Механизмы защиты клетки от повреждения

Министерство  здравоохранения и социального  развития Российской Федерации 
ГБОУ ВПО «Иркутский государственный медицинский университет» 
Кафедра патологии с курсом клинической иммунологии и аллергологии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Механизмы защиты клетки от повреждения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат подготовил :  студент фарм.фак-та 
204 гр 
Кульченко Федор 
Реферат проверил: Непомнящих С.Ф.

 

 

 

 

 

 

 

 

Иркутск,2013г

Содержание

1. Введение
2. Общие механизмы повреждения клетки
3. Механизмы защиты и адаптации клетки к повреждению
4. Заключение. 
   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

     Живая клетка - это тот универсальный уровень  биосистем, на котором все разнообразие функций, присущих организмам любой сложности, проявляется в минимальном количестве связей и отклонений. Клетка  как  целостная система осуществляет свою деятельность в среде, обеспечивающей ее существование и функционирование, перестраивая,  организовывая  свои  элементы - субклеточные единицы различного уровня -  в  зависимости  от характеристик среды.  Важно подчеркнуть, что функции субклеточных органелл не строго детерминированы, поэтому они  могут участвовать в  различных внутриклеточных процессах.  Главной функцией клетки является существление обмена со средой  веществом, энергией  и  информацией,  что подчинено в конечном  счете задаче сохранения клетки как целого при изменении  условий существования.

     От нарушения  элементарных структур клетки  и их  функций к патологии клетки как элементарной саморегулирующейся живой системе и  к  патологии клеточных образований,  объединенных конечной функцией - таков путь познания  структурной  основы патологии человека.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

              Общие механизмы повреждения клеток

     На уровне  клетки повреждающие факторы  "включают"  несколько патогенетических звеньев:

     I. 2 нарушение  энергетического  обеспечения   процессов, 

2протекающих в клетке:

     1. Снижение  интенсивности и(или) эффективности  процессов ресинтеза АТФ.

     2. Нарушение  транспорта энергии АТФ.

     3. Нарушение  использования энергии АТФ.

     II.  повреждение мембранного аппарата и ферментных  систем клетки;

     III. дисбаланс ионов и жидкости в клетке;

     IV. нарушение  генетической программы клетки и(или) механизмов ее реализации:

     А. Нарушение  генетической программы:

        1.Изменение биохимической структуры генов.

        2.Дерепрессия патогенных генов.

        3.Репрессия "жизненно важных" генов.

        4.Внедрение в геном фрагмента чужеродной ДНК с патогенными свойствами.

     Б. Нарушение  реализации генетической программы:

        1.Расстройство митоза.

        2.Нарушение мейоза.

     В. 2 расстройство  внутриклеточных механизмов  регуляции 

2функции клеток:

     1. Нарушение  рецепции регуляторных воздействий.

     2. Нарушение  образования вторичных посредников.

     3. Нарушение  фосфорилирования протеинкиназ.

     Повреждение  клеток  может быть специфическим и неспецифическим. По существу, каждое повреждение вызывается нарушением структуры  и функции клеток тем или иным болезнетворным началом. Поэтому специфическое проявление повреждения на любом уровне  прямо или косвенно связано с особенностями действия этиологического фактора, вызывающего данное повреждение.Специфические формы  повреждения можно усмотреть при анализе любого его вида. Например, при механической травме - это нарушение целостности структуры ткани, при иммунном гемолизе  -  изменение свойств мембраны эритроцитов под влиянием гемолизина и комплемента, радиационное повреждение - образование  свободных  радикалов с последующим нарушением окислительных процессов.  Подобных примеров можно  привести  очень много.

     Специфическим  повреждениям  клеток сопутствуют или следуют за ними и общие неспецифические проявления повреждения, на которых мы остановимся более подробно.

      Первым и наиболее общим неспецифическим выражением повреждения клетки, вызванного любым агентом,является нарушение неравновесного состояния клетки и среды,  что является общей характеристикой всего живого, независимо от уровня его организации.  Организм обладает массой приспособлений,  питаемых энергией пищевых веществ,  с помощью которых он поддерживает состояние,  препятствующее уравновешиванию диффузионных, осмотических,  тепловых,  электрических процессов с окружающей средой.  Полное  прекращение жизни - смерть характеризуется, как известно, постепенным прекращением неравновесного состояния  и переходом его в состояние полного равновесия с окружающей средой. 
      С энергетической точки зрения,  повреждение как нарушение неравновесного  состояния  живой  системы сопровождается высвобождения дополнительной энергии в виде тепловой, электрической  (потенциал повреждения),  химической (снижение редокс-потенциала) и так называемой структурной энергии клеток и тканей.

     Структурная  энергия освобождается при денатурации структур цитоплазмы и клеточных  органоидов. Денатурация -повреждение молекул белка,  имеет много показателей,  такие,

как величина энтропии, степень  упорядоченности молекул.

     Этот процесс  в химическом смысле сопровождается сглаживанием, исчезновением третичной и четвертичной структур белка, расплавлением полипептидных цепей, изменением активности

сульфгидрильных групп  и т.д.

    

      

 

Механизмы защиты

и адаптации клеток к повреждению

 

Действие на клетку патогенных факторов и развитие повреждения сопровождается активацией или включением реакция, направленный на устранение либо уменьшение степени повреждения и его последствий. Комплекс этих реакций обеспечивает приспособление клетки к изменившимся условиям ее жизнедеятельности. К числу основных приспособительных механизмов относят реакции компенсации, восстановления и замещения утраченных или поврежденных структур и нарушений функции, защиты клеток от действия патогенных агентов, а также регуляторное снижение их функциональной активности. Весь комплекс таких реакций условно можно разделить на две группы: внутриклеточные и внеклеточные (межклеточные).

К числу основных внутриклеточных механизмов компенсации  при повреждении можно отнести следующие.

1. Компенсация нарушений процесса энергетического обеспечения клеток.

Одним из способов компенсации нарушений энергетического обмена вследствие поражения митохондрий является интенсификация процесса гликолиза. Определенный вклад в компенсацию нарушений энергообеспечения внутриклеточных процессов при повреждении вносит активация ферментов транспорта и утилизация энергии АТФ (адениннуклеотидтрансфаразы, креатинфосфокиназы, АТФ-аз), а также снижение функциональной активности клетки. Последнее способствует уменьшению расхода АТФ.

2. Защита мембран и ферментов клеток.

Одним из механизмов защиты мембран и ферментов клеток является ограничение свободно-радикальных и перекисных реакций ферментами антиоксидантной защиты (супероксиддисмутазой, каталазой, глютатионпероксидазой). Другим механизмом защиты мембран и энзимов от повреждающего действия, в частности, ферментов лизосом, может быть активация буферных систем клетки. Это обуславливает уменьшение степени внутриклеточного ацидооза и, как следствие, избыточной гидролитической активности лизосомальных энзимов. Важную роль в защите мембран и ферментов клеток от повреждения играют ферменты микросом, обеспечивающие физико-химическую трансформацию патогенных агентов путем их окисления, восстановления, деметилирования и т.д. Альтерация клеток может сопровождаться дерепрессией генов и, как следствие, активацией процессов синтеза компонентов мембран (белков, липидов, углеводов) взамен поврежденных или утраченных.

3. Компенсация дисбаланса ионов и жидкости.

Компенсация дисбаланса содержания ионов в клетке может  быть достигнута путем активации механизмов энергетического обеспечения ионных “насосов”, а также защиты мембран и ферментов, принимающих участие в транспорте ионов. Определенную роль в снижении степени ионного дисбаланса имеет действие буферных систем. Активация внутриклеточных буферных систем (карбонатной, фосфатной, белковой) может способствовать восстановлению оптимальных соотношений ионов К⁺, Na⁺, Са₂⁺ других путем уменьшения содержания в клетке ионов водорода. Снижение степени дисбаланса ионов в свою очередь, может сопровождаться нормализацией содержания внутриклеточной жидкости.

4. Устранение нарушений в генетической программе клеток.

Повреждения участка  ДНК могут быть обнаружены и устранены  с участием ферментов репаративного  синтеза ДНК. Эти ферменты обнаруживают и удаляют измененный участок ДНК (эндонуклеазы и рестриктазы), синтезируют нормальный фрагмент нуклеиновой кислоты взамен удаленного (ДНК-полимеразы) и встраивают этот вновь синтезированный фрагмент на место удаленного (лигазы). Помимо этих сложных ферментных систем репарации ДНК в клетке имеются энзимы, устраняющие “мелкомасштабные” биохимические изменения в геноме. К их числу относятся деметилазы, удаляющие метильные группы, лигазы, устраняющие разрывы в цепях ДНК, возникающие под действием ионизирующего излучения или свободных радикалов.

5. Компенсация расстройств механизмов регуляции внутриклеточных процессов.

К такого рода реакциям относятся: изменение числа рецепторов гормонов, нейромедиаторов и других физиологически активных веществ на поверхности клетки, а также чувствительности рецепторов к этим веществам. Количество рецепторов может меняться благодаря тому, что молекулы их способны погружаться в мембрану или цитоплазму клетки и подниматься на ее поверхность. От числа и чувствительности рецепторов, воспринимающих регулирующие стимулы, в значительной мере зависит характер и выраженность ответа на них.

Избыток или  недостаток гормонов и нейромедиаторов  или их эффектов может быть скомпенсирован также на уровне вторых посредников – циклических нуклеотидов. Известно, что соотношение цАМФ и цГМФ изменяется не только в результате действия внеклеточных регуляторных стимулов, но и внутриклеточных факторов, в частности, фосфодиэстераз и ионов кальция. Нарушение реализации регулирующих влияний на клетку может компенсироваться и на уровне внутриклеточных метаболических процессов, поскольку многие из них протекают на основе регуляции интенсивности обмена веществ количеством продукта ферментной реакции (принцип положительной или отрицательной обратной связи).

6. Снижение функциональной активности клеток.

В результате снижения функциональной активности клеток обеспечивается уменьшение расходования энергии и  субстратов, необходимых для осуществления функции пластических процессов. В результате этого степень и масштаб повреждения клеток при действии патогенного фактора существенно снижаются, а после прекращения его действия отмечается более интенсивное и полное восстановление клеточных структур и их функций. К  числу главных механизмов, обеспечивающих временное понижение функции клеток, можно отнести уменьшение эфферентной импульсации от нервных центров, снижение числа или чувствительности рецепторов на поверхности клетки, внутриклеточное регуляторное подавление метаболических реакций, репрессию активности отдельных гормонов.

Приспособление клеток в условиях повреждения происходит не только на метаболическом и функциональном уровнях. Длительное повторное или значительное повреждение обусловливает существенные структурные перестройки в клетке, имеющие приспособительное значение. Они достигаются за счет процессов регенерации, гипертрофии, гиперплазии, гипотрофии.

7. Регенерация. (regeneratio – возрождение; восстановление) означает возмещение клеток и/или ее отдельных структурных элементов взамен погибших, поврежденных или закончивших свой жизненный цикл. Регенерация структур сопровождается восстановлением их функций. Выделяют так называемую клеточную и внутриклеточную (субклеточную) формы регенерации. Первая характеризуется размножением клеток путем митоза или амитоза. Внутриклеточная регенерация проявляется восстановлением органелл – митохондрий, ядра, эндоплазматической сети и других вместо поврежденных или погибших.
8. Гипертрофия (hyper – чрезмерно, увеличение, trophe – питаю) представляет собой увеличение объема и массы структурных элементов, в частности клеток. Гипертрофия неповрежденных органелл клетки компенсирует нарушение или недостаточность функций ее поврежденных элементов.
9. Гиперплазия (hyper – чрезмерно, plaseo – образую) характеризуется увеличением числа структурных элементов, в частности, органелл в клетке. Нередко в одной и той же клетке наблюдаются признаки  и гиперплазии и гипертрофии. Оба процесса обеспечивают не только компенсацию структурного дефекта, но и возможность повышенного функционирования клетки.

Межклеточные (внеклеточные) механизмы взаимодействия и приспособления клеток при их повреждении. В пределах тканей и органов клетки не разобщены. Они взаимодействуют друг с другом путем обмена метаболитами, физиологически активными веществами, ионами. В свою очередь взаимодействие клеток тканей и органов в организме в целом обеспечивается функционированием систем лимфо- и кровообращения, эндокринными, нервными и иммунными влияниями.