Виды мембранотропных эффектов. Типы мембранотропности.

Говоря о мембранотропном действии 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 транспортных характеристик. Часто при обсуждении биологической активности химических соединений используется термин «специфическое» или «неспецифическое» действие. Смысл, вкладываемый в это определение различными исследователями, неодинаков. Ясно, что все мыслимые химические соединения можно подразделить на присущие данному организму эн-догенные продукты (а также имитирующие их в функциональном смысле соединения) и на «посторонние» по своей химической природе вещества. Такая классификация не предполагает, очевидно, существования вполне четкой границы между двумя группами веществ, однакоона прочно укоренилась в сознании большинства физиологов, токси-кологов, фармакологов.Отнесение каждого вещества к той или иной группе основано в этом случае на «функциональной» аналогии, а не на сходстве структу-ры молекул эндогенного соединения и аналога, часто далеко не оче-видном (белковые нейротоксины змеиного яда - аналоги ацетилхоли-на, CN - аналог 02 и т. д.).Соединения, вызывающие изменение каких-либо характеристик биологических мембран, можно разделить на вещества прямого мем- бранотропного действия и агенты, действующие опосредованно через вмешательство в цитоплазматический метаболизм или иным косвенным путем. Только немногие соединения действуют строго избирательно лишь на один «чувствительный» центр связывания; но если даже это и имеет место, то наступающая за этим реакция мембраны почти всегда носит сложный характер, обнаруживая сдвиги, характерные для различных типов мембранотропных эффектов по любой принятой классификации.Схематически выделяют следующие типы мембранотропности ксенобиотиков.Во-первых, мембранная рецепция. Она может считаться доказанной, если установлено, что вещество не проникает внутрь клетки, избирательно накапливается в мембранах или специфически связы-вается, а также если эффекты отсутствуют в бесклеточных системах, по крайней мере в таких, которые не содержат мембранной фракции. Во всех этих случаях можно говорить о прямой (непосредственной) мембранотропности.Во-вторых, стимуляция или угнетение биосинтетических процессов, протекающих в мембранах. Под этим подразумевается изменение активности мембранных ферментов, скорости синтеза мембранных белков, липидов и т. д. Первичность или опосредованность эффекта оценивается в каждом случае отдельно.В-третьих, изменения под влиянием ксенобиотиков барьерно- транспортных свойств мембраны. Мембранотропность такого рода может быть прямой и опосредованной.В-четвертых, функциональное взаимодействие с веществами, дей-ствие 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). Соответственно такой процесс и его анализ делятся на три части:а)установление характера и локализация центров связыванияб)оценка сродства к ним эффектора;в)исследование развития реакции объекта на образование ком-плексов центров связывания с молекулами эффектора.

37. Описание процессов связывания молекул ксенобиотиков с активными сайтами биологических мембран в отсутствии диффузионных ограничений.Ряд ксенобиотиков вызывает биологическую реакцию, взаимодействуя с определенными местами связывания на мембране. Анализ развития мембранотропных эффектов должен опираться на совокупность модельных представлений, отражающих течение двух основных этапов: связывание молекул эффектора с некими центрами сродства (рецепторами), инициирующими процесс, и последующее развитие реакции (биологического ответа). Обычно для анализа кинетических зависимостей в токсикологии и фармакологии используются соотношения, соответствующие случаю отсутствия диффузионных ограничений, т. е. процессы диффузии по-лагаются быстрыми в сравнении с развитием реакции.В простейшем случае, предполагая, что образование комплекса ли- ганд (ксенобиотик)/мембраноактивный центр происходит при отсутствии диффузионных ограничений со стехиометрией 1:1 и независимости мест связывания друг от друга (образование комплекса с одним из мембраноактивных центров не влияет на взаимодействие остальных активных центров с молекулами лиганда), реакция связывания лиганда А с местом связывания (рецептором) R запишется в виде: R + А > RA. где к, к' - константы скоростей прямой и обратной реакции соответст­венно.Полагая общую концентрацию мест связывания - рецепторов (за­нятых и незанятых) в данной системе, равной Q, при концентрации эффектора С, имеем следующее равенство для скорости изменения концентрации Z-комплексов лиганд-рецептор во времени в условиях избытка лиганда (С » Q):

dZ

––– = k (Q – Z)C – k'Z.                             (4.4)

dt

В равновесии dZ/dt = 0 и

QC

Z^равн = ––––– .                                           (4.5)

K + C

Следовательно, когда процессы диффузии оказываются быстрыми

в сравнении с развитием биологической реакции, образование     ком­плексов опишется уравнением

QC

Z(t) = –––––– [1 – e^{- (k'-kC) t}],                           (4.6)

а процесс разрушения комплексовZ(t) = Z₀e"^k.где к и к' - прямая и обратная константы скоростей образования ком-плекса Z; Q - концентрация мембраноактивных центров; С - концен-трация эффектора.

Отношение констант к'/ к = К называется константой равновесия комплекса. Она равна концентрации эффектора, вызывающей поло­винное насыщение мест связывания. В самом деле, если С = К, то, как следует из уравнения (4.5),

Z(t) = Z₀e^{-k' t},                                                    (4.7)

Скорость образования комплексов во времени будет тем большей, чем выше концентрация эффектора (4.6). Скорость же распада от нее не зависит (4.7).Мы рассмотрели простейший случай локализации рецепторов пря­мо на поверхности мембраны. Когда же они располагаются внутри, процесс образования комплексов «рецептор-эффектор» будет разви­ваться несколько иначе. Кривая развития процесса, в отличие от при­веденного ранее случая, примет S-образную форму (рис. 4.4).

Модели биофазы и Хилла, их использование для описания закономерностей взаимодействия веществ с активными центрами биологических мембран.

Для целей интерпретации рассматриваемых зависимостей исполь-зуется ряд подходов. Один из них - это описание на базе балансвых уравнений (так, как это принято в фармакологии и токсикологии). Вводится понятие «биофазы» - компартмента, содержащего рецепторы и находящегося в контакте со средой. В этом случае можно записать систему дифференциальных уравнений, характеризующих динамику перемещений эффектора в компартменты в соответствии со структурой его баланса, предполагаемой избранной моделью (рис. 4.5). В простейшем случае, рассмотренном Р.Е. Фурхготтом, биофаза находится в непосредственном контакте с компартментом, являющим­ся источником эффектора; выход эффектора из биофазы в прочие ком­партменты рассматривается как реакция первого порядка; стехиомет-рия связывания эффектора с активным центром в данном случае при­нимается равной 1:1.

В этом случае

d`с