Истощение запасов и снижение синтеза АТФ часто связаны и с гипоксическим, и с химическим (токсическим) повреждением. АТФ образуется двумя путями. Основной путь его образования в клетках млекопитающих — окислительное фосфорилирование.

Эта реакция заканчивается преобразованием кислорода системой электронного транспорта митохондрий. Другой путь — гликозилирование, при котором синтез АТФ происходит в отсутствие кислорода с использованием глюкозы, поступающей из жидкостей тела или образующейся при гидролизе гликогена.

Основные причины истощения запасов АТФ — сниженное поступление кислорода и питательных веществ, повреждение митохондрий, а также действие некоторых ядов (например, цианида). Ткани с большей способностью к гликозилированию (например, ткань печени) в отличие от обладающих ограниченной способностью к гликолизу (например, от ткани головного мозга) способны выживать в условиях низкой оксигенации и сниженного окислительного фосфорилирования.

Высокоэнергетический фосфат в форме АТФ необходим практически для всех процессов синтеза и деградации в клетке: мембранного транспорта, синтеза белков, липогенеза и реакции деацелирования-реацелирования (переацилирования), необходимых для обмена фосфолипидов. Снижение содержания АТФ до 5-10% от нормального уровня оказывает широкий спектр действий на многие базовые клеточные системы:

- снижает активность мембранного энергозависимого натриевого насоса (уабаин-чувствительная Nа+/К+-АТФаза). Недостаточность системы активного транспорта вызывает вход и накопление натрия внутри клеток и выход из них калия. Такое увеличение растворенного вещества сопровождается изоосмотическим увеличением воды, вызывающим набухание клетки и дилатацию ЭПР;

- нарушает энергетический метаболизм клетки. Если доставка кислорода к клеткам снижена (как при ишемии), окислительное фосфорилирование прекращается, что, в свою очередь, приводит к снижению количества АТФ и связанному с этим повышению содержания аденозинмонофосфата.
Эти изменения стимулируют активность фосфофруктокиназы и фосфорилазы, повышающую уровень анаэробного гликолиза, который создан для поддержания энергозапасов клетки путем синтеза АТФ через метаболизм глюкозы, образованной из гликогена. В результате запасы гликогена быстро истощаются.
Анаэробный гликолиз приводит к накоплению молочной кислоты и неорганических фосфатов, образованных при гидролизе фосфатных эфиров, вследствие чего снижаются pH внутри клетки и активность многих клеточных ферментов;

- обусловливает приток Са²⁺ в клетку из-за нарушений Са²⁺-насоса, что повреждает множество клеточных компонентов;

- длительное или усиливающееся истощение запасов АТФ структурно разрушает аппарат, синтезирующий белки, начиная с отделения рибосом от гранулярного ЭПР и диссоциации полисом, что приводит к снижению синтеза белков;

- запускает реакцию «ответ развернутого белка» (в клетках, лишенных кислорода и глюкозы, белки могут стать неправильно свернутыми), что может закончиться повреждением клетки или ее смертью;

- в результате этих процессов происходит необратимое повреждение мембран митохондрий и лизосом, и клетка подвергается некрозу.

- Рекомендуем ознакомиться со следующей статьей "Повреждение митохондрий клеток и их последствия"

1. Этапы обратимого повреждения клеток и ее морфология
2. Что такое некроз? Морфология некроза
3. Варианты некроза и их виды
4. Механизмы повреждения клетки (патогенез)
5. Истощение запасов АТФ как механизм повреждения клетки
6. Повреждение митохондрий клеток и их последствия
7. Приток кальция как механизм повреждения клетки
8. Накопление свободных радикалов как механизм повреждения клетки
9. Механизмы повреждения мембраны клетки
10. Механизмы повреждения ДНК и белков клетки