Пользовательский поиск

Внутриклеточные структуры, аккумулирующие кальций

Изменение параметров кальцийтранспортирующих систем дол­жно, очевидно, сопровождаться по крайней мере краткосрочным изменением концентрации ионов кальция в цитоплазме. Необходи­мость изучения особенностей регуляции транспорта кальция в эндоплазматическом ретикулуме и митохондриях печени обусловлена также данными о перераспределении кальция между этими структурами в процессе гормональной активации гепатоцитов.

Продолжение ниже

Рентген - виды, применение, опасности

... этот предел гораздо выше. Так как кости отличаются большим содержанием кальция (Z = 20) и высокой плотностью, в результате они ясно видны на медицинских ... ... мягких тканях. Среди примеров очень распространенный рентген грудной клетки, при помощи которого можно определять заболевания легких, такие ...

Читать дальше...

всё на эту тему


Данные по аккумуляции кальция эндоплазматическим ретикулумом печени немногочисленны. Было обнаружено, что поглоще­ние кальция эндоплазматическим ретикулумом на порядок увели­чивается при добавлении АТФ, достигая значений 30 нмоль/мг бел­ка за 30 минут (К0,5 для кальция = 5мкМ); при добавлении неорга­нического фосфата или оксалата кальцийаккумулирующая способ­ность увеличивалась соответственно в 2 и 10 раз.

Следует отметить, что подобный эффект оксалата был ранее описан для саркоплазматического ретикулума скелетной, сердечной и гладкой мускулатуры. Однако в отличие от этих систем сродство Са-насоса эндоплазматического ретикулума печени к Mg – АТФ примерно на порядок меньше (К0,5 = 500мкМ). Судя по отсутствию влияния рутениевого красного на транс­порт кальция в эндоплазматическом ретикулуме печени, получен­ная мембранная фракция не содержит существенной примеси мито­хондрий. Однако по непонятным причинам скорость аккумуляции 45Са этой фракцией уменьшается на 70-80% после добавления калиевого или протонного ионофора. Для эндоплазматического ретикулума печени отсутствуют также данные о природе фосфорилированного интермедиата, субстратной специфичности, возможности регуляции цАМФ- и кальмодулинзависимыми протеинкиназами.

Было обнаружено, что при внутрибрюшинном введении глюкагона или инсулина или при предварительной перфузии печени эти­ми соединениями максимальная скорость аккумуляции кальция эндоплазматическим ретикулумом увеличивается соответственно на 40% и уменьшается на 20%. При определении активности Са-АТФазы ретикулума влияния глюкагона и инсулина как на максимальную активность, так и на сродство к ионам кальция не обнаружено. В связи с этим было сделано предположение, что указанные выше гормоны изменяют эффективность сопряжения гидролиза АТФ Са-АТФазой с функционированием Са-насоса. Сле­дует, однако, отметить, что при определении АТФазной активности в этой работе был использован комплексон ЭГТА (1мМ), что привело к 5-кратному увеличению сродства системы к ионам каль­ция. Можно предположить, что ЭГТА, модифицируя кальциевый насос ретикулума, устраняет его чувствительность к действию глю­кагона и инсулина.

Как и в случае других тканей, кальцийаккумулирующая способ­ность митохондрий печени обусловлена переносчиком, локализован­ным на внутренней мембране органелл и осуществляющим противоградиентный транспорт ионов кальция из цитоплазмы в матрикс по механизму электрофореза. Энергетической основой для работы этого переносчика служит электрический потенциал, дости­гающий в интактных митохондриях значения —180мВ. Уменьше­ние абсолютной величины потенциала до нуля с помощью разоб­щителей окислительного фосфорилирования или совместного вве­дения ингибиторов переноса электронов (CN-, антимицин, ротенон и др.) и АТФазной реакции (олигомицина) полностью приостанав­ливает захват 45Са органеллами.

Вход кальция в митохондрии ингибируется также рутениевым красным без существенного влияния на электрический потенциал митохондрий. По крайней мере в случае гепа­тоцитов рутениевый красный можно считать наиболее селективным ингибитором, так как на Са-АТФазу плазматических мембран он влияет при концентрации около 10-8М. Влияние рутениевого крас­ного на аккумуляцию кальция эндоплазматическим ретикулумом печени не обнаружено. Сродство переносчика к ионам кальция в митохондриях варьирует в широких пределах, что, очевидно, связано с условиями эксперимен­тов (присутствие ионов магния, АТФ, ортофосфата, кальциевого хелатора). Так, например, при введении в среду инкубации 0,1мМ ЭГТА сродство кальцийтранспортирующей системы митохондрий печени к ионам кальция увеличивается на порядок.

В соответствии с уравнением Нернста (и при условии, что су­ществует только описанная выше система транспорта кальция) при потенциале на внутренней мембране органелл — 180мВ и при кон­центрации ионов кальция в цитоплазме от 0,1 до 1,0мкМ концент­рация ионов кальция в матриксе митохондрий должна составлять 0,1-1М, что по крайней мере на два порядка выше, чем наблюдается в эксперименте. В связи с этим следует предположить наличие в митохондриях систем, обеспечивающих выход кальция из органелл.

В настоящее время в качестве таких систем рассматриваются системы натрий- и протонзависимого выхода ионов кальция. Обе эти системы не зависят от рутениевого красного, что дает основа­ние говорить о том, что механизм входа и выхода кальция из ми­тохондрий принципиально различны. Существование натрийзависимого механизма выхода кальция показано для мито­хондрий миокарда, головного мозга, скелетной мускулатуры, над­почечников. В митохондриях печени скорость этого процесса примерно на два порядка меньше и несколько уве­личивается только после понижения концентрации ионов кальция с помощью ЭГТА.

В этой связи роль основного механизма выхода кальция из ми­тохондрий печени отводится электронейтральному кальцийпротонному (Са2+/2Н+) обмену. Показано, что эффективность это­го процесса увеличивается по мере увеличения окисленности пиридиновых нуклеотидов (уменьшение соотношения НАДФН/НАДФ). В качестве окисляющего агента в этих экспериментах ис­пользовали ацетоацетат. Предполагается, что влияние уровня окис­ленности пиридиновых нуклеотидов на транспорт кальция в митохондриях опосредовано через состояние тиоловых групп в мембра­не.

Каковы возможные пути вовлечения кальцийтранспортирующей системы митохондрий в регуляцию гормональной чувствительности клеток? В 1974г. в лаборатории Борля было показано, что добав­ление цАМФ к митохондриям различных тканей вызывает увеличе­ние скорости выхода 45Са. Однако впоследствии эти наблюдения подтверждены не были. Установлено небольшое увеличение скорости выхода 45Са из митохондрий печени при действии цАМФ, но эти наблюдения получены в среде, где в качестве субстрата окислительного фосфорилирования использовали не сукцинат, а пальмитоил-коэнзим А и эффект цАМФ связан, по-видимому, с влия­нием на соотношение окисленных и восстановленных форм пириди­новых нуклеотидов. Возможность изменения соотношения НАДН/НАД в митохондриях печени в ответ на активацию аденилатциклазы показана на примере глюкагона. После предварительной инку­бации гепатоцитов с этим гормоном показано увеличение соотноше­ния гидроксибутират/ацетоацетат в гомогенате клеток.

В последнее время появилось сообщение о том, что при предынкубации гепатоцитов с бета-агонистами, глюкагоном или дибутирил-цАМФ существенно увеличивается скорость натрийзависимого вы­хода 45Са из митохондрий. В этой связи можно предположить, что отсутствие значительного влияния цАМФ на скорость выхода 45Са из митохондрий в опытах на бесклеточных системах связано с потерей в процессе выделения органелл некоего лабильного фактора.

Выход ионов кальция из митохондрий может быть также инду­цирован добавлением жирных кислот (особенно полиненасыщенных), и в использованных концентрациях их действие непосред­ственно не связано с разобщением дыхания и окислительного фосфорилирования. Этот эффект, очевидно, следует учитывать, если активация фосфолипазы А является одним из звеньев механиз­ма проведения гормонального возбуждения. Еще больший эффект на кальцийаккумулирующую способность внутриклеточных структур оказывают простагландины, которые рассматриваются некоторыми авторами как кальциевые ионофоры.

Следует также отметить, что, проникая в митохондрии, кальций при достаточной его концентрации способен образовывать преципитирующие комплексы с АТФ и неорганическим фосфатом, понижая тем самым концентрацию свобод­ного кальция в матриксе. Поэтому внутриклеточная концентрация АТФ и ортофосфата, определяемая эффективностью работы орто­фосфатногидроксильного переносчика и адениннуклеотидтранслоказы, может существенно модифицировать соотноше­ние скоростей входа и выхода кальция в органеллах.

При действии альфа-агонистов на гепато­циты происходит изменение содержания ионов кальция в митохонд­риях. При исследовании скоростей входа и выхода 45Са в митохонд­риях после перфузии печени с альфа-агонистами были получены следую­щие результаты. Уже через 1 минуту перфузии печени с фенилэфрином наблюдаются увеличение скорости поглощения 45Са митохондриями, примерно двукратное увеличение времени полуудержания “Са в присутствии ортофосфата и 30%-ное уменьшение содержания обще­го кальция в митохондриях; через 6 минут эти эффекты исчезали. По­добное действие оказывала перфузия с адреналином, причем эффект адреналина снимал альфа-, но не бета-антагонист. Подобные эффекты да­вал и глюкагон, но при этом время перфузии было в 2-3 раза больше, чем в случае альфа-агонистов. Показано также, что после воз­действия альфа-агонистов в митохондриях печени наблюдается умень­шение скорости выхода 45Са, индуцированного введением ЭГТА.

Получены данные о 50%-ном уменьшении содержания АДФ и общих адениновых нуклеотидов, а также о снижении скорости окис­ления НАДФН, индуцированного ацетоацетатом, в митохондриях печени после воздействия фенилэфрина. В этой связи можно предположить, что в основе изменения скоростей входа и выхода кальция в митохондриях печени после воздействия альфа-агонистов ле­жат изменения скоростей переноса нуклеотидов адениннуклеотидтранслоказой и уровня окисленности пиридиновых нуклеотидов.

Более детальный анализ состояния систем, контролирующих ско­рость выхода кальция из митохондрий печени после воздействия альфа-агонистов, был проведен Коллом с соавторами. В этой ра­боте исследовали зависимость скорости выхода ионов кальция от его концентрации в матриксе. После воздействия фенилэфрина сродство этой кальцийтранспортирующей системы увеличивалось в 2 раза без изменения максимальной скорости. Влияние глюкагона обнаружено не было. Не обнаружено также влияния глюкагона на стационарный уровень свободного кальция, который могут поддерживать митохондрии печени in vitro.

Известно, что адреналэктомия приводит к понижению гормо­нальной чувствительности жировой ткани к действию как адрена­лина, так и других гормонов, активирующих аденилатциклазу; эффект адреналэктомии устраняется после дальнейшей терапии глюкокортикоидами. В случае гепатоцитов ситуация сложнее: адреналэктомия приводит к уменьшению чувствительности к глю­когону, увеличению чувствительности к действию адреналина, опо­средованного через бета-рецепторы и к уменьшению чувствительности к альфа-рецепторному пути. Чувствительность к вазопрессину и А23187 не изменяется. Так как соотношение альфа- и бета-рецепторов после адреналэктомии не изменяется, можно предположить, что внутри­клеточный кальций выполняет роль связующего звена в системе взаимоотношения регуляции углеводного метаболизма печени глюкокортикоидами и катехоламинами. В самом деле, еще в середине 60-х годов обнаружено, что при воздействии стероидных гормонов изменяется кальцийаккумулирующая способность митохондрий. Так, например, при введении животным дексаметазона скорость поглощения кальция митохондриями печени в присутствии АТФ и ортофосфата уменьшалась в 2 раза, а время полуудер­жания 45Са в присутствии ортофосфата, но в отсутствие АТФ уве­личивалось в 3-4 раза.

Остается, однако, открытым вопрос о механизме передачи сиг­нала с рецепторов стероидных гормонов на кальцийтранспортирую­щие системы митохондрий печени. Известно, что эффекты глюкокортикоидных гормонов и инсулина на аккумуляцию кальция митохондриями устраняются при одновременном введении циклогексимида. Вероятно, в этих случаях процесс передачи сигнала опосредован через регуляцию белкового синтеза на стадии транс­ляции.

К настоящему времени твердо установлено, что в гепатоцитах внутриклеточный кальций выполняет роль посредника в проведении гормонального возбуждения от альфа-рецепторов и рецепторов некото­рых пептидов (антиотензина II, вазопрессина) на фермент-испол­нитель. Накоплено достаточно данных и о возможности регуляции ионами кальция чувствительности гепатоцитов к действию бета-агони­стов и других активаторов аденилатциклазы.

Однако в большинстве случаев конкретные механизмы сопряже­ния активации клеток печени и изменения внутриклеточного рас­пределения кальция остаются неизвестными. Во многом это обус­ловлено тем положением, что в отличие от клеток возбудимых тка­ней механизмы функционирования кальцийтранспортирующих си­стем печени мало изучены. Так, например, остается открытым во­прос о системе, контролирующей скорость поступления кальция в клетку и о возможности ее гормональной регуляции.

Несмотря на обширную литературу о взаимоотношении актива­ции альфа-рецепторов и фосфоинозитидного эффекта, до сих пор отсут­ствуют однозначные данные о наличии в плазматической мембране гепатоцитов гормонзависимых Са-каналов. В самом деле, экспери­менты на изолированных клетках, где в ответ на активацию альфа-рецепторов зарегистрировано изменение скоростей входа или выхода Са, можно интерпретировать как в терминах изменения проницае­мости плазматической мембраны, так и в терминах перераспределе­ния кальция между внутриклеточными пулами. В той же мере изме­нение содержания кальция в митохондриях и эндоплазматическом ретикулуме после гормонального возбуждения может быть след­ствием изменения концентрации ионов кальция в цитоплазме. Если же высвобождение кальция из внутриклеточных пулов является непосредственной причиной увеличения его концентрации в цитоплаз­ме, то совершенно не ясна природа посредника, передающего сигнал от рецептора на митохондрии или ретикулум. В ряде случаев (на­пример, при перфузии печени с глюкогоном) увеличение максимальной скорости Са-насоса эндоплазматического ретикулума не про­слеживается, если в перфузат введен циклогексимид. Можно предположить, что в этом случае сигнал передается регуляторной субъ­единицей протеинкиназы. Однако инерционность этого процесса делает его малоприемлемым для объяснения проведения возбуждения от альфа-рецепторов в общем случае.

Не ясно также в принципе, в какой мере модификация кальцийтранспортирующих систем внутриклеточных мембран гепатоцитов может отразиться на концентрации ионов кальция в цитоплазме. Так, например, добавление блокатора транспорта кальция в мито­хондрии — рутениевого красного — абсолютно не влияет ни на ки­нетику поглощения 45Са гепатоцитами, ни на концентрацию ионов кальция в цитоплазме. В отличие от клеток нервной ткани кинетика поглощения 45Са гепатоцитами также мало зависит от присутствия олигомицина и антимицина А.

Очевидно, для решения всех этих вопросов, кроме детального изучения особенностей функционирования кальцийтранспортирующих систем мембран гепатоцитов, необходим поиск новых методи­ческих подходов. Один из таких подходов был недавно разработан в лаборатории Тсайна, где синтезировано соединение, позволяющее следить за концентрацией свободного кальция в цитоплазме. В отличие от описанного выше метода регистрации нулевой точки, данный метод обладает хорошим временным разрешением и позволяет проводить эксперименты при физиологической концентра­ции ионов кальция в среде инкубации. Этим методом показано, что уже в первые 1-2 секунды после воздействия альфа-агонистов и через 3-4 секунды после воздействия вазопрессина или ангиотензина II концентрация ионов кальция в цитоплазме гепатоцитов увеличивается в 3 раза. Этот эффект не устранялся, если за несколько секунд до введения агентов резко понизить концентрацию ионов кальция в среде инку­бации с помощью ЭГТА. Эти данные позволяют считать наиболее актуальными для решения рассматриваемой проблемы рабо­ты, направленные на выяснение природы посредника, передающего сигнал от альфа-рецепторов или рецепторов пептидных гормонов к си­стемам, вызывающим высвобождение кальция из внутриклеточных пулов.




© Авторы и рецензенты: редакционный коллектив оздоровительного портала "На здоровье!". Все права защищены.


 
Текст сообщения*
Защита от автоматических сообщений
Загрузить изображение
 

nazdor.ru
На здоровье!
Беременность | Лечение | Энциклопедия | Статьи | Врачи и клиники | Сообщество


О проектеКарта сайта β На здоровье! © 2008—2015
nazdor.ru, nazdor.com
Контакты Наш устав

Рекомендации и мнения, опубликованные на сайте, являются справочными или популярными и предоставляются широкому кругу читателей для обсуждения. Указанная информация не заменяет квалифицированную медицинскую помощь, основанную на истории болезни и результатах диагностики. Обязательно проконсультируйтесь с врачом.

Размещенные на сайте информационные материалы, включая статьи, могут содержать информацию, предназначенную для пользователей старше 18 лет согласно Федеральному закону №436-ФЗ от 29.12.2010 года "О защите детей от информации, причиняющей вред их здоровью и развитию".