Мембранотропные эффекты. Типы мембранотропности ксенобиотиков

Говоря о мембранотропном действии (мембранотропном эффекте) какого-либо вещества, имеют в виду прямую или косвенную (опосредованную) модификацию мембранных структур, вызываемую соответствующими соединениями, и наступающие в результате этого изменения свойств биологической мембраны, прежде всего ее транспортных характеристик.

Прежде чем говорить о типах мембранотропности ксенобиотиков, следует отметить следующее:

• Часто при обсуждении биологической активности химических соединений используется термин «специфическое» или «неспецифическое» действие.

• Соединения, вызывающие изменение характеристик биологических мембран, можно разделить на вещества

ü прямого мембранотропного действия

ü агенты, действующие опосредованно через вмешательство в цитоплазматический метаболизм или иным косвенным путем.

Однако очень часто регистрируемый мембранотропный эффект оказывается результатом и прямого, и косвенного действия химического агента на мембрану;

• только немногие соединения действуют строго избирательно лишь на один «чувствительный» центр связывания; но наступающая за этим реакция мембраны почти всегда носит сложный характер.

• Влияние агента на мембрану редко ограничивается изменением какого-то одного структурного элемента, функции или одной регистрируемой характеристики.

Схематически выделяют следующие типы мембранотропности ксенобиотиков:

1) мембранная рецепция (прямой мембранотропность). Она считатся доказанной, если установлено, что

– вещество не проникает внутрь клетки, а избирательно накапливается в мембранах или специфически связывается;

– если эффекты отсутствуют в бесклеточных системах, которые не содержат мембранной фракции.

2) стимуляция или угнетение биосинтетических процессов, протекающих в мембранах. Под этим подразумевается изменение (первичное или опосредованное) активности мембранных ферментов, скорости синтеза мембранных белков, липидов и т.д.;

3) изменения барьерно-транспортных свойств мембраны. Мембранотропность может быть прямой и опосредованной;

4) функциональное взаимодействие с веществами, действие которых на уровне мембран можно считать установленным.

При рассмотрении всякого экзогенного влияния ксенобиотика на биологический объект предполагается, что молекулы эффектора сначала связываются с некими центрами сродства на мембране, инициируя тем самым определенную реакцию клетки (организма).

Анализ этого процесса можно разделить на три части:

1. установление характера и локализация центров связывания;
2. оценка сродства к ним эффектора;
3. исследование развития реакции объекта на образование комплексов центров связывания с молекулами эффектора.

Влияние ксенобиотиков на физико-химические свойства цитоплазмы и транспортные функции мембраны

1) Вязкость — свойство, присущее жидкостям, обладающим внутренней структурой.

В физике вязкость жидкости определяют как сопротивление передвижению одного ее слоя относительно другого. Поэтому вязкость часто называют внутренним трением.

Основное вещество цитоплазмы — цитозоль содержит систему микрофиламентов. Крупные молекулы — белки и РНК — образуют коллоидный раствор, который может быть золем (невязким) или гелем (вязким).

Взаимодействие гидратированных ионов ксенобиотиков с заряженными белковыми молекулами цитоплазмы может вызывать переходы золя в гель и обратно.

Катионы, имеющие поливалентный заряд, сильнее притягиваются к заряженной коллоидной частице по сравнению с одновалентными.

Поэтому

а) если катион ксенобиотика поливалентен, то коллоидной частицы теряет часть гидратной воды и цитоплазма превращается в вязкую гелеобразную массу;

б) если катион ксенобиотика одновалентен, то из-за слабого притяжения гидратные оболочки белка и иона сливаются и цитоплазма оводняется, превращаясь в жидкий раствор — золь.

2) Движение цитоплазмы.Скорость движения цитоплазмы (СДЦ) варьируется от нескольких микрометров в секунду до десятков и зависит от условий окружающей среды (свет, температур, рН) и от присутствия ксенобиотиков.

Индуцируемое химическими агентами движение цитоплазмы получило название хемодинеза.

Заметное влияние на СДЦ оказывают ксенобиотики, подавляющие обмен веществ у живых организмов

Изоэлектрическая точка цитоплазмы (ИЭТ).

Все амфолиты способны проявлять свойства и кислот и оснований, т.е. способны образовывать и положительные и отрицательные ионы.

В живых организмах важнейшими амфолитами являются аминокислоты, пептиды, белки, т.к. они имеют группы −NH₂ и −СООН.

Кислые группы в щелочной среде теряя протон, становятся отрицательно заряженными СОО⁻ (+Н⁺), а основная группа, в кислой среде присоединяя протон, становится положительно заряженной (NH₂ + Н⁺ −−> NH₃⁺).

Ионные группы определяют электрические свойства белковых молекул.

Заряд белковой молекулы равен сумме зарядов ионных групп.

При определенном значении рН образуется одинаковое количество положительных и отрицательных зарядов, т.е. сумма их равна 0, белок становится нейтральным.

Значение рН, при котором белок имеет минимальный электрический заряд называют изоэлектрической точкой (ИЭТ).

В растворе с рН, равном ИЭТ, белок не движется ни к одному из полюсов, тогда как в кислой среде он перемещается к катоду, а в щелочной — к аноду.

Это явление называеют электрофорезом. Электрофорез широко используется для разделения белков.

Каждый белок имеет строго определенную величину ИЭТ.

Так, величина рН изоэлектрической точки сывороточного альбумина составляет 4,6-4,7, сывороточного глобулина — 5,4, протамина — 10-12.

В ИЭТ белок имеет минимальное значение вязкости, растворимости, степени гидратации, осмотического давления и электропроводности.

Различные ксенобиотики, имеющие кислотные или щелочные свойства, способны сдвигать величину рН в ту или иную сторону и тем самым изменять ИЭТ цитоплазмы.

4) Влияние ксенобиотиков на проницаемость мембран.

ü Химические соединения, вызывающие структурные перестройки в мембранах, могут изменять условия для диффузии других соединений.

ü Вещества, способные воздействовать на переносчики, могут влиять на транспорт соединений, которые переносятся через биологические мембраны.

ü Активный перенос может ингибироваться также соединениями, нарушающими сопряжение между транспортной системой и источником энергии.

Определение адсорбции

Многие ксенобиотики действуют непосредственно, адсорбируясь на клеточной поверхности (мембране).

Адсорбирующая поверхность в клетке может на несколько порядков превышать объем.

Белки и крупные молекулы в растворе находятся в коллоидном состоянии и обеспечивают огромную поверхность для адсорбции.

Например, площадь поверхности белков, содержащихся в 1 см³ сыворотки крови человека, составляет 100 м².

Рассматривая явление адсорбции, следует учитывать:

1) что физико-химические характеристики веществ после их адсорбции отличаются от их свойств в растворе;

2) говоря об адсорбции вещества, подразумевают, что оно обратимо концентрируется на поверхности;

3) адсорбция определяется суммой всех химических связей, образующихся между молекулами или молекулами и поверхностью;

4) процесс адсорбции обусловлен теми же типами связей (в особенности ван-дер-ваальсовыми, водородными и ионными), что и химические реакции, происходящие во всем объеме вещества.

5) особенности, определяющие количественные различия между реакциями, протекающими на поверхности и в растворе:

ü на поверхности создается стопроцентная концентрация вещества. Поскольку адсорбируемое вещество обладает ничтожной растворимостью, то при такой его концентрации вероятность химического взаимодействия значительно возрастает;

ü поверхность характеризуется наличием ненасыщенных валентностей, которые в твердом веществе затрачиваются на связывание друг с другом составляющих его атомов.

ü На молекулу, которая адсорбируется из раствора на поверхности, действуют силы, стремящиеся возвратить ее в раствор.

Мерой способности вещества возвращаться в среду, т.е. деадсорбироваться, является его растворимость.

Адсорбцию подразделяют на неспецифическую и специфическую.

Неспецифическая адсорбция характерна для веществ амфифильной природы, имеющих концевую гидрофильную группу, связанную с относительно большим гидрофобным остатком.

Такие вещества занимают любую доступную им поверхность независимо от химической природы и физических свойств.

В сосуде, содержащем мыльный раствор, мыло накапливается на поверхностях раздела воздух-вода и стекло—вода, а так же оно адсорбируется на любых предметах, погруженных в мыльный раствор.

Специфическая адсорбция свойственна гидрофобным веществам, которые стремятся разместиться на поверхности, имеющей химически комплементарный характер.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: