Строение клеточной мембраны (схема)

Строение сложных липидов. Сложные липиды липиды, включающие в свою структуру помимо углерода(С), водорода(H) и кислорода(О) другие химические элементы. Чаще всего: фосфор(Р), серу(S), азот(N).

Строение фосфолипидов. Фосфолипиды сложные эфиры многоатомных спиртов и высших жирных кислот, содержащие остаток фосфорной кислоты и соединённую с ней добавочную группу атомов различной химической природы. Основой молекулы фосфолипида является фосфатидная кислота. Название «фосфолипид» возникло из-за наличия фосфатной группы в молекуле фосфатидной кислоты.

Строение молекулы фосфолипида.

В молекуле фосфатидной кислоты высшие жирные кислоты соединены сложной эфирной связью со спиртом глицерином=глицерофосфолипиды.

Сложноэфирная связь.

Возникает в результате реакции этерификации спирта и кислоты!

Реакция этерификации.

Фосфолипиды.

Гликолипиды. Гликолипиды (от греч. (glykos) сладкий (lípos) жир) сложные липиды, образующиеся в результате соединения липидов с углеводами. В молекулах гликолипидов есть полярные «головы» (углевод) и неполярные «хвосты» (остатки жирных кислот). Благодаря этому гликолипиды (вместе с фосфолипидами) входят в состав клеточных мембран.

Гликолипиды.

Строение гликолипидов.

Цикл трикарбоновых кислот (Кребса).

Сущность Цикла Кребса. Ферменты Цикла Кребса обеспечивают постепенное окисление остатка уксусной кислоты (АцКоА) до конечных продуктов обмена- СО 2 и воды. Постепенность окисления позволяет сохранить в клетке физиологические условия (предотвратить повышение температуры)!, а также позволяет эффективнее улавливать энергию электронов и использовать ее для синтеза АТФ.

Значение Цикла Кребса. Водород-генерирующая фукция: субстраты цикла Кребса являются основными поставщиками водорода в дыхательную цепь, где за счет энергии электронов синтезируется 11 молекул АТФ. (в ходе окислительного фосфорилирования.) Субстраты дегидрирования: Изоцитрат (3 АТФ) L-кето-глютарат (3 АТФ) Сукцинат (2 АТФ) Малат (3 АТФ).

Окислительное фосфорилирование- это синтез АТФ из АДФ и Фн за счет энергии электронов окисленного субстрата (идет в дыхательной цепи!) Субстратное фосфорилирование- это образование нуклеозид-3-фосфатов за счет энергии которая выделяется при разрыве макроэргической связи субстрата.

Значение Цикла Кребса. (продолжение). Энергетическая функция: в самом цикле образуется 1 молекула АТФ в ходе субстратного фосфорелирования, за счет макроэргической связи сукцинил-КоА. Интегрирующая функция: на уровне цикла кребса объединяется катаболизм белков, жиров и углеводов, так как в процессе окислительного рспада все эти органические соединения превращаются в АКоА! Амфиболическая функция: многие субстраты цикла кребса используются для синтеза нужных организму соединений: α- кето-глютаратглютаминовая кислота ЩУК аспарагиновая кислота, глицин + сукцинил КоА пиррольные кольца гема. Цикл Кребса является заключительным этапом метаболизма и дает начало анаболическим процессам.

Регуляция Цикла Кребса. Регуляторными ферментами цикла кребса являются: 1.Цитрат-синтаза: отрицательными аллостерическими эффекторами являются АТФ и НАДН; положительными- АДФ и НАД(+). 2.Изоцитратдегидрогеназа: эффекторы те же. 3.Сукцинатдегидрогеназа: отрицательные эффекторы- фумарат, ЩУК; положительные- сукцинат.

Дыхательная цепь митохондрий.

Если субстрат окисляется НАД- зависимой дегидрогеназой, то он попадает на самый первый фермент дыхательной цепи- НАДН- дегидрогеназу! В этом случае функционирует полная дыхательная цепь. 2 электрона с НАДН-дегидрогеназы перейдут на железосерный белок---КоQ---цит.B(562)---B (566)---FeS (железосерный белок)---С 1---С (2 е)---аа 3 (2 е)---1атом Кислорода + 2 Н (+)===вода (эндогенная!)

Дыхательная цепь митохондрий. Перемещаясь в определенной последовательности по ферментам дыхательной цепи электроны отдают свою энергию и в итоге попадают на атом из молекулы вдыхаемого кислорода и войдут в состав эндогенной воды! Энергия, которую при этом выделяют 2 электрона частично рассеивается в виде тепла, а остальная ее часть обеспечит синтез 3 АТФ.

Дыхательная цепь митохондрий. Если субстрат окисляется флавиновой дегидрогеназой, то электроны вводятся в дыхательную цепь через КоQ, у которого редокс-потенциал выше, чем у НАДН-дегидрогеназы. Редокс-потенциал- характеристика окислительной способности вещества! (чем он выше, тем больше окислительная способность вещества!) В дыхательной цепи редокс-потенциал каждого последующего дыхательного фермента выше чем у предыдущего. Самый низкий потенциал у НАД(+), а самый высокий у кислорода=в этом заключается роль кислорода в тканевом дыхании! (создает ЭДС, которая «заставляет» электроны от начала дыхательной цепи перемещаться в сторону кислорода). Попадая на каждый новый фермент дыхательной цепи электроны отдают часть своей энергии!

Дыхательная цепь митохондрий. Существует 3 точки сопряжения между циклом кребса и дыхательной цепью! 1. Между НАДН-дегидрогеназой и КоQ. 2. Между КоQ и цитохромом В. 3.Между цитохромоксидазой и кислородом.

Дыхательная цепь митохондрий. Если субстраты окисляюся флавиновой дегидрогеназой, то их электроны вводятся в дыхательную цепь через KoQ! При этом исходный запас энергии таких электронов меньше и путь, который они проходят в дыхательной цепи- короче! Такая дыхательная цепь называется укороченной и в ней за счет энергии двух электронов синтезируется 2 молекулы АТФ.

Дыхательная цепь митохондрий. Сначала избыточная энергия электронов расходуетс я на выброс протонов в межмембранное пространство, так как концентрация протонов в нем выше, чем в матриксе митохондрий. В межмембранном пространстве увеличивается концентрация протонов, то есть создается протонный градиент.

Дыхательная цепь митохондрий. Поскольку протоны водорода- это положительно заряженные частицы, то на внешней стороне внутренней мембраны митохондрий формируется положительый заряд, а ОН (-) воды со стороны матрикса формируют отрицательный заряд. В результате возникает трансмембранный электрический потенциал!

Дыхательная цепь митохондрий. Разность концентраций водородных ионов, как химических частиц по обе стороны внутренней мембраны формирует химический потенциал и в результате формируется трансмембранный электрохимический потенциал!

Дыхательная цепь митохондрий. Создать трансмембранный потенциал можно только в том случае, если внутренняя мембрана митохондрий не проницаема для Н (+), и они не могут вернуться из межмембранного пространства в матрикс!

Протонный цикл. Это перемещение протонов внутри митохондрий в процессе окислительного фосфорелирования. Сначала протоны за счет энергии электронов окисленного субстрата перемещаются из матрикса в межмембранное пространство-это происходит против градиента концентрации протонов и ведет к формированию трансмембранного потенциала; а затем протоны через протонный канал возвращаются в матрикс, при этом трансмембранный потенциал снижается, а выделившаяся при этом энергия используется для синтеза АТФ. АДФ+Фн==(энергия, выд. при снижении трансмембранного потенциала)==АТФ

Дыхательная цепь митохондрий. Свободное окисление- это окисление, при котором не происходит синтеза АТФ. (например микросомальное окисление, выполняющее пластическую и антитоксическую функции). Свободное окисление в митохондриях может вызывать повреждение внутренней мембраны. Также повреждение могут вызывать, так называемые разобщающие вещества: жирные кислоты, прогестерон, 2,6- динитрофенол,антибиотики.

Разобщающие вещества. Являются липофильными (следовательно могут проходить через внутреннюю мембрану митохондрий). Могут присоединять и отщеплять протоны водорода. Следовательно, разобщающие вещества- проводники протонов через мембрану!

Молекулярные механизмы повреждения клеток. Повреждение клетки -нарушение внутриклеточного гомеостаза, которое ограничивает функциональные возможности клеток, угрожает их жизни или уменьшает ее продолжительность.

Виды повреждений клетки: - Острые (действие гемолитических ядов) Обратимые ( повреждение кардиомиоцитов при рефлекторной ишемии миокарда, эритроцитов при кратковременных изменениях осмотического давления крови, клеток кожи при эритеме, вызванной UF ) - Хронические (ИБС, болезни накопления) Необратимые ( длительная ишемия миокарда, действие активированного комплемента, действие вируса гриппа на эпителий слизистой носа,отложение гликогена при гликогенозах, холестерина при атеросклерозе )

Апоптоз(программированная клеточная гибель). Апоптоз- это форма смерти клеток в результате реализации рецепторно- опосредованных механизмов самоуничтожения клетки.

Стадии апоптоза: Ограничение атопических клеток. Фрагментация. Фагоцитирование фрагментированных клеточных остатков.

Ультраструктурные признаки апоптоза. Клетки в состоянии апоптоза имеют ультраструктурные характеристики: Отсутствуют специализированные структуры клеточной поверхности (микроворсиноки, межклеточные контакты). Уменьшение размеров клетки в связи с конденсацией цитоплазматических органелл, изменения формы клетки. Часто клетка расщепляется на несколько апоптозных телец, каждое из которых имеет свой фрагмент ядра, ограниченный двухконтурной ядерной мембраной, и индивидуальный набор органелл.

Ультраструктурные признаки апоптоза. Сохранность и интегративность органелл, прежде всего митохондрий. При этом имеется аггрегация рибосом в полукристаллоидные структуры, появление пучков микрофиламентов под цитолеммой, расположенных параллельно мембране. Почти всегда наблюдается кратковременная дилятация гладкого эндоплазматического ретикулума с формированием пузырей, наполненных жидкостью, которая выводится из клетки. При сканирующей электронной микросокпии поверхность клетки приобретает кратерообразные впячивания.

Ультраструктурные признаки апоптоза. Конденсация ядерного хроматина под кариолеммой в виде полусфер и глыбок. В ядре обнаруживаются осмиофильные тельца, сформированные транскрипционными комплексами, поступающими из ядрышек. Ядро меняет свои размеры, становится исчерченным, фрагментируется, ядерные поры концентрируются только в месте, где не происходит маргинация хроматина. Клетка в состоянии апоптоза становится объектом фагоцитоза для соседних парнехиматозных и стромальных клеток и, прежде всего, для макрофагов. Фагоцитоз совершается настолько мнгновенно, что в условиях in vivo апоптозные клетки сохраняются лишь в течение пары минут, что затрудняет их контроль и изучение.

Морфологические признаки апоптоза. В отличие от некроза речь идёт всегда об изменениях в отдельных клетках!!!

Некроз. Патологическая форма гибели клетки, происходящей в результате воздействия на структуры клетки экстремальных факторов: гипоксии, бактериальной и вирусной инфекции, высокой и низкой температуры, радиации. Некроз (патологическая анатомия)-это разрушение (гибель) клеток в живом организме, при этом жизнедеятельность их полностью прекращается.

Некроз. Стадии некроза: Паранекроз- подобные некротическим, но обратимые изменения. Некробиоз-необратимые дистрофические изменения, характеризующиеся преобладанием катаболических реакций над анаболическими. Смерть клетки. Аутолиз.

Структурные изменения клетки при некрозе. Изменения ядра: ядро сморщивается,при этом происходит конденсация хроматина-кариопикноз, распадается на глабки-кариорексис, и растворяется- кариолизис. В цитоплазме происходит: денатурация и коагуляция белков, сменяемая обычно колликвацией, ультраструктуры ее погибают. Коагуляция завершается плазморексисом-распадом цитоплазмы на глыбки. Затем происходит гидролитическое расплавление цитоплазмы- плазмолизис. (в основе процесса- активация гидролитических ферментов лизосом).

Классификация. В зависимости от причины выделяют: Травматический (отморожение, ожог), токсический (действие кислот,щелочей,токсинов), трофоневротический (при нарушении нервной трофики тканей),иммунопатологический (феномен Артюса),сосудистый некроз (инфаркт).

Клинико-морфологические формы некроза. Коагуляционный некроз (сухой)- некроз мышц при инфекциях(брюшной тиф), травме; творожистый некроз (туберкулез, сифилис); фибриноидный некроз (иммунопатологические заболевания). Колликвационный некроз (влажный)- ишемический инфаркт головного мозга. Гангрена-некроз тканей, соприкасающихся с внешней средой. Секвестр- участок мертвой ткани, который не подвергается аутолизу, не замещается соединительной тканью и свободно располагается среди живых тканей. (остеомиелит). Инфаркт-это сосудистый некроз. Следствие и крайнее выражение ишемии.

ПризнакАпоптозНекроз РаспространенностьОдиночная клеткаГруппа клеток (соседние клетки повреждаются ферментами лизосом, ПОЛ). ИндукцияАктивируется физиологическими/или патологическими стимулами. Различная в зависимости от повреждающего фактора. Биохимические измененияЭнергозависимая фрагментация ДНК эндогенными эндонуклеазами Лизосомы интактные. Нарушение или прекращение ионного обмена. Из лизосом высвобождаются ферменты. Распад ДНКВнутриядерная конденсация с расщеплением на фрагменты. (рестриктазы). Диффузная локализация в некротизированной клетке. Целостность клеточной мембраныСохранена.Нарушена. МорфологияСморщивание клеток и фрагментация. Набухание и лизис клеток Воспалительный ответНет.Обычно есть. Удаление погибших клетокФагоцитоз соседними клетками.Фагоцитоз нейтрофилами и макрофагами.

Морфологические признаки повреждения клеток. Набухание (универсальный признак). Изменения структуры митохондрий (набухание, вакуолизация, гомогенизация крист). Изменения размеров и формы ядра. (маргинация хроматина, разрывы ядерной оболочки). Повреждение ЭР (расширение канальцев, образование вакуолей, разрывы мембран канальцев и их фрагментация). Разрушение полисом (уменьшение числа рибосом и нарушение их связи с мембранами). Повреждение мембран лизосом===выход и активация лизосомальных ферментов.

Дистрофия(морфологическое выражение нарушения метаболизма клеток) Это сложный патологический процесс, в основе которого лежит нарушение тканевого (клеточного) метаболизма, ведущее к структурным изменениям. (Патологическая анатомия. Струков.)

Механизмы дистрофий. Инфильтрация- это избыточное проникновение продуктов обмена из крови и лимфы в клетки или межклеточное вещество с последующим их накоплением, в связи с недостаточностью ферментных систем, метаболизирующих эти продукты. ( Инфильтрация холестерином и липопротеинами интимы артерий при атеросклерозе.)

Механизмы дистрофий. Декомпозиция (фанероз)- это распад ультраструктур клеток и межклеточного вещества, ведущий к нарушению тканевого (клеточного) метаболизма и накоплению продуктов нарушенного обмена в ткани (клетке). (Жировая дистрофия кардиомиоцитов при дифтерийной интоксикации, фибриноидное набухание соединительной ткани при ревматических болезнях).

Механизмы дистрофий. Извращенный синтез – это синтез в клетках или тканях веществ, не встречающихся в них в норме. ( Синтез белка- алкогольного гиалина гепатоцитом.)

Механизмы дистрофий. Трансформация- это образование продуктов одного вида обмена из общих исходных продуктов, которые идут на построение белков, жиров и углеводов. (Усиленная полимеризация глюкозы в гликоген).

Классификация дистрофий. В зависимости от преобладания морфологических изменений в специализированных элементах паренхимы или в строме и сосудах: паренхиматозные, стромально-сосудистые, смешанные. По преобладанию нарушений того или иного вида обмена: белковые, жировые, углеводные, минеральные. В зависимости от влияния генетических факторов: врожденные, приобретенные. По распространенности процесса: общие, местные.

Паренхиматозные дистрофии. Проявления нарушений обмена в высокоспециализированных в функциональном отношении клетках. -Диспротеинозы (паренхиматозные белковые дистрофии): гиалиново-капельная, гидропическая, роговая -Липидозы (паренхиматозные жировые дистрофии) - Паренхиматозные углеводные дистрофии.

Стромально-сосудистые дистрофии. Развиваются в результате нарушений обмена в соединительной ткани и выявляются в строме органов и стенке сосудов. - Диспротеинозы: мукоидное набухание, фибриноидное набухание, гиалиноз, амилоидоз. -Липидозы.(нарушение обмена нейтральных жиров, нарушение обмена холестерина и его эфиров). -Углеводные дистрофии. (нарушение обмена гликопротеинов и гликозаминогликанов). * Мукоидное, фибриноидное набухание и гиалиноз являются последовательными стадиями дезорганизации соединительной ткани!

Смешанные дистрофии. О смешанных дистрофиях говорят в том случае, когда морфологические проявления нарушенного метаболизма выявляются как в паренхиме, так и в строме, стенке сосудов органов и тканей. Они возникают при нарушениях обмена сложных белков- хромопротеидов, нуклеопротеидов и липопротеидов, а также минералов.

Функциональные признаки повреждения клеток. Снижение функциональной активности клеток. Повышение проницаемости мембраны клеток и внутриклеточных структур для макромолекул. Изменение клеточного метаболизма с резким усилением синтеза медиаторов воспаления и ответа острой фазы.

Функциональные признаки повреждения клеток. Изменение биохимических процессов: - Нарушение синтеза белка -Ацидоз цитоплазмы - Уменьшение содержания АТФ и увел. содерж. АДФ и АМФ. -Утечка калия из клетки и увел. содерж. внекл. калия. -Увеличение внутриклеточного содержания Са 2+ -Снижение МПП и изменение электрогенных св-в клеток. -Увеличение хемолюменисценции (act ПОЛ). -Гипергидратация (набухание клетки).

Механизмы повреждения клеток. Механизмы повреждения мембран клетки и внутриклеточных структур. Нарушение механизмов, контролирующих энергетическое обеспечение клетки. Нарушение механизмов, обеспечивающих пластическое обеспечение клетки и деятельность ядра. Механизмы повреждения рецепторного аппарата клетки и внутриклеточных механизмов регуляции ее функций.

Пути повреждения липидных компонентов клеточных мембран. Интенсификация ПОЛ. Активация мембраносвязанных фосфолипаз и гидролаз лизосом. Повреждение мембран амфифильными соединениями и детергентами. Растяжение и микроразрывы мембран в результате набухания клеток и их органелл. Повреждающее действие макромолекул и иммунных комплексов.

Перекисное окисление липидов. Прооксиданты:нафтохиноны, витамины А и Д, восстановители (НАДФН,НАДН, липоевая кислота, низкие конентрации аскорбновой кислоты, эндоперекиси простагландинов, продукты метаболизма лейкотриенов, адреналина, ионы металлов с переменной валентностью.) Антиоксиданты: токоферол, СОД, каталаза, восстановленный глютатион.

ПОЛ.

Последствия ПОЛ. Изменение физико-химических свойств липидной фазы мембран===нарушение конформации липопротеидных комплексов и активности рецепторных белков, трансмембранного переноса ионов и молекул, а также структурной целостности биомембран. Прямое повреждение белковых молекул, выполняющих структурную и ферментные функции. Образование простейших каналов, в результате внедрения гидроперекисей липидов===неконтролируемый ток ионов и воды.

Механизмы действия антиоксидантов. Ферментативные антиоксиданты. Антиоксидантные системы (водорастворимые витамины (С, рутин, кверцитин, аскорутин); жирорастворимые витамины (А, Р-каротин, Е, К); другие соединения - серосодержащие аминокислоты, глютатион, цистеин, метионин, цитохром С, пировиноградная кислота, церулоплазмин, хелаты, селен

Ферментативные антиоксиданты. Супероксиддисмутаза- работает в цитоплазме клеток, в митохондриях. Каталаза- в цитоплазме, митохондриях. Глютатионпероксидаза – в митохондриях Антиоксиданты-ферменты переводят в биологических реакциях активные формы кислорода в перекись водорода и менее агрессивные радикалы, а затем уже их преобразуют в воду и обычный кислород.

Антиоксиданты-витамины. Антиоксиданты-витамины уничтожают агрессивные радикалы, забирают избыток энергии, тормозят процесс цепной реакции образования новых радикалов, причем лучше они проявляют себя, если применяются совместно, поддерживая друг друга (например, витамин Е с витамином С действует активнее).

Токоферол.

Глютатион (окисленная форма).

Глютатион. Под действием фермента- глютатион- редуктазы на окисленный глютатион происходит распад молекулы на 2 части восстановленного глютатиона!

Глютатион (восстановленный).

Глютатион. Восстановительными свойствами обладает SH- группа восстановленного глютатиона. В результате реакции с окислителем (например с пероксидным радикалом) глютатион отдает атом водорода своей SH-группы!

Действие ферментных антиоксидантных систем.