Материал: Черешнев ВА, Шилов, Черешнева. Экспериментальные модели в патологии

Рис. 33. Механизм действия профеталя в патогенетической терапии проникающего ранения глаза

используются не только энергия, полученная в ходе катаболизма, но и указанные строительные блоки.

Разделение отдельных метаболических путей на процессы углеводного, липидного, аминокислотного и др. обменов весьма ус­ ловно, так как в организме они тесно взаимосвязаны как на уровне общего энергообеспечения клетки, так и на уровне общих ключевых метаболитов. Взаимосвязь на уровне общего энергообеспечения пред­ полагает конкуренцию разных метаболических путей за источники энергии. Поэтому, если в организме происходит, например, синтез триацилгицеролов в жировой ткани, этот процесс параллельно сопро­ вождается окислением в той же ткани глюкозы, которая обеспечивает синтез жира как энергетически за счет образования АТФ и НАДФН+H+, так и пластически – за счет образования ацетил-КоА. Таких примеров можно приводить множество. Но главная особенность

– это тесная координация различных метаболических путей в зависи­ мости от конкретного физиологического состояния организма.

Координация разных метаболических путей в организме носит многоуровневый характер. На уровне отдельных клеток, тканей и ор­ ганов регуляция отдельных метаболических путей осуществляется, во­ первых, по механизму положительных и отрицательных обратных свя­ зей метаболитами, которые могут выступать в роли аллостерических активаторов или ингибиторов отдельных ключевых ферментов, либо конкурентных ингибиторов – механизмы, хорошо изложенные в кур­ сах биохимии; во-вторых, наш организм унаследовал и такие филоге­ нетически древние механизмы регуляции, играющие очень важную роль у бактерий, как регуляцию на генетическом уровне (или на уров­ не транскрипции) синтеза тех или иных ферментов метаболитами. Пример – активация в печени синтеза глюкуронилтрансферазы, фер­ ментов микросомального окисления как эндогенными токсическими веществами, так и экзогенными – этанолом, барбитуратами, многими лекарственными препаратами. Однако на уровне целого организма ведущая роль принадлежит нейроэндокринным механизмам. Гормоны участвуют в регуляции метаболических путей, во-первых, за счет из­ менения активности отдельных ферментов, во-вторых, за счет регуля­ ции их синтеза на генетическом уровне, в-третьих, за счет изменения проницаемости клеточных мембран для ключевых метаболитов угле­ водного, жирового и аминокислотного обменов. Эти механизмы дей­ ствия гормонов во многом реализуются через внутриклеточные сиг­ нальные пути, связанные с образованием циклических нуклеотидов, инозитолтрифосфата, диацилглицерола и других посредников, в ре­

286

зультате чего образуются активные протеинкиназы, которые фосфори­ лируют различные белки. В качестве последних могут выступать фер­ менты (ковалентная активация или ингибирование ферментов за счет присоединения фосфорной кислоты), ядерные факторы и регулятор­ ные белки хромосом (изменения биосинтеза белков и ферментов на генетическом уровне), белки рибосом (изменение биосинтеза белка на уровне трансляции), белки мембран (изменения проницаемости кле­ точных мембран для ключевых метаболитов углеводного, жирового, аминокислотного обменов).

Следует подчеркнуть, что сами ключевые метаболиты активно участвуют в регуляции обмена веществ по принципу обратных связей на многих уровнях нейроэндокринной системы. К таким ключевым метаболитам, концентрация которых поддерживается в узких гомео­ статических пределах, относится в углеводном обмене глюкоза крови (концентрация натощак – 3,33–5,55 ммоль/л). Внутриклеточно она всегда представлена в виде другого ключевого или центрального ме­ таболита всего углеводного обмена – глюкозо-6-фосфата. Если рас­ сматривать регуляцию обмена веществ с позиций функциональной системы П. К. Анохина, то именно уровень глюкозы в периферической крови – это наиболее важный сигнал, изменяющий по принципу об­ ратной афферентации весь метаболизм. Действие и восприятие этого сигнала в нейроэндокринной системе носит многоуровневый характер.

Во-первых, повышение концентрации глюкозы приводит не­ посредственно на уровне -клеток поджелудочной железы к усилению синтеза и секреции инсулина (рис. 34). Этот эффект связывают, преж­ де всего, с регуляцией глюкозой экзоцитоза содержащих инсулин гра­ нул β-клеток. Глюкоза проникает через наружную мембрану β-клеток с помощью белка GLUT2, транспортирующего глюкозу. У мышей с генетическим дефектом GLUT2 развивается гипергликемия и гипоин­ сулинемия, сопровождающаяся нарушением первой фазы секреции инсулина. Степень выраженности секреции инсулина β-клетками на­ ходится в прямой зависимости от уровня метаболизма в них глюкозы. Лимитирующим ферментом скорости катаболизма глюкозы в ­ клетках является глюкокиназа, катализирующая превращение глюкозы в глюкозо-6-фосфат (во многих других клетках эта реакция катализи­ руется преимущественно гексокиназой). Доказано, что выраженность экзоцитоза гранул и высвобождения инсулина определяется концен­ трацией в -клетках промежуточных метаболитов обмена глюкозы, в частности пирувата и фосфоенолпирувата (метаболиты гликолиза), а также отношениями концентраций АТФ/АДФ и НАДФH+H+/НАДФ+.

287

Для поиска новых антидиабетических препаратов существенны иссле­ дования последних лет роли в высвобождении инсулина -клетками пируват-цитратного, пируват-малатного и/или пируват-изоцитратного циклов, а также участия длинноцепочечных жирных кислот в качестве эндогенных лигандов ядерных рецепторов PPARs (англ. peroxisome- proliferator-activated receptors), которые на внутриклеточном уровне функционируют как сенсоры в регуляции обмена липидов на уровне изменения экспрессии генов. Показано, что увеличение уровня АТФ приводит к закрытию АТФ-зависимых SUR1/Kir6.2 калиевых каналов (KАТФ-каналов), что ведет к деполяризации мембраны. Деполяризация вызывает открытие потенциал-зависимых кальциевых каналов, что приводит к повышению проникновения Ca2+ в клетку. Увеличение уровня Ca2+ в клетке активирует фосфолипазу C, которая расщепляет фосфатидилинозитол-4,5-дифосфат на инозитол-1,4,5-трифосфат и диацилглицерол. Инозитолтрифосфат связывается с рецепторными белками эндоплазматического ретикулума. Это приводит к высвобож­ дению связанного внутриклеточного Ca2+ и резкому повышению его концентрации. Значительное увеличение концентрации в клетке Ca2+ приводит к высвобождению заранее синтезированного инсулина, хра­ нящегося в секреторных гранулах. Увеличение уровня НАДФH+H+, образующегося в пентозном цикле, приводит как к прямому увеличе­ нию экзоцитоза содержащих инсулин гранул, так и к усилению Ca2+- и АТФ-зависимого ответа за счет удлинения времени инактивации по­ тенциал-зависимых K+-каналов, реполяризующих клеточную мембра­ ну после ее деполяризации закрытием KАТФ-каналов. Гормоны и ме­ диаторы, повышающие уровень внутриклеточного циклического АМФ (цАМФ), также повышают секрецию инсулина β-клетками. Увеличе­ ние концентрации цАМФ приводит к повышению уровня внутрикле­ точного Ca2+ как непосредственно через активацию L-типа кальциевых каналов, так и через активацию протеинкиназы А. Последняя фосфо­ рилирует и закрывает KАТФ-каналы, что приводит к деполяризации плазматической мембраны. Помимо этого цАМФ повышает чувстви­ тельность внутриклеточных компонентов, ответственных за секрецию инсулина, к уровню внутриклеточного Ca2+, в результате чего Ca2+­ индуцированная секреция усиливается при более низкой концентрации Ca2+. Протеинкиназа А также быстро фосфорилирует белки, ответст­ венные за секрецию инсулина. Наконец, цАМФ стимулирует экспрес­ сию инсулиновых генов как непосредственно за счет связывания с цАМФ-отвечающими элементами или CRE (англ. cAMP response elements) промотора инсулинового гена, так и опосредованно – за счет фосфорилирования транскрипционного фактора CREB (англ. cAMP

289