произойдет гемолиз. Митохондрии также набухают в гипотонических средах, но механический разрыв происходит только у внешней мембраны; внутренняя остается целой, но теряет способность задерживать небольшие молекулы и ионы. В результате митохондрии ут­рачивают способность к окислительному фосфорилированию.

Сходные явления наблюдаются в целых клетках и тканях при пато­логии. Так, в результате активации фосфолипазы мембран митохондрии при гипоксии они становятся проницаемыми для ионов К⁺. Если в этих условиях восстановить оксигенацию ткани, то на мембранах митохонд­рии восстановится мембранный потенциал (со знаком «минус» внутри) и митохондрии будут «насасывать» ионы К⁺, вслед за которыми в матрикс входит фосфат. Осмотическая концентрация ионов внутри митохондрии возрастает, и органеллы набухают. Это приводит к растяжению мембран и их дальнейшему повреждению.

Механизм нарушения барьерных функций мембран при адсорбции на липидном бислое полиэлектролитов, в частности белков, чужеродных для клетки, пока изучен недостаточно. В молельных опытах показано, что в некоторых случаях на поверхности мембраны могут формироваться бел­ковые «поры», а также происходит снижение электрической стабильнос­ти мембран. Можно думать, что сходные явления наблюдаются при дей­ствии на клетки антител.

Молекулярные механизмы увеличения проницаемости липид­ного слоя для ионов. При изучении молекулярных основ проницаемос­ти липидного слоя широко используются модельные мембранные систе­мы: изолированные мембранные структуры (эритроциты, митохондрии, везикулы саркоплазматического ретикулума), а также искусственные фосфолипидные мембраны (бимолекулярные липидные мембраны — БЛМ и фосфолипидные везикулы — липосомы). Изучение такого рода систем показало, что сам по себе липидный слой практически непрони­цаем для ионов. При действии различных химических и физических фак­торов он становится проницаемым по одной из трех причин.

В липидном бислоеі(вязкость которого внутри близка вязкости рас­тительного масла) появляется жирорастворимое вещество, способное связывать ионы. Механизм переноса ионов в этом случае напоминает перевоз пассажиров на лодке с одного берега на другой и называется «челночным», или переносом с помощью подвижного переносчика. При­мером подвижного переносчика может служить ионофорный антибиотик валиномицин, который образует комплекс с ионами К⁺, растворимый в липидной фазе мембраны. К числу подвижных переносчиков, возможно, относятся водорастворимые продукты перекисного окисления липидов, в присутствии которых, как оказалось, увеличивается проницаемость мембран для ионов водорода.

В липидном слое появляются вещества, молекулы которых, собира­ясь вместе, образуют канал через мембрану. Сквозь такой канал ионы могут проходить с одной стороны мембраны на другую. Каналы образу­ются молекулами некоторых антибиотиков, например грамицидина А и полимиксина. Продукты перекисногоокисления липидов также могут об­разовывать каналы в липидном слое, если в растворе есть ионы кальция. Продукты расщепления некоторых фосфолипидов (в частности, кардио- липина) фосфолипазой А₂ образуют каналы для одновалентных катионов.

Снижается электрическая прочность липидного слоя мембран, и уча­сток мембраны разрушается электрическим током, который возникает под влиянием разности потенциалов, существовавшей на мембране. Такое явление носит название «электрического пробоя».

2.1.5.