Липиды биологических мембран в норме и патологии (обзор литературы)

В данном обзоре представлены общие принципы строения и функций липидного компонента цитоплазматических мембран. Перечислены существующие теории, которые принято называть моделями биологических мембран. Рассмотрены свойства, присущие липидам и белкам, и влияющие на них факторы. Описываются с химической точки зрения состав и структура характеристических групп фосфолипидов, асимметричное расположение липидов в мембране эритроцитов, его поддержание и физиологическая значимость. В дополнение описывается возможность различных участков цепи вращаться вокруг атомов углерода в углеводородных цепях жирных кислот, как на оси, то есть цепи имеют все шансы пребывать в самых разных конфигурациях. Кроме того, рассмотрены наиболее значимые белки, обеспечивающие ионный гомеостаз эритроцита. Плазматическая мембрана обладает уникальной рецепторно-сигнальной функцией, регулирующей основные клеточные процессы, повреждение которой может привести к гибели клеток. Приведены данные о значении липидного слоя мембран эритроцитов в изучении молекулярных механизмов развития патологических состояний. Влияние на клетки тканей и органов различных повреждающих факторов вызывает запуск универсального ответа. Представлены основные типовые процессы, приводящие к структурно-функциональным изменениям плазматических мембран клеток.

эритроцит, мембрана, фосфолипиды, липидный бислой

1. Аристархова С.А., Бурлакова Е.Б., Гвахария В.О. Регуляторная роль взаимосвязи изменений в концентрации антиоксидантов в составе липидов клеточных мембран // Доклады Академии наук СССР. - 1976. -Т. 228, № 1. - С. 215-218

2. Боровская М.К., Кузнецова Э.Э., Горохова В.Г. Корякина Л.Б., Курильская Т.Е., Пивоваров Ю.И. Структурно-функциональная характеристика мембраны эритроцита и ее изменения при патологиях разного генеза // Бюл. ВСНЦ СО РАМН. - 2010. - № 3 (73). С. 334-354

3. Владимиров Ю.А. Биомембраны. Строение, свойства, функции // Биологические мембраны. -2002. - Т. 19, № 5. - C. 355

4. Владимиров Ю.А. Роль нарушений свойств липидного слоя мембран в развитии патологических процессов // Патологическая физиология и экспериментальная терапия. - 1989. - № 4. - С. 7-19

5. Геннис Р. Биомембраны: молекулярная структура и функции. - М.: Мир, 1997. - 624 c

6. Журавлева Т.Д., Долгов В.В., Суплотов С.Н., Киянюк Н.С. Особенности липидного состава мембран эритроцитов у здоровых людей разного возраста // Клиническая лабораторная диагностика. - 2003. -№ 5. - С. 50-52

7. Зленко Д.В., Красильников П.М. Молекулярное моделирование липидных бислойных мембран // Компьютерные исследования и моделирование. -2009. - Т. 1, № 4. - С. 423-436

8. Карпунин Д.В., Акимов С.А., Фролов В.А. Формирование пор в плоских липидных мембранах, содержащих лизолипиды и холестерин // Биологические мембраны. - 2005. - Т. 22, № 5. - С. 429-432

9. Кожевников Ю.Н. О перекисном окислении липидов в норме и при патологии // Вопросы медицинской химии. - 1985. - № 5. - С. 2-7

10. Крыжановский Г.Н., Гольдберг Е.Д. Дизрегуляционная патология системы крови. - М.: МИА, 2009. - С. 432

11. Морозова В.Т., Луговская С.А., Почтарь М.Е. Эритроциты: структура, функции, клинико-диагностическое значение // Клиническая лабораторная диагностика. - 2007. - № 10. - С. 21-35

12. Новицкий В.В., Рязанцева Н.В., Степовая Е.А. Физиология и патофизиология эритроцита. - Томск, 2004. - 202 c

13. Новицкий В.В., Рязанцева Н.В., Степовая Е.А. Молекулярные нарушения мембраны эритроцитов при патологии разного генеза являются типовой реакцией организма: контуры проблемы // Бюллетень сибирской медицины. - 2006. - № 2. - С. 62-69

14. Ноздрачев А.Д. Начало физиологии. - СПб.: Лань, 2001. - 1088 c

15. Овсепян Л.П., Зангинян А.В., Казарян Г.С. Исследование липидного спектра мембран эритроцитов и процесса перекисного окисления фосфолипидов при эхинококкозе печени // Эпидемиология и инфекционные болезни. - 2012. - № 4. - С. 21-23

16. Пивоваров Ю.И., Кузнецова Э.Э., Корякина Л.Б., Горохова В.Г., Курильская Т.Е. Реакция мембраны эритроцитов у больных стенокардией напряжения и гипертонической болезнью при кратковременной ишемии // Тромбоз, гемостаз и реология. - 2013. -№ 2 (54). - С. 39-45

17. Пивоваров Ю.И., Кузнецова Э.Э., Корякина Л.Б., Горохова В.Г., Курильская Т.Е. Роль эндогенных факторов в характере ответной реакции мембраны эритроцитов в условиях ишемической нагрузки у больных сердечно-сосудистой патологией // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. - 2015. - Т. 159, № 1. - С. 30-35

18. Пивоваров Ю.И., Курильская Т.Е., Сергеева А.С., Бабушкина И.В., Корякина Л.Б., Кузнецова Э.Э., Горохова В.Г. Характер нарушений состояния мембраны эритроцитов в зависимости от различных эндогенных факторов у больных ишемической болезнью сердца и гипертонической болезнью // Тромбоз, гемостаз и реология. - 2014. - № 1. - С. 23-30

19. Рабинович А.Л., Корнилов В.В., Балабаев Н.К. Свойства бислоев ненасыщенных фосфолипидов: влияние холестерина // Биологические мембраны. - 2007. - Т. 24, № 6. - С. 490-505

20. Рязанцева Н.В., Новицкий В.В. Типовые нарушения молекулярной организации мембраны эритроцита при соматической и психической патологии // Успехи физиологических наук. - 2004. - Т. 35, № 1. - С. 53-65

21. Рязанцева Н.В., Степовая Е.А., Ткаченко С.Б. Эритроцит при патологии: размышления у электронного микроскопа // Архив патологии. - 2004. - № 3. - С. 53-61

22. Степанов Е.А., Краснопольский Ю.М., Швец В.И. Физиологически активные липиды. - М.: Наука, 1991. - 136 c

23. Сюсин И.В., Девяткин А.А., Ревин В.В. Влияние липидов и их метаболитов на регуляцию выброса ядра из эритроцитов голубя // Журнал мембранной и клеточной биологии. - 2013. - Т. 30, № 1. - С. 1-52

24. Трофимов В.А., Киселева Р.Е., Власов А.П. Влияние изучения He-Ne лазера на липиды тромбоцитов // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. - 1999. - Т. 127, № 1. - С. 43-45

25. Трошкина Н.А., Циркин В.И., Дворянский С.А. Эритроцит: строение и функции его мембраны // Вятский медицинский вестник. - 2007. - № 2-3. - С. 32-40

26. Урнышева В.В. Взаимосвязь параметров системы регуляции перекисного окисления липидов и морфофизиологических показателей печени мышей // Журнал эволюционной биохимии и физиологии. - 2008. - Т. 44, № 4. - С. 398-402

27. Черницкий Е.А., Воробей А.В. Структура и функции эритроцитарных мембран. - Минск: Наука и техника, 1981. - 216 c

28. Шевченко О.Г. Роль холестерина в структурной организации мембран эритроцитов // Вестник Института биологии. - 2010. - № 6. - С. 10-14

29. Шевченко О.Г. Фосфолипидная компонента мембран эритроцитов в норме и патологии // Вестник Института биологии. - 2007. - № 2. - С. 2-8

30. Arashiki N.S.M., Koshino I., Kamata K., Hale J., Mohandas N., Manno S., Takakuwa Y. (2017). Maintenance and regulation of asymmetric phospholipid distribution in human erythrocyte membranes: implications for erythrocyte functions. Curr Opin in Hematol, 24 (5), 409-410

31. Baxter A.A., Poon I.K., Hulett M.D. (2017) The lure of the lipids: how defensins exploit membrane phospholipids to induce cytolysis in target cells. Cell Death Dis, 8 (3), 2712.

32. Bhuyan A.M., Cao H., Lang F. (2017) Triggering of eryptosis, the suicidal erythrocyte death by mammalian target of rapamycin (mTOR) inhibitor temsirolimus. Cell Physiol Biochem, 42 (4) 1575-1591.

33. Biswas D., Banerjee M., Sen G. (2008). Mechanism of erythrocyte death in human population exposed to arsenic through drinking water. Toxicol Appl Pharmacol, 230 (1), 57-66.

34. Bobone S., Hilsch M., Storm J., Dunsing V., Herrmann A., Chiantia S. (2017). Phosphatidylserine lateral organization influences the interaction of influenza matrix protein 1 with lipid membranes. J Virol, 91 (12). pii: e00267-17. doi: 10.1128/JVI.00267-17.

35. Bouyer G., Egée S., Thomas S.L. (2006). Three types of spontaneously active anionic channels in malaria-infected human red blood cells. Blood Cells Mol Dis, 36 (2), 248-254.

36. Daleke DL. (2003). Regulation of transbilayer plasma membrane phospholipid asymmetry. J Lipid Res, 44, 233-242.

37. Danielli J.F. (1935). Contribution to the theory of permeability of membranes for electrolytes. J Gen Physiol, 5, 495-508.

38. Degreif D., de Rond T., Bertl A., Keasling J.D., Budin I. (2017). Lipid engineering reveals regulatory roles for membrane fluidity in yeast flocculation and oxygen-limited growth. Metab Eng, 41, 46-56.

39. Demchenko A.P. (2012) Modern views on the structure and dynamics of biological membranes. Biopolimers and Cell, 28 (1), 24-38.

40. Diesen D.L., Douglas T.H., Jonathan S.S. (2008). Hypoxic vasodilation by red blood cells. Evidence for an S-nitrosothiol-based signal. Circ Res, 103, 545-553.

41. Filippov A., Oradd G., Lindblom G. (2003). The effect of cholesterol on the lateral diffusion of phospholipids in oriented bilayers. Biophys J, 84, 3079-3086.

42. Jiang N., Tan N.S., Ho B., Ding J.L. (2007). Respiratory proteingenerated reactive oxygen species as an antimicrobial strategy. Nat Immunol, 8 (10), 1114-1122.

43. Kagan V.E., Fabisiak J.P., Shvedova A.A. (2000). Oxidative signaling patthway for externalization of plasma membrane phosphatidylserine during apoptosis. FEBS Letters, 477, 1-7.

44. Kobayashi T. (1998). Lipid, lipid domains and lipid-protein interactions in endocytic membrane traffic. Semin Cell Dev Biol, 9 (5), 517-526.

45. Lindblom G., Oradd G., Filippov A. (2006). Lipid lateral diffusion in bilayers with phosphathidylcholine, sphingomeelin and cholesterol. An NMR study of dynamics and lateral phaseseparation. Chem Phys Lipids, 141, 179-184.

46. Ohvo-Rekila H., Ramstedt P., Leppimaki B. (2002). Cholesterol interaction with phospholipids in membranes. Prog Lipid Res, 41, 66-97.

47. Rodriguez-Cuenca S., Pellegrinelli V., Campbell M., Oresic M., Vidal-Puig A. (2017). Sphingolipids and glycer-ophospholipids - The "ying and yang" of lipotoxicity in metabolic diseases. Prog Lipid Res, 66, 14-29.

48. Sezgin E., Levental I., Mayor S., Eggeling C. (2017). The mystery of membrane organization: composition, regulation and roles of lipid rafts. Nat Rev Mol Cell Biol, 18 (6), 361-374.

49. Somerharju P., Virtanen J.A., Cheng K.H. (2009). The superlattice model of lateral organization of membranes and its implications on membrane lipid homeostasis. Biochim Biophys Acta, 1788, 12-23.

50. Singer S.J. (1972). The fluid mosaic model of the structure of cell membrane. Science, 175, 720-731.

51. Svetina S. (2004). The cooperative role of membrane skeleton and bilayer in the mechanical behavior of red blood cells. Bioelectrochemistry, 62, 107-113.