Методическое пособие Патологическая физиология сердечно-сосудистой системы - файл n1.doc

приобрести
Методическое пособие Патологическая физиология сердечно-сосудистой системы
скачать (1630 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc1630kb.08.07.2012 01:19скачать

n1.doc

1   2   3   4   5

6. Баланс ХС в клетке



Из приведенных выше данных видно, что большую часть ХС организма (около 100 г) составляет ХС клеточных мембран. Мембранный ХС, наряду с фосфолипидами и белками, обеспечивает регуляцию микровязкости липидного бислоя мембраны, что определяет такие ее функции как избирательная проницаемость, активность ферментов и рецепторов, характер межклеточных взаимодействий, некоторые механические свойства (эластичность и деформируемость) и т.д. В связи с тем, что микровязкость липидного бислоя клеточных мембран теплокровных животных представляет собой достаточно жестко регулируемый параметр, содержание ХС в мембране должно быть также стабильно, оно может варьировать в лишь незначительных пределах. Избыток ХС в мембране приводит к нарушению важнейших функций мембраны, и, в конечном итоге, к гибели клетки. Таким образом, в клетке существуют механизмы, обеспечивающие поддержание определенного стабильного содержания ХС в мембране и в клетке.

Баланс ХС в клетке (за исключением эритроцитов, гепатоцитов, клеток коры надпочечников и половых желез) складывается в результате следующих основных процессов.

Поступление ХС:

  1. Синтез ХС;

  2. Поступление ХС в клетку в составе липопротеинов низкой плотности (ЛПНП);


Расход ХС:

  1. Образование новых клеточных мембран (процессы пролиферации, регенерации, репарации);

  2. Удаления неиспользованного ХС с помощью ЛПВП.


Примечание. В норме процессы синтеза и поступления ХС уравновешены с процессами его утилизации и удаления. Если процессы 1+2  3+4, то происходит внутриклеточное накопление ХС в виде его эфиров (ЭХС), что позволяет избежать повышения содержания ХС в мембране. При необходимости (например, при активации клеточного деления) внутриклеточные запасы ЭХС могут быть гидролизованы, а свободный ХС может использоваться клеткой. Однако этот своеобразный механизм, защищающий мембрану от избытка ХС, обладает очень ограниченной емкостью. Чрезмерное накопление ЭХС в клетке приводит к нарушению ее структуры и функций (например, макрофаг, содержащий в цитоплазме большое количество ЭХС, морфологически идентифицируется как «пенистая клетка»); в конечном итоге такая клетка погибает.

Таким образом, депонирование ЭХС представляет собой лишь кратковременный способ утилизации избытка поступающего в клетку ХС.

С другой стороны, сумма процессов 1+2=const , т.е. является некоей постоянной величиной. Если возрастает поступление ХС извне (2) , то внутриклеточный синтез ХС (1) тормозится, и наоборот. Механизмы такого рода отрицательной обратной связи будут рассмотрены ниже.

Рассмотрим более подробно процессы синтеза ХС, а также его поступления и удаления с участием ЛП плазмы крови.

Синтез ХС

Синтез ХС – многостадийный процесс, в котором участвуют не менее 25 ферментов. Однако с практической точки зрения, синтез ХС можно разделить на 3 основные стадии: 1 – синтез мевалоновой кислоты, 2 – образование сквалена из мевалоновой кислоты и 3 – циклизация сквалена и образование ХС.

Реакцией, регулирующей скорость биосинтеза ХС в целом, является восстановление гидроксиметилглутарил-КоА (ГМГ-КоА) в мевалоновую кислоту, катализируемое ГМГ-КоА-редуктазой. Этот фермент подвержен ряду регуляторных влияний. В частности, установлено, что скорость синтеза редуктазы имеет четкий циркадианный ритм: максимум ее приходится на полночь, минимум – на утренние часы. Активность этого фермента возрастает при введении инсулина, гипофизэктомии, действии ионизирующей радиациии, что приводит к усилению синтеза ХС и повышению уровня ХС в крови. Напротив, подавление синтеза ХС при голодании, введении глюкагона, глюкокортикоидов и больших доз никотиновой кислоты обусловлено угнетением редуктазы. Наиболее интересен факт, что сам ХС регулирует собственный синтез по принципу обратной связи путем снижения активности ГМГ-КоА-редуктазы (см. схему 1.)

Схема 1.

АЦЕТИЛ-КоА … ГМГ-КоА-РЕДУКТАЗА … МЕВАЛОНОВАЯ КИСЛОТА



 …


 СКВАЛЕН




 …



ХОЛЕСТЕРИН

       

Предполагается, что сам ХС или продукты его окисления, действуя на уровне ДНК, могут угнетать синтез редуктазы или индуцировать синтез ферментов, разрушающих ее. И в первом, и во втором случае скорость образования мевалоновой кислоты, осуществляемая ГМГ-КоА-редуктазой, значительно снижается, что, в свою очередь, приводит к угнетению синтеза ХС.

Примечание.В последние годы в ряде стран успешно завершился поиск фармакологических ингибиторов ГМГ-КоА-редуктазы, способных ингибировать процесс синтеза ХС в клетки. Такими соединениями оказались так называемые «статины» (ловастатин, симвастатин, правастатин) – антибиотики, синтезируемые рядом грибов, которые структурно сходны с лактоном мевалоновой кислоты. Статины эффективно снижают синтез ХС в клетках, что приводит к понижению его уровня в крови, а также к ускорению катаболизма ЛПНП. Селективные ингибиторы синтеза ХС обладают следующими особенностями действия: 1) в условиях блокады синтеза собственного ХС клетки переходят на режим перераспределения и утилизации ХС ЛП плазмы крови; 2) поскольку синтез ХС и его внутриклеточная концентрация являются главными регуляторами (ингибиторами) синтеза ЛПНП-рецепторов, то снижение синтеза и содержания ХС в клетке под действием статинов приводит к резкой стимуляции синтеза и увеличения активности ЛПНП-рецепторов, что ускоряет рецептор-опосредованный захват и катаболизм ЛПНП. Эффект стимуляции синтеза рецепторов может достигать 200%, т.е. даже одна нормальная аллель гена ЛПНП-рецептора в клетках гетерозигот с семейной гиперхолестеринемией, может производить нормальное количество ЛПНП-рецепторов. Это дало повод назвать ловастатин и его аналоги «волшебным» лекарством для лечения гетерозигот с семейной гиперхолестеринемией.
Поступление ХС в клетку в составе ЛПНП
Механизм транспорта ХС в составе ЛПНП посредством рецептор-опосредуемого эндоцитоза известен благодаря блестящим работам M.Brown и J.Goldstein, за которые они в 1985 г. получили Нобелевскую премию. В 1973-1975 гг. M.Brown и J.Goldstein показали, что фибробласты кожи, гладкомышечные клетки (ГМК) артерий и лимфоциты человека имеют на своей мембране специфические рецепторы белковой природы, способные связывать ЛПНП. Процесс взаимодействия ЛПНП-частицы с рецептором характеризуется высокой чувствительностью и специфичностью. Один рецептор связывает одну частицу ЛПНП, а общее число рецепторов на одной клетке колеблется от 15 до 70 тысяч. Взаимодействие ЛПНП с рецептором происходит в области специальных образований мембраны, получивших название окаймленных ямок. В этих ямках в присутствии ЛПНП происходит концентрирование рецепторов с участием мембранного белка клатрина.

После связывания ЛПНП с рецепторами окаймленные ямки впячиваются внутрь клетки и отрываются от мембраны, образуя эндоцитозные везикулы. В результате слияния везикул с внутриклеточными гладкими везикулами образуются эндосомы, в которых лиганд-рецепторный комплекс диссоциирует. В дальнейшем эндосомы, поглотившие ЛПНП-частицы, сливаются с лизосомами, где и происходит деградация ЛПНП.

Освободившиеся рецепторы возвращаются и вновь встраиваются в плазматическую мембрану. Время рециклизации рецептора – около 20 минут, период жизни – 1-2 суток. За это время рецептор совершает до 150 циклов, не подвергаясь деградации.





Рис. 2. Структура частицы ЛПНП. Центральное ядро частицы содержит примерно 1500 молекул ЭХС и 300 молекул триглицеридов (ТГ) (на рисунке не показаны). Наружная оболочка содержит около 800 молекул фосфолипидов (ФЛ), 500 молекул свободного ХС и одну большую молекулу апопротеина В-100 (лиганда для апо-В,Е-рецептора). (По J. Goldstein, M. Brown, 1984).


Структура ЛПНП-рецептора
К настоящему времени структура ЛПНП-рецептора (апо- В, Е-рецептора) достаточно хорошо изучена. Лигандами данного типа рецепторов являются апопротеины В и Е ЛПНП. (см. рис.2). Рецептор представляет собой одноцепочечный гликопротеид с ММ 164 кДа; изоэлектрическая точка изолированного рецептора равна 4,6, что свидетельствует о большой концентрации отрицательных зарядов в его молекуле. Белковая часть рецептора синтезируется первоначально в эндоплазматической сети как предшественник, который затем превращается в зрелую форму в аппарате Гольджи, присоединяя сиаловую кислоту и галактозу. В целом рецептор состоит из 839 аминокислот (ак), не считая сигнального гидрофобного участка из 21 ак на аминотерминальном конце, который отщепляется от основной цепи при встраивании рецептора в мембрану и не присутствует в его зрелой форме.

В рецепторе различают 5 структурных доменов (рис.3), имеющих различный аминокислотный состав и выполняющих различные функции.



-лиганд-связывающий участок


-участок, гомологичный ЭФР
-участок гликолизирования

-участок фиксации к мембране
-внутриклеточный участок


Рис.3. Структура апо-В, Е-рецептора (По J. Goldstein, M. Brown, 1984).

Наружный участок или первый домен (292 ак со стороны аминотерминального конца) выполняет функцию связи с лигандом. Особенностью этого домена является его насыщенность цистеином. В пределах этого участка различают 7 гомологичных повторов, каждый из которых содержит по 6 цистеиновых остатков, соединенных между собой дисульфидными связями. На С-конце каждого повтора содержится высококонсервативная аминокислотная последовательность, обогащенная отрицательно заряженными аминокислотами. Наибольшей консервативностью отличается триплет Ser-Asp-Glu. Эта последовательность, по мнению ряда авторов, имеет ведущее значение для связывания лиганда (апо-В,Е), несущего на поверхности положительный заряд за счет большого числа аргининовых и лизиновых остатков.

Второй домен (400 ак) содержит три цистеинбогатых повтора. По структуре он близок эпидермальному фактору роста (ЭФР). Этот домен необходим для придания правильной пространственной ориентации лиганд-связывающему участку рецептора.

Третий домен (58 ак). На этом участке происходит гликозилирование рецептора после его транспорта к наружной мембране.

Четвертый домен (22 ак) осуществляет фиксацию рецептора к мембране.

Последний, пятый домен (50 ак) приходится на С-концевую часть и локализован на цитоплазматической поверхности мембраны. Этот домен обеспечивает направленный внутриклеточный транспорт рецептора, связавшего ЛП-частицу. Он содержит высококонсервативную последовательность Asn-Pro-Tyr, которая служит сигналом для кластеризации молекул рецептора в области окаймленных ямок и их последующего эндоцитоза.


Функции ЛПНП-рецептора:



Взаимодействие ЛПНП с апо-В, Е-рецептором
Рецепторный захват и последующий лизосомальный гидролиз ЛПНП приводит к распаду всех его составляющих. ЭХС ЛПНП (холестерил-линолеат) под действием лизосомальных гидролаз расщепляется до свободного ХС и жирных кислот. В отличие от других компонентов ЛНПН (белка, ФЛ или ТГ), выполняющих пластическую и энергетическую функции, свободный ХС оказывает на клетку многостороннее регуляторное влияние (см. рис. 4), в частности:

  1. угнетается активность ГМГ-КоА-редуктазы (т.е. тормозится синтез собственного ХС);

  2. повышается активность ацил-КоА-холестерин-ацилтрансферазы (АХАТ) – фермента, осуществляющего внутриклеточную эстерификацию ХС с образованием холестерил-олеата (для депонирования ХС в клетке);

  3. подавляется синтез новых молекул ЛПНП-рецептора, и, таким образом, снижается рецепторный захват других частиц ЛНПН и дальнейшее поступление ХС в клетку.

Предполагается, что свободный ХС или его оксипроизводные действуют непосредственно на участки ДНК, ответственные за синтез соответствующих ферментов.

Таким образом, все эти процессы, развивающиеся в результате рецепторного захвата ЛПНП, осуществляют весьма тонкую и точную регуляцию постоянства содержания ХС в клетке. Благодаря механизму отрицательной обратной связи они обеспечивают поддержание баланса между внутриклеточным синтезом ХС и поступлением ХС извне. Так, избыточное поступление ХС в составе ЛПНП тормозит синтез собственного стерина, а в случае уменьшения доставки ХС внутриклеточный синтез ХС значительно активизируется.

Захват ЛПНП при участии ЛПНП-рецептора типичен для клеток паренхиматозного и соединительнотканного типа. По подсчетам J. Goldstein и M. Brown путем рецептор-опосредуемого захвата у здорового человека за сутки из плазмы крови удаляется около 1 г ХС ЛПНП.

Необходимо подчеркнуть, что рецептор-опосредуемый эндоцитоз ЛПНП обеспечивает не только внутриклеточный баланс ХС, но и поддержание нормального уровня ХС и ЛПНП в крови, препятствуя тем самым развитию атеросклероза.





Рис.4. Схема захвата и деградации ЛПНП в фибробластах с участием ЛПНП-рецепторов (По J. Goldstein, M. Brown, 1984).
Нарушения лиганд-рецепторного (ЛПНП-апо-В,Е-рецептор) взаимодействия
При недостаточности лиганд-рецепторного взаимодействия развивается гиперхолестеринемия и гипербета-липопротеинемия (II тип ДЛП), для которых характерно быстрое прогрессирование атеросклероза.

Наиболее ярко это проявляется при наследственной семейной гиперхолестеринемии. (Частота обнаружения гетерозиготной формы в популяциях составляет 1 на 500 человек). Особенно тяжелые и ранние формы коронарного атеросклероза (смерть в возрасте до 30 лет от инфаркта миокарда) характерны для гомозиготного II типа ДЛП. При недостаточности ЛПНП-рецепторов не только повышается уровень ЛПНП в крови, но и продлевается время циркуляции этих ЛП (в норме период полураспада ЛПНП 2 1/2 сут., у гетерозиготов - 4 1/2 сут. и у гомозиготов – 6 сут.), что способствует образованию измененных, модифицированных форм ЛПНП, обладающих высокой атерогенностью (см. далее).

Во всех странах мира выявлены сотни больных с семейной гиперхолестеринемией, которая обусловлена весьма разнообразной нозологией генетических дефектов ЛПНП-рецептора. Результатом этих мутаций является нарушение нормального лиганд-рецепторного взаимодействия в результате либо количественных (отсутствие или дефицит), либо качественных (нарушение функции) изменений молекул как рецептора, так и лиганда (апо-В).
Все многообразие мутаций в гене рецептора ЛПНП (по их влиянию на функционирование указанного рецептора) подразделяют на 5 основных классов.

Первую разновидность составляют мутации, при наличии которых не образуется рецепторный белок. Это так называемые нуль-аллели. Клетки таких больных не имеют ЛПНП – рецепторов.

Мутации второго класса приводят к замедленному транспорту рецепторного белка из эндоплазматического ретикулума (места его синтеза) к мембране клетки. Дефектный белок имеет неправильную пространственную укладку полипептидной цепи и не достигает аппарата Гольджи, разрушаясь в эндоплазматическом ретикулуме.

При мутациях третьего класса рецептор нормально синтезируется и транспортируется на клеточную поверхность, но он обладает пониженной способностью связывать лиганд (ЛПНП). Чаще всего эта мутация обусловлена делецией, которая удаляет первый и второй повторы из лигандсвязывающего домена гена рецептора ЛПНП.

Как уже указывалось, для взаимодействия рецептора с ЛПНП необходимо нормальное функционирование не только лигандсвязывающего домена, но и соседнего с ним домена, который влияет на пространственную ориентацию первого. При нарушении структуры второго домена также понижается способность рецептора связывать ЛПНП.

Для мутаций четвертого класса характерно образование дефектного рецептора, который не обладает способностью формировать кластеры в окаймленных клатрином ямках, что препятствует поступлению внутрь клетки связанных с рецепторами ЛПНП. В эту группу входят, в частности, мутации, в результате которых происходит синтез укороченного рецептора без цитоплазматического и трансмембранного доменов. Это препятствует его удержанию на клеточной поверхности и способствует секреции рецептора из клетки.

Как известно, цикл превращений рецептора внутри клетки заканчивается отделением его от лиганда в кислой среде эндосом и возвращением на клеточную поверхность.
1   2   3   4   5


6. Баланс ХС в клетке
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации