Взаимосвязь процессов обмена веществ в организме. Общая характеристика гормонов, их роль в регуляции обмена веществ.

Уровни регуляции гомеостаза:

Внутриклеточный механизм регуляции, обеспечивающий гомеостаз в организме, является первым уровнем регуляции. Сигналами для изменения состояния клетки служат вещества, образующиеся в самой клетке или поступающие в нее извне. Эти вещества могут действовать тремя способами:

- изменять активность ферментов путем ингибирования или активации;

- изменять количество ферментов и других белков путем индукции или репрессии их синтеза, или меняя скорость их распада;

- изменять скорость трансмембранного переноса веществ, взаимодействуя с мембраной.

У сложно устроенных многоклеточных организмов с дифференцированными органами, выполняющими специальные функции, 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.

Эндокринная система – второй уровень регуляции. Она представлена железами (иногда отдельными клетками), синтезирующими гормоны - химические сигналы. Гормоны освобождаются в кровь в ответ на специфический стимул. Этим стимулом может быть нервный импульс или изменение концентрации определенного вещества в крови, протекающей через эндокринную железу (например, снижение концентрации глюкозы). Гормон транспортируется с кровью и, достигая клеток-мишеней, модифицирует в них обмен веществ через внутриклеточные механизмы, т.е. путем изменения активности или количества ферментов, либо скорости трансмембранного переноса веществ. В результате изменения обмена веществ устраняется стимул, вызвавший освобождение гормона (например, повышается концентрация глюкозы в крови). Выполнивший свою функцию гормон разрушается специальными ферментами.

Третий уровень регуляции – нервная система с рецепторами сигналов, как внешней среды, так и внутренней. Сигналы трансформируются в волну деполяризации нервного волокна (нервный импульс), который в синапсе с клеткой-эффектором вызывает освобождение медиатора – химического сигнала. Медиатор через внутриклеточные механизмы регуляции вызывает изменение обмена веществ. Клетками-эффекторами могут быть и некоторые эндокринные клетки, отвечающие на нервный импульс синтезом и выделением гормона.

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

Обмен веществ в организме человека протекает как единое целое при тесном взаимодействии и взаимообусловленности отдельных составляющих его процессов. Установлена конкретная связь между различными формами обмена.

Она выражается в том, что отдельные структурные элементы белков, липидов и углеводов могут превращаться друг в друга после соответствующей химической перестройки. Так, например, аминокислоты используются для синтеза углеводов и наоборот.

Связь между обменом белков и углеводов. В процессе распада углеводов в тканях в качестве промежуточного продукта образуется пировиноградная кислота, которая в результате дальнейших превращений может превратиться в оксалоацетат и α-кетоглутаровую кислоту. Эти три α-кетокислоты могут подвергаться аминированию и дать соответствующие аминокислоты: пируват – аланин, оксалоацетат – аспарагиновую кислоту, а α-кетоглутаровая кислота – глутаминовую кислоту. Такое превращение продуктов обмена углеводов в аминокислоты указывает на прямую связь между обменом углеводов и белков. Образование остальных заменимых аминокислот из продуктов обмена углеводов также считается установленным фактом. Например, аминокислота серин образуется путем переаминирования гидроксипировиноградной кислоты, которая в свою очередь образуется из фосфоглицериновой кислоты. Связь между обменом белков и углеводов наглядно демонстрируется строением сложных белков: нуклеопротеинов и хромотротеинов, в построении которых принимают участие промежуточные продукты углеводного обмена.

Между превращением продуктов углеводного обмена в продукты белкового существует обратная связь аналогичного характера – синтез углеводов из белков. Это доказывается новообразованием углеводов из белков путём глюконеогенеза и нормальным развитием организма при одностороннем употреблении белков, т.е. при исключении углеводов и липидов из рациона питания. Свыше 50% (а иногда до 80%) введенного в организм белка превращается в глюкозу. Исходным субстратом глюконеогенеза являются аминокислоты, при распаде которых тем или иным путем образуется пировиноградная кислота.

Связь между обменом белков и липидов. Возможно использование продуктов превращения жирных кислот для синтеза заменимых аминокислот. Возникающий при распаде жирных кислот ацетил-КоА вступает в реакцию конденсации с оксалоацетатом и через ЦТК приводит образованию α-кетоглутаровой кислоты. α-Кетоглутаровая кислота в результате аминирования или трансаминирования переходит в глутаминовую кислоту. Однако эта возможность синтеза углеродного скелета аминокислот из жирных кислот ограничена. Она исчерпывается синтезом глутаминовой кислоты и требует наличия оксалоацетата, возникающего из других источников (углеводов и белков).

Кроме жирных кислот, в состав нейтральных жиров входит глицерин. Глицерин окисляется в глицериновую кислоту и в дальнейшем превращается в пировиноградную кислоту, а последняя используется для синтеза ряда заменимых аминокислот. Возможность синтеза липидов из белков доказывается и односторонним белковым питанием, которое не вызывает нарушений в обмене.

Путь использования белков для синтеза липидов проходит через образование ацетилкоэнзима А. Ацетилкоэнзим А образуется из всех аминокислот на определённой стадии их окисления. Он может быть использован для синтеза жирных кислот. Глицерин образуется лишь за счет аминокислот, которые способны превращаться в пируват. →