Механизмы модификации компонентов биомембран при патологических остояниях

В основе многих патологических состояний организма человека лежат изменения структурно-функциональных свойств молекулярных компонентов биомембран, индуцированные воздействием внешних факторов среды (фармакологические агенты, яды, токсины, аллергены, ионизирующее и УФ-излучение и др.) или внутренними функциональными расстройствами.

К заболеваниям подобного рода следует отнести гипертонию, атеросклероз, ишемическую болезнь сердца, стрессорные заболевания сердца, бронхолегочные заболевания, различные воспаления, злокачественный рост клеток. В связи с этим всесторонние исследования механизмов функционирования биомембран в норме и при патологии необходимы как для разработки методов лечения и профилактики вышеназванных заболеваний, так и для создания высокоэффективных лекарственных препаратов.

Ведущую роль в развитии многих патологических состояний организма играет свободнорадикальное пероксидное окисление липидов (ПОЛ). Наиболее вероятным субстратом ПОЛ в организме являются полиеновые липиды биомембран.

Генерирование липопероксидов в организме сопряжено с нормальными метаболическими реакциями, осуществляемыми специализированными ферментными системами: NADPH-зависимыми микросомальными оксигеназами, циклооксигеназами и липооксигеназами, и служит источником биосинтеза внутриклеточных медиаторов – простагландинов, тромбоксанов, простациклина, лейкотриенов и липоксинов.

Простагландины G2 и Н2, служащие универсальными метаболическими предшественниками различных простагландинов, тромбоксанов и простациклина.

Производные С20-полиненасыщенных жирных кислот типа арахидоновой, так называемые эйкозаноиды, участвуют в осуществлении защитных реакций клеток желудка, сердца и других органов от повреждений, способствуют развитию воспаления, стимулируют сокращение гладкой мускулатуры. Циклооксигеназные системы обнаружены в большинстве тканей животных, липооксигеназные – в различных животных клетках и тканях: лейкоцитах, тромбоцитах, ретикулоцитах; легких, селезенке, семенниках.

Регуляция процессов ПОЛ в организме также осуществляется ферментативным путем. В микросомах наряду с ферментативным синтезом пероксидов липидов происходит и их ферментативная утилизация, т.к. терминальная оксидаза цепи переноса электронов в микросомах – цитохром Р450 – может функционировать как активная пероксидаза.

В цитозоле клеток содержатся восстанавливающие пероксиды липидов глутатионпероксидазные и глутатион-S-трансферазные системы, одной из функций которых является ограничение распространения неферментативных реакций ПОЛ в случае «утечки» свободнорадикальных продуктов ферментативного ПОЛ.

ПОЛ представляет собой один из важнейших универсальных процессов повреждения мембранных систем, изменяющий химический состав, физические параметры, ультраструктурную организацию и функциональные характеристики биомембран.

ПОЛ приводит к увеличению вязкости мембран в результате уменьшения содержания жидких липидов в бислойных участках, появления поперечных межмолекулярных сшивок и возрастания доли упорядоченных липидов с ограниченной подвижностью.

Отрицательный заряд на поверхности мембран увеличивается, что обусловлено вторичными продуктами ПОЛ (эпоксиды, кетоны, малоновый диальдегид и др.), содержащими карбонильные группы.

Мембраны эритроцитов, митохондрий, саркоплазматического ретикулума, лизосом становятся проницаемыми для различных ионов, неэлектролитов, макромолекул.

Изменяются свойства мембранных белков: Са2+-АТФазы, Na+,K+-АТФазы, родопсина, фосфолипазы. Эти функциональные проявления ПОЛ определяют формирование многих патологических состояний организма, возникающих при неблагоприятных условиях и повреждающих действиях.

В качестве инициаторов ПОЛ выступают активные формы кислорода или активные кислородные метаболиты.