Оригинальный документ

М.А. ВИНОГРАДОВА, М.Н. МАСЛОВА1
Научные руководители – С.П. БАРАНОВ, д.ф.-м.н., в.н.с.;
А.Р. ЗАРИЦКИЙ, с.н.с.
Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Москва,
инженерно-физический институт (государственный университет)
1Московский
РАССОГЛАСОВАНИЕ ОСНОВНЫХ МЕТАБОЛИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ В КЛЕТКЕ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ
ИЗБЫТОЧНОГО ДАВЛЕНИЯ
В работе представлены результаты анализа нарушения кинетики основных
процессов энергетического метаболизма клеток при действии на них внешнего
избыточного давления.
Работа посвящена исследованию действия избыточного давления на
клетки, которое приводит к рассогласованию их метаболических процессов. В результате такого влияния неизбежно появляется цикличность изменения основных параметров (таких как рН и концентрация АТФ –
nАТФ – в цитоплазме, площади поверхности мембраны и др.) и сдвиг
среднего по времени значения рН цитоплазмы в кислую сторону.
К основным метаболическим процессам, определяющих функциональные возможности и целостность клеток, относятся:
 процессы утилизации основных энергосубстратов и аккумуляции
выделившейся при этом энергии в основных макроэргах;
 совокупность биохимических реакций траты основного макроэрга
на нужды клеток;
 процессы ферментативного синтеза и распада липидов.
В состоянии покоя клеток при нормальных условиях (in vivo) указанные процессы согласованы. Это положение можно пояснить путем рассмотрения кинетики противоположно направленных процессов синтеза и
расхода АТФ, процессов подкисления и подщелачивания цитоплазмы,
ферментативного синтеза и распада липидов в зависимости от рН и
nАТФ.
Зависимость скорости каждого из перечисленных процессов от рН и
nАТФ в трехмерном пространстве величин (pH, nАТФ, V – скорости процесса) может быть представлена сложной поверхностью [1,2]. На линиях
пересечения поверхностей, полученных для каждых двух противоположно направленных процессов, достигается баланс их скоростей. Следы этих
линий на фазовой плоскости (рН; nАТФ) представляют собой кривые,
1
которые имеют хотя бы одну точку пересечения друг с другом. Согласование указанных процессов проявляется в пересечении всех трех кривых в
одной точке с точностью до флуктуаций скоростей (точка О на рисунке).
При повышении давления происходит уменьшение
неспецифической проницаемости цитоплазматических
мембран клеток [3], вследствие чего определенным
образом изменяются скорости метаболических процессов. Поэтому кривая ABCD
переходит в положение
A1B1C1D1, а кривая MN переходит в положение M1N1.
Положение кривой KL в первом приближении сдвигаться не будет. При
этом кривые A1B1C1D1, M1N1 и KL уже не будут пересекаться в одной
точке, то есть произойдет рассогласование соответствующих процессов.
Это проявляется в виде колебаний основных параметров (nАТФ, pH, количества липидов в мембранах), а также скоростей их изменения, что на
рисунке показано замкнутой траекторией цикла изменения pH и nАТФ.
Чем выше внешнее давление, тем более выражен сдвиг кривых и больше
рассогласование процессов.
Рассматривая, таким образом, кинетику основных метаболических
процессов, можно разрабатывать методики для коррекции метаболизма
клеток путем изменения внешнего давления (баротерапия).
Список литературы
1. Фок М.В., Зарицкий А.Р. Авторегуляция, как основа гомеостаза клеток. М.: Космосинформ, 1997.
2. Виноградова М.А., Зарицкий А.Р., Пронин В.С., Распопов Н.А., Фок М.В. Необратимое изменение метаболизма эритроцитов как основная причина возникновения стресса у
больного при переливании ему консервированной донорской крови. М.// Краткие сообщения
по физике ФИАН №6, 2008, с. 39-50.
3. Виноградова М.А. Исследование влияния давления на неспецифическую проницаемость биологических мембран эритроцитов для глюкозы. М.: Сборник научных трудов
научной сессии МИФИ, 2007 г., т. 5, стр. 160-161.
2