Биохимические основы жизнедеятельности организма человека - Волков Н.И., Несен Э.Н. 2000

Биохимические основы жизнедеятельности организма человека
Гормоны - регуляторы обмена веществ
Механизм действия гормонов

Существуют три основных механизма гормональной регуляции внутрикле­точного метаболизма и функций клеток путем изменения скорости синте­за белка, активности ферментов внутриклеточного метаболизма и прони­цаемости клеточных мембран для различных ионов, метаболитов, коферментов.

Регуляция скорости синтеза белков. Такое действие оказывают стероидные и тиреоидные гормоны: они проникают в клетку и взаимодей­ствуют со специфическими рецепторами. Гормонрецепторный комплекс проникает в ядро, связывается с хроматином и увеличивает скорость син­теза белков на уровне генов (рис. 51). Активные гены усиливают синтез определенной РНК, которая выходит из ядра, поступает к рибосомам и запускает синтез новых белков, которые могут быть структурными или сократительными белками мышц и других тканей, а также ферментами или гормонами. В этом состоит их анаболическое действие. Однако ско­рость белкового синтеза в клетках — относительно медленный процесс, так как требует большого количества энергии и пластического материа­ла. Поэтому такие гормоны не могут осуществлять быстрый контроль про­цессов метаболизма. Основная их функция сводится к регуляции процес­сов роста, развития и дифференцировки клеток организма.

В организме спортсменов стероидные гормоны усиливают протекание процессов восстановления и долговременной биохимической адаптации. Они способствуют наращиванию мышечной массы и увеличивают силовые качества у человека.

Регуляция активности ферментов. Отдельные белково-пептидные гормоны, а также адреналин и норадреналин не проникают внутрь клеток. Они регулируют обмен веществ, активность многих внутриклеточных фер­ментов опосредовано через вторичные передатчики, в качестве которых могут выступать циклические нуклеотиды (цАМФ, цГМФ), ионы кальция, диацилглицерол, инозитол, специфические белки и другие вещества.

Рис. 51 Механизм действия стероидных и других гормонов, проникающих через клеточные мембраны

Гормоны связываются со специфическими рецепторами на поверхност­ной мембране клетки и активируют расположенный с внутренней стороны мембраны G-белок. Этот белок активирует или подавляет активность фер­мента аденилатциклазы. Аденилатциклаза катализирует синтез цикличес­кого АМФ из АТФ (рис. 52). Действие цАМФ ("вторичный передатчик") внутри клетки реализуется через другой фермент — протеинкиназу (ПК), которая при отсутствии цАМФ не активна. Далее цАМФ-активируемая про­теинкиназа катализирует перенос остатков фосфорной кислоты от АТФ на молекулы различных белков внутри клетки. Фосфорилированию могут под­вергаться ферменты расщепления жиров, углеводов, других систем орга­низма. В таком случае усиливается синтез АТФ в клетке, увеличивается количество ферментов белкового синтеза, изменяется функциональная ак­тивность клетки. Циклический АМФ расщепляется ферментом фосфодиэстеразой, в результате чего прекращается действие гормона.

Механизм регуляции через вторичные посредники очень эффекти­вен, так как значительно усиливает гормональный сигнал и обеспечивает быстрый биологический ответ клетки на повышение концентрации гор­монов в крови. Аденилатциклазная система во многом определяет вклю­чение срочных механизмов перестройки внутриклеточного обмена при различных воздействиях, в том числе при физических нагрузках, и участвует в обеспечении срочной биохимической адаптации. С ростом трени­рованности организма совершенствуется аденилатциклазная система передачи гормональных сигналов в скелетных мышцах, что проявляется в повышении чувствительности у фермента аденилатциклазы к гормо­нам. Это позволяет осуществлять более тонкую регуляцию внутриклеточ­ного обмена веществ при незначительных изменениях уровня гормонов в крови.

Рис. 52 Действие гормонов на внутриклеточные процессы через вторичные посредники (цАМФ и другие передатчики)

Гормональный сигнал может передаваться с помощью гуанилатциклазной системы, которая синтезирует внутриклеточный передатчик цГМФ из ГТФ. Противоположные эффекты одного и того же гормона могут обес­печиваться разными передатчиками — цАМФ или цГМФ.

Действие гормонов на внутриклеточные процессы может осущест­вляться ионами кальция (Са²⁺). При взаимодействии гормона с рецепто­ром активизируются системы транспорта ионов Са²⁺ через мембрану. Кальций поступает в цитоплазму клеток из внешней среды или из внутри­клеточных депо. Он связывается с Са²⁺-зависимыми белками, одним из которых является кальмодулин. Комплекс Са²⁺— кальмодулин повышает активность разных внутриклеточных ферментов, что ведет к изменению биохимических процессов и физиологических функций.

Регуляция проницаемости мембран. Отдельные гормоны и нейро­медиаторы изменяют проницаемость мембран клетки для целого ряда веществ-метаболитов. Примером может служить инсулин, который, связы­ваясь с рецептором на плазматической мембране, резко увеличивает про­ницаемость глюкозы, аминокислот, отдельных ионов через мембраны и усиливает поступление их внутрь клетки. Молекулярные основы такого влияния до конца не изучены. Тем не менее усиленное поступление от­дельных веществ в клетку влияет на биохимические процессы, а перерас­пределение ионов на мембране влияет на электрический потенциал клет­ки и ее сократительную функцию.