3. Активация мембранных фосфолипаз.

В клетках содержатся фосфолипазы А1, 2, С, Д. Фосфолипазы присутствуют практически во всех мембранных структурах клетки, включая митохондрии лизосомы. Они катализируют гидролиз фосфолипидов, входящих в состав клеточных мембран. Наиболее изученными являются фосфолипазы А2, основная функция в удалении из мембран поврежденных фосфолипидов путем высвобождения жирных кислот, подвергавшихся пероксидации.

Фосфолипазы А2 являются Ca2+- и кальмодулинзависимыми ферментами и, следовательно, чувствительными к повышению концентрации кальция в цитоплазме. В мембранах фосфолипазы обычно находятся в малоактивном состоянии, поскольку

активируются ионами кальция и ингибируются ионами магния, в то время как в цитоплазме поддерживается низкая концентрация кальция (10-7М и менее) и содержится относительно много ионов магния (около 10-3М). Увеличение проницаемости

плазматической мембраны при повреждении клетки или, в некоторых клетках, при открывании кальциевых каналов, равно как и выключение ионных насосов за счет недостатка энергии в клетке, приводит к увеличению концентрации кальция в цитоплазме. Повышение его концентрации до 10-6

М следует считать нормальным механизмом кальциевой регуляции внутриклеточных процессов, так как кальций является вторичным посредником при действии многих

гормонов и медиаторов.

Умеренная активация фосфолипазы А2 - также нормальное физиологическое явление, поскольку служит первым звеном в цепи образования физиологически активных

производных арахидоновой кислоты. Однако чрезмерное увеличение концентрации ионов кальция в цитоплазме и активация фосфолипазы приводят к усилению разрушения

фосфолипидов мембран, потере мембранами их барьерных свойств и нарушению функционирования клеточных органелл и клетки в целом.

4. Адсорбция на бислое полиэлектролитов

• В липидном бислое появляется жирорастворимое вещество, способное связывать ионы (подвижный переносчик) ионофорный антибиотик валиномицин, водорастворимые продукты перекисного окисления липидов.

• Встраивание веществ с образованием канала через мембрану

грамицидин А и полимиксин, продукты перекисного окисления липидов в присутствии кальция,

продукты расщепления фосфолипидов (в частности, кардиолипина) фосфолипазой А2.

• Снижение электрической прочности липидного слоя мембран - «электрическийо пробой».

Электрический пробой – универсальный механизм повреждения клетки – общее название различных по физической природе процессов, приводящих к резкому (лавинообразному) возрастанию силы тока в среде, исходно не (или очень слабо) электропроводной. В основе электр. пробоя лежит зарождение в липидном бислое дефектов – пор (дыр).

33. Причины, патогенез и последствия нарушений матричной (структурной) функций плазматической мембраны клеток.

Липидный слой цитоплазматической и внутриклеточных мембран выполняет две основные функции – барьерную и матричную (структурную). Повреждение барьера приводит к нарушению регуляции внутриклеточных процессов и тяжелым расстройствам кл ф-й.

Врожденные (наследственные):

• генетические мембранопатии

• генетические энзимопатии

Приобретенные:

• гипоксия

• механические и физические факторы

• химические вещества и лекарства

• микроорганизмы

• факторы иммунной системы

• спонтанные мутации (следствие метаболизма, ошибок репликации и ДНК-репарации)

• дисбаланс питания

По патогенезу:

• Насильственное — в случае действия на исходно здоровую клетку факторов, интенсивность которых превышает обычные возмущающие воздействия, к которым клетка адаптирована.

• Цитопатическое — в случае действия на клетку с первичными нарушениями естественных стимулов, которые в конкретных условиях становятся повреждающими.

Общий патогенез повреждения

Повреждающий агент ↓
Мишень ↓ ↓
Молекулы: НК, белки, липиды, углеводы ↓	Органеллы ↓
Повреждение мишени ↓	Выключение мишени ↓
Гибель клетки

Типовые проявления повреждения клеток:

• Ядро – Хромосомные аберрации

• Рибосомы и полисомы – Нарушение синтеза белка

• Лизосомы – Ферментативное расщепление субклеточных структур (аутолизис)

• Цитоскелет (микротрубочки, микрофиламенты) – Изменения формы (выпячивания, пузыри), нарушения движения (хемотаксис), деления, секреции

• Митохондрии – Нарушение синтеза АТФ, депонирования кальция, набухание

• Плазматическая мембрана – Нарушение разделительной, соед-ой, контактной, транспортнОЙ и др. ф-ий

34. Основные формы гибели клетки – некроз, апоптоз, аутофагия. Виды некроза по этиологии и по типу реакций (коагуляционный и колликвационный). Признаки и механизмы апоптоза. Альтернативные формы генетически программированной клеточной смерти.

Гибель клетки – это конечный результат ее повреждения.

Основные типы клеточной гибели: некроз и апоптоз. + клеточное дифференцирование

Типы программируемой клеточной смерти:

1 тип — Апоптоз — клетка избавляется от «клеточного мусора» — поврежденных органелл и дефектных белков

2 тип — Аутофагия — физиологическая гибель клеток — активный, энергозависимый процесс саморазрушения клетки при действии физиологических и патологических стимулов

3 тип — Некроз — патологическая гибель клеток — энергозависимый процесс насильственного разрушения клетки при действии патологических стимулов

Некроз – это пат. форма гибели клетки вследствие ее необратимого химического или физического повреждения – это спектр морфологических изменений, в р-те разрушающего действия ферментов на поврежденную клетку.

• Развивается два конкурирующих процесса:

• ферментативное переваривание клетки (колликвационный, разжижающий некроз)

• денатурация белков (коагуляционный некроз).

• Для проявления требуется несколько часов • Генетически не контролируется

• Могут предшествовать периоды:

• Паранекроз – заметные, но обратимые изменения в клетке: помутнение цитоплазмы, вакуолизация.

• Некробиоз – состояние «между жизнью и смертью» – изменения в клетке, предшествующие ее смерти. При некробиозе в отличие от некроза возможно возвращение клетки в исходное сост. после устранения причины.

Виды некроза по этиологии: 1.Травматический ( обморожения, хим. Ожоги) 2. Токсический ( ЛС, бактериальные токсины) 3. Трофоневротический ( нарушения иннервации , длительное сдавливание ) 4. Сосудистый ( инфаркт) 5. Аллергический ( гуморальные и клеточные факторы иммунной системы)

Виды некроза по типу реакции: 1. Колликвационный ( влажный – ферментативное переваривание) – в тканях с высокой активностью гидролитических ферментов и большим содержанием воды

2. Коагуляционный ( сухой – коагуляция белка) – в тканях с низкой активностью гидролитических ферментов и низким содержанием воды .

Признаки некроза (некробиоза):

•набухание клетки, •гидролиз и денатурация (коагуляция) цитоплазматических белков, •разрушение плазматической и внутриклеточных мембран, •высвобождение ферментов лизосом, •выход внутриклеточного содержимого в межклеточное пространство

Апоптоз – это генетически контролируемая физиологическая форма гибели клетки. Биологическое значение апоптоза заключается в поддержании внутреннего гомеостаза организма на клеточном, тканевом и системном уровнях.

 Признаки апоптоза:

•сжатие клетки, •уплотнение плазматической мембраны, •конденсация ядерного хроматина, •фрагментация ядра и цитоплазмы → апоптозные тельца Ключевые (ядерные) признаки апоптоза

•конденсация ядерного хроматина •фрагментация ДНК (ядра)

Апоптоз ответствен за многочисленные физиологические и патологические процессы в организме: 1. Программированное разрушение клеток на стадии эмбриогенеза (автономный апоптоз). • Морфогенетический апоптоз – участвует в разрушении различных тканевых зачатков, что обеспечивается:

1) гибелью клеток в межпальцевых промежутках – развитие синдактилии;

2) гибелью клеток «избыточного» эпителия при слиянии нёбных отростков, когда формируется твердое нёбо – расщепление твердого неба;

3) гибелью клеток в дорсальной части нервной трубки во время смыкания, что необходимо для достижения единства эпителия двух сторон нервной трубки и связанной с ними мезодермы – приводит к развитию spina bifida. • Гистогенетический апоптоз – при дифференцировке тканей и органов (при гормонально-зависимой дифференцировке половых органов из тканевых зачатков (клетки Сертоли в яичках плода синтезируют гормон, вызывающий апоптозом регрессию протоков Мюллера) .

• Филогенетический апоптоз – участвует в удалении рудиментарных структур у эмбриона (пронефроса). 2. Гормонозависимая инволюция органов у взрослых (отторжение клеток эндометрия во время менструального цикла, атрезия фолликулов в яичниках в менопаузе, регрессия молочной железы после прекращения лактации). 3. Стабилизация численности клеток и их популяций в активно пролиферирующих тканях (клеток эпителия кишечника, крови и иммунной системы; удаление стареющих клеток, прошедших свой жизненный цикл). 4. Элиминация части опухолевых клеток во время спонтанной регрессии опухолей. 5. Гибель клеток иммунной системы (В- и Т-лимфоцитов) при гипосекреции цитокинов, аутореактивных Т-клеток в тимусе - при их клональной делеции. 6. Патологическая атрофия гормонозависимых органов (атрофия предстательной железы после кастрации; истощение лимфоцитов в тимусе на фоне терапии глюкокортикоидами). 7. Пат. атрофия паренхим. органов после обтурации выводящих протоков (в поджел. и слюн. железах, почках). 8. Гибель клеток, вызванная действием цитотоксических Т-лимфоцитов (при отторжении трансплантата и болезни «трансплантат против хозяина»). 9. Элиминация клеток, инфицированных вирусами (при вирусном гепатите фрагменты апоптотических клеток обнаруживаются в печени в виде телец Каунсильмана). 10. Элиминация поврежденных клеток при действии химических и физических факторов (выс. и низк. температура, ион. излучение, противоопухолевые препараты и др. в дозе, недостаточной для развития некроза).

РАЗВИТИЕ АПОПТОЗА 1. Конденсация хроматина с формированием скоплений (в виде ленты, комочков), прилежащих к ядерной мембране (маргинация хроматина), и появление вдавлений ядерной мембраны, приводящих к фрагментации ядра (кариорексису) и образованию апоптотических телец – внеклеточных фрагментов ядра, окруженных мембраной. 2. В цитоплазме происходит конденсация и сморщивание гранул. Клеточная мембрана утрачивает ворсинчатость, образует пузыревидные вздутия, на ней экспрессируются различные молекулы, распознаваемые фагоцитами. 3. От поверхности апоптотической клетки отщепляются небольшие везикулы, наполненные содержимым цитоплазмы (митохондрии, рибосомы и др.) и окруженные мембранным липидным бислоем. Клетка постепенно уменьшается в объеме, округляется и теряет межклеточные контакты. 4. Апоптотические клетки и их фрагменты (апоптотические тельца, везикулы) поглощаются макрофагами, нейтрофилами и другими соседними клетками, не являющимися «профессиональными» фагоцитами. 5. В результате эндоцитоза содержимое апоптотических клеток не выделяется в межклеточное пространство, как это происходит при некрозе, при котором вокруг гибнущих клеток скапливаются их активные внутриклеточные компоненты, включая энзимы, закисляется среда, что способствует повреждению соседних клеток и развитию воспалительной реакции, т.е. апоптоз одиночной клетки не отражается на ее окружении. Стадии развития апоптоза: сигнальная (индукторная), эффекторная и деградации (деструкция).

Пусковые факторы апоптоза: Внешние (внеклеточные) факторы, внутриклеточные сигналы. Сигнал воспринимается клеткой → последовательно передается молекулам-посредникам (мессенджерам) различного порядка → достигает ядра, где происходит включение программы клеточного «самоубийства». 

Дифференциальные признаки некроза и апоптоза

Признаки	Некроз	Апоптоз
Пусковой фактор	Разрушение мембр. под действием пат. стимулов	Деградация ДНК под д-ем физиол. и пат. стимулов
Распространенность	Группа клеток	Одиночная клетка
Биохим. изменения в клетке	Активация лизосомальных ферментов	Активация эндонуклеаз, фрагментирующих ДНК
Энергозависимость	Нет	Есть
Целостность ЦПМ и внутриклеточных мембраны	Нарушена	Сохранена
Морфологические изменения клетки	Увеличение размеров клетки, разрыхление мембраны, набухания цитоплазмы, митохондрий, лизис ядра и гранул.	Увеличение размеров клетки, уплотнение и вздутие мембраны, кариопикноз, кариорексис, маргинация хроматина, конденсация и уплотнение гранул
Воспалительный ответ	Есть	Нет
Элиминация гибнущей клетки	Лизис клетки, фагоцитоз	Фрагментация клетки, поглощение фрагментов клетки (мембр. везикул, апоптотических телец) соседними клетками и фагоцитами.

МЕХАНИЗМЫ РЕАЛИЗАЦИИ АПОПТОЗА: 1) Рецепторный. Осуществляется с помощью «рецепторов смерти» при активирующем взаим-ии с соответ-ми лигандами, большинство из которых относится к суперсемейству фактора некроза опухолей. Взаим-е рецептора с лигандом приводит к активации адапторных белков, ассоциированных с «доменами смерти»

Рецептор смерти (R) + Лиганд (L) ↓

Активация адаптерных белков → «домен смерти» Активация каспаз (протеаз) и эндонуклеаз ↓

Фрагментация ДНК

2) Митохондриальный. Участие митохондрий в апоптозе обеспечивается присутствием в их матриксе и межмембранном пространстве большого кол-ва био-активных в-в (цитохрома С (Cyt С); прокаспаз 2, 3, 9; апоптозиндуцирующего фактора (AIF), обладающих выраженным апоптогенным действием. Фактор активации апоптоза – выход данных в-в в цитоплазму при снижении трансмембранного потенциала митохондрий вследствие открытия гигантских митохондриальных пор (выполняют роль Ca2 +-, рН-, потенциал-, НАДФ2Н/НАДФ+- и редоксзависимых каналов) и повышения проницаемости митохондриальных мембран. К раскрытию пор приводят истощение в клетках восстановленного глутатиона, НАДФН, АТФ и АДФ, образование активных форм кислорода, разобщение окислительного фосфорилирования, увеличение содержания Ca2 + в цитоплазме

3) р53-опосредованный. p53 - многофункциональный белок, играющий важную роль в мониторинге сигналов о сост. клетки, целостности ее генома, активности систем ДНК-репарации. Повреждение ДНК ведет к накоплению белка р53 в клетке. Это определяет остановку клеточного цикла в фазах G1 и G2, предотвращает репликацию, активирует синтез и репарацию ДНК⇒ создает условия для восстановления нативной структуры ДНК, препятствует появлению мутантных и анеуплоидных клеток в организме.

4) Перфорин-гранзимовый. Цитотоксические Т-лимфоциты (Т-киллеры) вызывают апоптоз клеток-мишеней (например, инфицированных клеток) с помощью белка перфорина. Полимеризуясь, перфорин образует в цитоплазматической мембране клетки мишени трансмембранные каналы, по которым внутрь клетки поступают секретируемые Т-киллером гранзимы (фрагментины) - смесь сериновых протеаз. Основной компонент этой смеси – гранзим В - протеолитический фермент, активирующий каспазу 3. Примеры заболевания, связанные с угнетением/усилением апоптоза:

Заболевания, связанные с угнетением апоптоза	Заболевания, связанные с усилением апоптоза
Опухолевые заболевания: Фолликулярная лимфома Карциномы с мутацией гена р53 Гормонально-зависимые опухоли Рак молочной железы Рак предстательной железы Рак яичников Аутоиммунные заболевания: Системная красная волчанка Ревматоидный артрит Вирусные инфекции, вызванные: Вирусами группы герпеса Аденовирусами Поксовирусами	Нейродегенеративные заболевания: Б.Альцгеймера Б.Паркинсона Боковой амиотрофический склероз Пигментный ретинит Хорея Гентингтона Мозжечковые дегенерации Токсические заболевания печени Гипо- и апластическая анемия Миелодисплазии: Рефрактерные анемии Хрон. миеломоноцитарный лейкоз

Важную роль в процессе передачи апоптогенного сигнала и регуляции апоптоза играют следующие внутриклеточные факторы (мессенджеры):

•  концентрация ионов Ca (Ca2+ активирует сериновые и цистеиновые протеазы, Ca2+/Mg2+-зависимую эндонуклеазу); •  протеинкиназы А (медиатор апоптоза) и С (ингибитор апоптоза); •  церамид (стимулирует киназы, фосфатазы); •  активные формы кислорода (обусловливают снижение трансмембранного потенциала митохондрий, увеличение внутриклеточной концентрации Ca2+, образование цАМФ); •  монооксид азота (опосредует изменение экспрессии р53, открытие гигантских пор в митохондриях и снижение митохондриального потенциала).

 

 

Морфологические отличия аутофагии от апоптоза:

Наличие многочисленных везикул и вакуолей, содержащих лизируемые компоненты клетки

 параптоз – околоядерный апоптоз – характеризуется набуханием ЭПР и митохондрий клетки при отсутствии ключевых признаков апоптоза.

Альтернативные формы генетически программируемой клеточной гибели: ( нет ключевых признаков апоптоза; конденсация хроматина и фрагментация ДНК)

 «Митотическая катастрофа» –гибель клетки в результате грубых нарушений митоза –характеризуется образованием микроядер при отсутствии ключевых признаков апоптоза.

• аноикис – гибель клетки в результате утраты клеточно-матриксных взаимодействий.

• сенессенс– гибель клетки вследствие старения, т.е.при утрате способности отвечать на действие стимулов. (проявляется уплощением клетки, повышенной гранулярносью ЦПМ, гиперэкспрессией антимитотического фактора p53)

• нетоз – вид программируемой клеточной гибели нейтрофилов. - запускается ферментами ( оксидазы) при активации рецепторов ( toll-loke к патогенам, Fc к АГ) - клетки выбрасывают нити ДНК - суицидальный нетоз