Иокы кальция и активация фосфолипазы

тохондриями было показано, что при инкубации этих органелл происходит их быстрое повреж­дение (за 15-20 мин при 37 °С), если в окружаю­щей их среде нет кислорода и присутствуют ионы кальция в концентрациях (порядка 10 ³ М), со­измеримых с концентрацией этих ионов в ци­топлазме клеток в условии гипоксии. Повреж­дение вызвано активацией ионами кальция фер­мента фосфолипазы А₂, расположенного на внут­ренней мембране митохондрий. Фосфолипаза А₂ гидролизует сложноэфирные связи в молекуле фосфолипида, при этом образуются свободная жирная кислота (СЖК) и лизофосфолипид (ЛФ), например лизофосфатидилхолин при гидролизе фосфатидилхолина (лецитина):

Здесь Rj, R₂ - углеводородные цепи жирных кислот.

Как известно, 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, так как фосфолипазы активируются ионами кальция и ингибируются ионами маг­ния, а в цитоплазме как раз мало кальция (10 ⁷ М и менее) и относительно много ионов Mg (около 10³ М). Увеличение проницаемости плаз­матической мембраны при повреждении клетки или при открывании кальциевых каналов (т. е. возбуждении клетки), равно как и выключение ионных насосов за счет недостатка энергии в клетке, приводит к увеличению концентрации кальция в цитоплазме. Некоторое повышение его концентрации (до 10 ⁶ М) следует считать нор­мальным механизмом регуляции внутриклеточ­ных процессов, так как кальций является вто­ричным посредником при действии многих гор­монов, медиаторов и при генерации потенциа­лов действия в ряде клеток. Умеренная актива-

ция фосфолипазы А₂ - также нормальное физио-

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.

В аэробных условиях ионов кальция вокруг митохондрий мало (10 ⁷ - 10⁶М) и фосфолипаза умеренно активна. В отсутствие кислорода ис­чезает электрический потенциал на мембране ми­тохондрий, который удерживал ионы кальция в матриксе, и кальций выходит в цитоплазму. Связываясь с активным центром фосфолипазы А₂ (который как раз расположен с наружной сто­роны внутренней мембраны), ионы кальция ак­тивируют фермент. Гидролиз фосфолипидов при­водит к потере мембраной ее барьерных свойств, и митохондрии теряют способность как к окис­лительному фосфорилированию, так и к закачи­ванию кальция в матрикс.

Последовательность нарушений в клетке при гипоксии. Последовательность изменений в клетке в результате прекращения доступа кис­лорода (аноксии) одинакова для самых различ­ных тканей. Это показали опыты со срезами тка­ней, изолированными клетками и изолирован­ными клеточными органеллами, в частности митохондриями. В клетках печени, находящих­ся в условиях Аноксии при комнатной темпера­туре, последовательность событий такова:

0-5 мин аноксии: снижение уровня АТФ в клетке в 2-4 раза, несмотря на активацию гли­колиза;

5-15 мин: повышение концентрации Са²⁺ в цитоплазме клетки. Активация гидролитических ферментов, в том числе фосфолипазы А₂ мито­хондрий. Содержание Са²⁺ в митохондриях по­вышается, так как они еще не повреждены;

15-30 мин: гидролиз митохондриальных фос­фолипидов фосфолипазой А₂ и нарушение барь­ерных свойств митохондриальной мембраны. Реоксигенация ткани на этой стадии приводит к активному набуханию митохондрий. Дыхатель­ный контроль в митохондриях нарушен, окис­лительное фосфорилирование разобщено, способ­ность митохондрий накапливать ионы кальция снижена;

30-60 мин: частичное восстановление функ-ций митохондрий, временное повышение дыха­тельного контроля, способности накапливать кальций. Механизм компенсаторных процессов, приводящих к временному улучшению функций митохондрий, неизвестен, но связан с функцией клетки в целом, так как при анаэробной инку­бации изолированных митохондрий это явление не наблюдается;

60-90 мин: необратимое повреждение мито­хондрий и полная гибель клеток. При темпера­туре тела человека все эти процессы протекают в два-три раза быстрее; кроме того, в разных тканях они протекают с разной скоростью: быс­трее всего в мозге, медленнее - в печени, еще медленнее - в мышцах.

3.1.5. «Порочный круг» клеточной патологии

Увеличение внутриклеточного содержания кальция и нарушение биоэнергетических функ­ций митохондрий являются общими признака­ми для клеток, поврежденных в результате дей­ствия самых различных неблагоприятных фак­торов. Эти два события - не простое следствие других изменений в поврежденных клетках: они лежат в основе нарушения функций поврежден­ных клеток и могут рассматриваться как глав­ные звенья в цепи событий, приводящих к раз­витию неспецифической реакции клеток на по­вреждение. Взаимоотношения между первичным повреждением клеточных структур, процессами биоэнергетики и содержанием кальция в цитоп­лазме представлены в виде схемы на рис.4.

Согласно этой схеме, первичными мишенями действия повреждающих агентов служат мемб­ранные структуры клетки, в которых могут под­вергаться разрушению липидный бислой, рецеп­торы, белковые переносчики ионов и молекул, ионные каналы, а также встроенные в мембра­ны ферменты, включая ионные насосы. Увели­чение проницаемости мембран и подавление ра­боты ионных насосов, непосредственно вызван­ные действием повреждающих факторов (токси­ческие соединения, свободные радикалы и про­дукты липидной пероксидации, недостаток АТФ и т.д.), приводят к увеличению концентрации натрия и кальция в цитоплазме. Последнее со­провождается дисбалансом внутриклеточных сигнальных систем и активацией ряда фермен­тов, включая некоторые протеазы, эндонуклеа-

зы и фосфолипазу А₂. Гидролиз фосфолипидов мембран фосфолипазой приводит к дальнейше­му нарушению барьерных свойств липидного бислоя, что вызывает еще больший рост уровня кальция в цитоплазме, набухание митохондрий и еще большее их повреждение. «Порочный круг» замыкается, и клетка может погибнуть.