Стресс и патология

Ранее было замечено, что митотический индекс зависит от двигательной активности животных. Это наблюдение отражает известное правило – работа и деление клеток несовместимы [380]. Уровень энергетического обмена в свою очередь также зависит от двигательной активности, которая влияет на него через гормоны. По мнению В. Буллоу, последовательно развивавшего представление об определяющей роли глюкозы как энергетического фактора в делении клеток, стимулирующее или тормозящее действие гормонов на митозы связано с одной ключевой ферментативной реакцией, катализируемой гексокиназой, и осуществляется путем усиления или ослабления притока энергии в G₂-периоде клеточного цикла, во время которого аккумулируется необходимая для митоза энергия [246].

Из приведенных данных следует, что Г-6-Фаза – это маркерный фермент дифференцировки, а гексокиназа – маркерный фермент пролиферации, функционирование которых генетически детерминировано реципрокным влиянием соответствующих промоторов (кортикостероидов или инсулина). В течение суток содержание гормоновиндукторов в крови, равно как и активность обоих ферментов в органах-мишенях, колеблется в противофазе друг к другу. Это полностью отвечает требованиям модели Ф. Жакоба и Ж. Моно [111] и, следовательно, может адекватно отражать ее функционирование in situ.

Исследования этой и других схем Ф. Жакоба и Ж. Моно, проведенные на аналоговой машине, показали, что для триггерной модели абсолютно исключен автокатализ и соответственно внутренняя колебательная неустойчивость. Переключение триггера из одного устойчивого состояния в другое всегда осуществляется внешним сигналом [155].

Описанный выше суточный ритм изменения активности гексокиназы и Г-6-Фазы отражает циркадные колебания гормонального фона крови [19], а функционирование данной ферментной системы в автоколебательном режиме невозможно даже по формальным соображениям. Дело в том, что в печени оба фермента могут взаимодействовать друг с другом, составляя типичный футильный (бесполезный энергозатратный) цикл, где угнетаются собственными продуктами:

Автор теории футильных циклов Е. Сельков считает, что когда концентрации АТФ и АДФ в клетке стабилизированы и относительная концентрация глюкозы много больше, чем Г-6-Ф, т. е. если

[Глюкоза] / K iГ-6-Фаза >> [Г – 6 – Ф] / K_iГК, (2)

где К_{i Г-6}-Фаза и К_{i ГК} – константы ингибирования ферментов своими продуктами, то

V_ГК >> V _Г-6-Ф (3)

и в этом случае синтезируется Г-6-Ф со скоростью

V = V_ГК – V_Г-6-Фаза > 0. (4)

Когда относительная концентрация глюкозы много меньше относительной концентрации Г-6-Ф, т. е. если

[Глюкоза] / K iГ-6-Фаза << [Г – 6 – Ф] / K_iГК, (5)

то процесс идет в обратную сторону и Г-6-Ф распадается со скоростью

V = V_ГК– V_Г-6-Фаза < 0. (6)

Анализ взаимодействия гексокиназы и Г-6-Фазы, проведенный Сельковым, показал, что при неизменной концентрации глюкозы в среде и фиксированном состоянии углеводного обмена цикл (1) не только не может автономно (т. е. сам без внешних воздействий) переходить от состояния (2) к состоянию (5) и обратно, но даже активно сопротивляется любым изменениям. Действительно, любой прирост концентрации Г-6-Ф в системе при фиксированной концентрации глюкозы приведет к увеличению V_Г-6-Фазы и уменьшению V_ГК, что будет противодействовать первопричинному повышению концентрации Г-6-Ф [156].

Из схемы (1) видно, что как только цикл перестает обмениваться хотя бы одним из субстратов со средой или углеводным метаболизмом, он стабилизирует максимально бесполезное состояние, где скорости встречных реакций равны друг другу

V_ГК = V_Г-6-Фаза

и где фактически будет выполняться только эквивалентная АТФазная реакция:

Однако такой вариант работы футильного цикла in vivo вряд ли возможен, хотя бы потому, что печень выполняет функции гомеостата глюкозы крови. Постоянное соответствие скорости поглощения и высвобождения глюкозы печенью степени гипергликемии или гипогликемии объясняют результирующим эффектом работы двух функционально сопряженных ферментов – гексокиназы и Г-6-Фазы [372]. Преобладание активности одного из ферментов, объединенных в субстратный цикл, абсолютно необходимо для печеночных клеток, поскольку именно оно определяет направление потока глюкозы и соответственно уровень гликемии. Постулированные Е. Сельковым переключения нетто-тока субстратов, а также вывод о том, что сигналы, вызывающие перемену его направления, генерируются вне футильного цикла [156], уже сами по себе поддерживают триггерную схему регуляции взаимодействия гексокиназы и Г-6-Фазы в гепатоцитах, которая реализуется с помощью гормонов на генетическом уровне.

Функционирование генетически детерминированного триггерного механизма в печени, являющейся органом-мишенью действия кортикостероидов и инсулина, удобно исследовать на моделях с более или менее длительным изменением функционирования глюкозо-глюкозо-6-фосфат субстратного цикла (переключения 2–5 по Е. Селькову), которое достигается воспроизведением гипер– или гипофункции соответствующих эндокринных желез.