Подавляющее большинство биологически активных веществ (гормонов, нейромедиаторов, ядов, токсинов, лекарственных препаратов или других агентов) изменяет функциональную или метаболическую активность клеток несколькими способами. Так, они могут изменять концентрацию ионов, коферментов и субстратов метаболизма в клетке, а также распределение молекул-мишеней между клеточными компартментами или олигомерными белковыми комплексами. Часто это достигается путем изменения проницаемости клеточных мембран для ионов или метаболитов. Например, потенциал действия, вызываемый нейромедиаторами, возникает в результате входа Na+ и выхода K+ из клетки. Альдостерон и вазопрессин контролируют проницаемость мембран в почках для Na+ и воды, тем самым регулируя объем крови. Многие гормоны вызывают вход Са2+ в клетку, вызывая широкий спектр реакций, включая мышечное сокращение.
Гормоны могут активировать или тормозить каталитическую активность специфических ферментов-мишеней. Как правило, это быстрые реакции. Чаще они достигаются путем посттрансляционных модификаций с присоединением низкомолекулярных радикалов. Примеры некоторых из них показаны на рис. 1.10. Кроме того, для быстрого изменения активности ферментов используются ограниченный протеолиз и аллостерическая регуляция.
Стероидные и тиреоидные гормоны могут изменять количество того или иного белка или фермента. Это достигается изменением скорости синтеза или деградации этих молекул. Это наиболее длительный и энергетически затратный путь регуляции.
2.1. ПОДДЕРЖАНИЕ МЕТАБОЛИЧЕСКОГО БАЛАНСА
По выражению Клода Бернара (Claude Bernard), «неизменность внутренней среды организма есть основное условие полной независимости жизни». Неизменность внутренней среды, или гомеостаз, поддерживается за счет постоянного притока в клетку веществ и энергии, уравновешенного их запасанием, использованием и выводом продуктов распада. Редким исключением являются случаи, когда питательные вещества непосредственно служат строительным материалом клетки, не будучи разрушенными до более простых соединений. Для сохранения собственного «лица» организму нужны полимеры «собственного изготовления». Поэтому клетки животных идут на большие энергетические затраты, разрушая поступившие извне полимеры, а затем строя собственные из образующихся более простых соединений.