Перекисное окисление липидов как причина повреждения мембран

Избыток кислорода может привести к неблагоприятным последствиям для клеток нашего организма. Одно из таковых – образование свободных радикалов, повреждающих клеточные структуры, не в последнюю очередь мембранные структуры клетки. Впрочем, увеличенное образование свободных радикалов в организме и связанное с этим усиление процессов пероксидации липидов (которое иногда называют оксидативным стрессом) могут происходить не только из-за избытка кислорода, но и большого числа иных причин. Так или иначе, оксидативный стресс сопровождается нарушениями в свойствах биологических мембран и функционировании клеток. Наиболее изучены три прямых следствия перекисного окисления липидов.

Первый результат – перекисное окисление липидов сопровождается окислением тиоловых (сульфгидрильных) групп мембранных белков. Так, например, связанное с перекисным окислением липидов окисление белков и образование белковых агрегатов в хрусталике глаза заканчиваются его помутнением. Этот процесс играет важную роль в развитии старческой и других видов катаракты у человека. Окисление тиоловых групп приводит к появлению дефектов в мембранах клеток и митохондрий. Под действием разности электрических потенциалов на мембранах через такие поры в клетки входят ионы натрия, а в митохондрии – ионы калия. В результате происходят увеличение осмотического давления внутри клеток и митохондрий и их набухание. Это приводит к еще большему повреждению мембран. Значительную роль в патологии клетки играет также инактивация ион-транспортных ферментов, например Ca²⁺ -АТФаз, в активный центр которых входят тиоловые группы. Инактивация Ca²⁺-АТФазы приводит к замедлению «откачивания» ионов кальция из клетки и одновременно к ускорению входа кальция в клетку. Это сопровождается увеличением внутриклеточной концентрации ионов кальция и повреждением клетки.

Второй результат перекисного окисления липидов связан с тем, что продукты такого окисления обладают способностью непосредственно увеличивать ионную проницаемость липидного слоя. Так, показано, что продукты перекисного окисления липидов делают липидную фазу мембран проницаемой для ионов водорода и кальция. Это приводит к тому, что митохондрии теряют способность к синтезу АТФ и клетка оказывается в условиях энергетического голода. Одновременно в цитоплазму выходят ионы кальция, которые повреждают клеточные структуры.

Третий (возможно, самый важный) результат перекисного окисления липидов – это уменьшение стабильности липидного слоя, что может привести к электрическому пробою мембраны под действием разности потенциалов, которую сама мембрана и создает.