Розділ 9. Регуляція обміну речовин в організмі

9.1. Загальні уявлення про регуляцію обміну речовин

Обмін речовин і енергії - це закономірний порядок перетворення речовин і енергії в живих системах, спрямований на їхнє збереження і самовідтворення. Уся сукупність хімічних реакцій, що протікають в живих організмах, включаючи засвоєння речовин, що надходять ззовні (асиміляція), і їхнє розщеплення (дисиміляція) аж до утворення кінцевих продуктів, що підлягають виведенню з організму, складає суть даного процесу. У кожній клітині органів і тканин відбуваються одночасно тисячі хімічних реакцій, тісно зв'язаних одна з одною у просторі і в часі.

Сутність життєдіяльності будь-якого організму полягає в обміні речовин і енергії. Живі організми відрізняються високим ступенем упорядкованості метаболізму, представляючи собою складні цілеспрямовані регулюючі системи.

Головну роль у цій нескінченній безлічі взаємодій виконують білкові тіла. Завдяки їхній каталітичній функції здійснюється величезна кількість хімічних процесів розпаду і синтезу. При участі нуклеїнових кислот підтримується строга специфічність біосинтезу макромолекул, а отже, і видова специфічність у будові найважливіших біополімерів.

З обміном вуглеводів і ліпідів зв'язане постійне утворення запасів АТФ - універсального донора енергії для хімічних реакцій. Ці ж речовини є джерелом найпростіших органічних молекул, з яких синтезуються біополімери та інші сполуки. У результаті здійснюється безперервний процес самовідновлення живої матерії. Загальний хід біохімічних процесів в організмі являє собою єдине ціле, а сам організм діє як самонастроювальна система, що підтримує власне існування за рахунок обміну речовин.

Основними етапами обміну речовин є споживання поживних речовин, переварювання і всмоктування їх у шлунково-кишковому тракті, транспорт сполук до органів і тканин організму, надходження їх до структурних утворень клітин - органоїдів, де відбуваються специфічні перетворення і виділення продуктів розпаду.

На кожнім з цих етапів діють визначені регуляторні механізми. Надходження, переварювання й всмоктування поживних речовин у травній системі регулюються на рівні цілісного організму і систем органів. Так, фактори зовнішнього середовища (температура, вологість, тиск і ін.) і харчування через центральну нервову систему впливають на обмінні процеси всього організму.

Надходження речовин до органів і тканин знаходиться під контролем різних транспортних систем. До них відносяться фракції білків, що зворотно зв'язують вітамін А (ретинолзв’язуючий білок), трансферин (білок, що транспортує залізо), транскортин (білок, що переносить стероїдні гормони), ліпопротеїни (беруть участь у переносі ліпідів) і ін.

На наступному етапі контролюється надходження і виведення речовин із клітин, тобто має місце клітинний рівень регуляції. Важлива роль у цьому належить клітинній мембрані, що відокремлює внутрішній вміст клітки і її органоїдів від середовища.

Всередині клітин обмін речовин регулюється рівнем і спрямованістю перетворень джерел енергії. Так, якщо її недостатньо, то ацетил-КоА переходить з цитоплазми в мітохондрії, де він окислюється з виділенням енергії. При надлишку енергії ацетил-КоА використовується для синтезу жирних кислот, холестеролу, ацетонових тіл.

Регуляція може здійснюватися на етапі перетворення окремих молекул, тобто на молекулярному рівні. Так реалізуються процеси розпаду і синтезу молекул глюкози, гліцеролу, вищих жирних кислот, амінокислот і ін. Молекулярний рівень контролюється сполучною діяльністю ферментів, субстратів, наявністю активаторів і інгібіторів, оптимальними умовами діяльності ферментів і т.д.

Таким чином, обмін речовин і енергії в організмі регулюється на різних рівнях і забезпечується найрізноманітнішими факторами. Однак контроль над усією регуляторною діяльністю організму здійснює нейрогуморальна система. Про тісний зв'язок нервової і гуморальної систем свідчить той факт, що зниження активності однієї з них компенсується посиленням діяльності іншої. Регуляторний вплив нервової системи в значній мірі виявляється через гуморальні фактори, до яких відносяться гормони, медіатори, метаболіти й ін. Нервовій системі в регуляції належить головна роль, оскільки вона характеризується більш точною реакцією на дію різних подразників і може швидше, ніж гормони, викликати необхідні функціональні зміни. Гуморальні фактори діють повільніше, ніж нервові сигнали, але більш довгостроково.

У нервових клітинах синтезуються гормоноподібні речовини, що виконують функцію нейромедіаторів або нейрогормонів. У функцію нейрогормонів входить передача хімічного сигналу на відстань від місця утворення і виділення, а нейромедіатори забезпечують передачу нервового імпульсу сусідній клітині.