9

Уровни регуляции гомеостаза

1. Внутриклеточный механизм регуляции. Сигналами для изменения состояния клетки служат вещества, образующиеся в самой клетке или поступающие в неё извне. Эти вещества могут действовать тремя способами:

- изменять активность ферментов путём ингибирования или активации;

- изменять количество ферментов и других белков путём индукции или репрессии их синтеза или путём изменения скорости их распада;

- изменять скорость трансмембранного переноса веществ, взаимодействуя с мембраной.

У сложно устроенных многоклеточных организмов с дифференцированными органами возникает необходимость межорганной координации обмена веществ. Например, интенсивная работа мышц требует включения процессов мобилизации гликогена в печени или мобилизации липидов в жировой ткани. Межорганная координация обеспечивается передачей сигналов двумя путями: через кровь с помощью гормонов (эндокринная система) и через нервную систему.

2. Эндокринная система представлена железами или клетками, синтезирующими гормоны. Гормоны выделяются в кровь в ответ на специфический стимул. Этим стимулом может быть нервный импульс или изменение концентрации определённого вещества в крови, протекающей через эндокринную железу (например, снижение концентрации глюкозы). Гормон, достигая клеток-мишеней, модифицирует в них обмен веществ через внутриклеточные механизмы. В результате изменения устраняется стимул, вызвавший освобождение гормона (например, повышается концентрация глюкозы в крови). Выполнивший свою функцию гормон разрушается специальными ферментами.

3. Нервная система с рецепторами сигналов, как внешней среды, так и внутренней. Сигналы трансформируются в нервный импульс, который вызывает освобождение медиатора в синапсе с клеткой-эффектором. Медиатор через внутриклеточные механизмы регуляции вызывает изменение обмена веществ.

Три уровня регуляции обмена веществ теснейшим образом взаимосвязаны и функционируют как единая система.

Регуляция обмена углеводов, жиров и аминокислот

Основными энергоносителями служат глюкоза, жиры, жирные кислоты и кетоновые тела.

После приема смешанной пищи переваривание углеводов заканчивается примерно через 2 ч, переваривание белков и жиров — через 4-5 ч: это период пищеварения (абсорбтивный период). За ним следует постабсорбтивный период. Режим запасания включается после приема пищи и сменяется режимом мобилизации запасов после завершения пищеварения.

В абсорбтивном периоде происходит депонирование углеводов и жиров, преимущественное использование глюкозы для обеспечения энергетических потребностей; в постабсорбтивном - мобилизация депонированных углеводов и жиров, преимущественное использование жиров, а также аминокислот в качестве источников энергии.

Переключение метаболизма и поддержание концентрации глюкозы в крови обеспечиваются системой регуляторных механизмов, включающих гормоны инсулин, глюкагон, адреналин, кортизол.

Инсулин — белок, вырабатываемый в β-клетках поджелудочной железы. Молекула инсулина, содержащая 51 аминокислотный остаток, состоит из двух полипептидных цепей, соединенных между собой в двух точках дисульфидными мостиками. Цепь А - 21-членный пептид и цепь В - пептид, содержащий 30 остатков аминокислот. Исходным предшественником инсулина является препроинсулин, содержащий сигнальную последовательность на N-конце; при образовании проинсулина она отщепляется специальной пептидазой. Далее отщепляется С-пептид.

Рецептор инсулина - гликопротеин, встроенный в плазматическую мембрану клетки, наружу экспонированы α-субъединицы, а β-субъединицы пронизывают мембрану. Органы-мишени инсулина – печень, мышцы, жировая ткань. Инсулин вызывает понижение содержания глюкозы в крови, повышение запасов гликогена в мышцах, усиление анаболических процессов, нормализацию минерального обмена и т. д. Инсулин повышает проницаемость мембран для глюкозы.

В регуляции синтеза инсулина главную роль играет концентрация глюкозы в крови. Повышение содержания глюкозы в крови вызывает увеличение секреции инсулина, а снижение, наоборот,- замедление. Предполагают, что глюкоза действует в качестве сигнала для активирования аденилатциклазы, а образовавшийся цАМФ - в качестве сигнала для секреции инсулина.

Глюкагон — 29-членный пептид, синтезирующийся в α-клетках островковой части поджелудочной железы, а также в ряде клеток кишечника. Глюкагон образуется из своего предшественника проглюкагона в результате частичного протеолиза.

Глюкагон способствует активации фосфорилазы печени через цАМФ. Происходит распад гликогена. Итогом является увеличение концентрации глюкозы в крови. Органами-мишенями для глюкагона являются печень, миокард, жировая ткань, но не скелетные мышцы. Биосинтез и секреция глюкагона контролируются главным образом концентрацией глюкозы по принципу обратной связи. Глюкагон стимулирует образование глюкозы из аминокислот путем индукции синтеза ферментов глюконеогенеза при участии цАМФ. Глюкагон тормозит гликолитический распад глюкозы до молочной кислоты, способствуя гипергликемии. Он активирует через цАМФ липазу тканей. В крови присутствуют оба гормона, но меняются их относительные концентрации.

Адреналин — гормон, синтезируемый в мозговом веществе надпочечных желез из тирозина. Он повышает уровень обмена углеводов в организме, усиливая распад гликогена в мышцах. Адреналин в мышцах выполняет ту же функцию, что глюкагон в печени, активируя фосфорилазу мышц через систему аденилатциклазную систему. Адреналин вызывает резкое повышение уровня глюкозы в крови.

Кортизол - гормон коркового вещества надпочечников. Его предшественником является холестерин. Синтез и секреция кортизола стимулируются при гипогликемии и при других стрессовых воздействиях.

Кортизол сильно тормозит синтез белков в мышцах и других тканях, за исключением печени. Концентрация аминокислот в тканях и крови повышается, и они могут быть использованы для глюконеогенеза в печени и почках. В печени кортизол стимулирует синтез ферментов, участвующих в глюконеогенезе. В результате повышается концентрации глюкозы в крови. Одновременно повышается образование и выделение мочевины.

Глюкокортикоиды замедляют синтез гликогена в мышцах, окисление глюкозы в тканях и усиливают распад жиров.