Взаимосвязь основных звеньев обмена белков, углеводов и жиров
Связь между обменом углеводов и нуклеиновых кислот. Биосинтез нуклеотидов и нуклеиновых кислот происходит за счет энергии, аккумулированной в АТФ, причем преимущественно за счет окисления углеводов. Нуклеиновые кислоты, как известно, необходимы для биосинтеза белков, поэтому обмен углеводов и нуклеиновых кислот неразрывно связан с обменом белков.
Кроме того, при расщеплении нуклеиновых кислот и нуклеотидов освобождается определенное количество пентоз, которые могут превращаться в гексозы, в частности в глюкозу.
Связь между обменом органических и неорганических соединений. Обмен органических соединений неразрывно связан с водно-минеральным обменом. Прежде всего, следует вспомнить, что все биохимические процессы, связанные с превращением органических соединений, протекают в водной среде. Кроме того, многие реакции обмена происходят путем гидратации и дегидратации, а основная масса углекислого газа, который выделяется из организма, образуется за счет кислорода воды.
Обмен органических соединений тесно связан с обменом солей и отдельных элементов (подробно см. гл. 26). Так, без фосфорной кислоты не может осуществляться синтез АТФ и обмен углеводов. Без магния невозможны процессы окислительного фосфорилирования, обмен нуклеиновых кислот в клетках, а вместе с этим и биосинтез белков. Без железа не синтезируются молекулы гемоглобина цитохромов, каталазы и пероксидазы, без меди — цитохромоксидазы, тирозиназы и ксантиноксидазы.
При отсутствии ионов магния не проявляют свою активность АТФаза и креатинкиназа, без цинка — карбоангидраза. Тромбин не катализирует превращение фибриногена в фибрин, если отсутствуют ионы кальция, и т.д.
Нейроэндокринная регуляция обмена веществ
Живой организм представляет собой сложную систему органов и тканей, в которых строго отрегулирован специфический обмен веществ. Однако несмотря на специфичность и специализацию обменных процессов в различных органах и тканях, организм существует как единое целое благодаря сложным регуляторным механизмам. Условно можно выделить два типа регуляции обменных процессов: регуляция через центральную нервную систему и путем введения в гуморальную систему (кровь, лимфу) специфических веществ — гормонов. Эти два типа регуляции теснейшим образом связаны друг с другом, составляя единую нейроэндокринную регуляцию обмена веществ.
Роль центральной нервной системы. Нервная система человека играет ведущую роль в общей регуляции обменных процессов в организме. Во всех органах и тканях расположены многочисленные нервные окончания — интерорецепторы, которые постоянно «информируют» центральную нервную систему о состоянии обменных процессов. Периферическая нервная система осуществляет обратную связь между центральной нервной системой и тканью, регулируя нормальный уровень обмена в ней.
В центральной нервной системе имеются специальные области, регулирующие отдельные стороны обмена. Например, на дне четвертого желудочка расположен так называемый сахарный центр, представляющий собой группу нервных клеток, сильно чувствительных к уровню глюкозы в крови. Незначительное снижение содержания глюкозы в крови: возбуждает эти клетки, после чего нервное возбуждение передается в надпочечники, которые выделяют адреналин. Адреналин, попадая в кровь, достигает печени и стимулирует распад гликогена. В результате этого в крови восстанавливается нормальный уровень глюкозы.
Большая роль в регуляции обмена принадлежит гипоталамусу, этот отдел центральной нервной системы непосредственно связан с гипофизом — эндокринной железой, вырабатывающей ряд гормонов, которые регулируют обмен веществ. Более подробно роль центральной нервной системы рассматривается в курсах физиологии.
Эндокринная регуляция обмена веществ. Все ткани в процессе своего функционирования выделяют во внутреннюю среду организма те или иные метаболиты. Многие из этих метаболитов обладают специфическим раздражающим действием на ткани, благодаря чему гуморальным путем осуществляется взаимосвязь между различными органами и тканями. Особенно это характерно для продуктов расщепления белков — аминокислот, которые вызывают усиление синтеза и распада веществ в тканях. В значительно меньшей степени таким действием обладают углеводы и в еще меньшей — жиры.
Некоторые ткани выделяют вещества, обладающие более направленным действием. Так, например, после приема пищи стенки кишок выделяют в кровь особый полипептид — секретин. Попадая с кровью в поджелудочную железу, секретин стимулирует выделение панкреатического сока. Некоторые ткани выделяют специфические метаболиты, которые обладают способностью влиять на интенсивность тех или иных обменных процессов. Такие специализированные ткани получили название желез внутренней секреции, или эндокринных желез.
Железы внутренней секреции регулируют обмен веществ в тканях организма путем продуцирования и выделения в кровь гормонов (см. гл. 20). Сами железы находятся под контролем центральной нервной системы. Часто гормон, выделяемый одной железой, влияет на функции другой железы. Таким образом осуществляется нейроэндокринная регуляция обмена веществ в организме человека и высших животных.