Обе фосфорилазы  построены из двух идентичных субъединиц, в каждой остаток серина в положении 14 подвергается процессу фосфорилирования–дефосфорилирования, соответственно активированию и  инактивированию.

Ковалентная регуляция гликогенфосфорилазы.

Под действием  киназы фосфорилазы b, активность которой  регулируется цАМФ-зависимой протеинкиназой, обе субъединицы молекулы неактивной формы фосфорилазы b подвергаются ковалентному фосфорилиро-ванию и превращаются в активную фосфорилазу а. Дефосфорилирование последней под действием специфической  фосфатазы фосфорилазы а приводит к инактивации фермента и возврату в исходное состояние.

В мышечной ткани  открыты 3 типа регуляции гликогенфосфорилазы.  
Первый тип – ковалентная регуляция, основанная на гормонзависимом фосфорилировании–дефосфорилировании субъединиц фосфорилазы. 
Второй тип – аллостерическая регуляция. Она основана на реакциях аденилирования–деаденилирования субъединиц гликогенфосфорилазы b (соответственно активирование–инактивирование). Направление реакций определяется отношением концентраций АМФ и АТФ, присоединяющихся не к активному центру, а к аллостерическому центру каждой субъединицы.

Аллостерическая регуляция гликогенфосфорилазы.

В работающей мышце  накопление АМФ, обусловленное тратой АТФ, вызывает аденилирование и активирование  фосфорилазы b. В покое, наоборот, высокие  концентрации АТФ, вытесняя АМФ, приводят к аллостерическому ингибированию  этого фермента путем деаденилирования. 
Третий тип – кальциевая регуляция, основанная на аллостерическом активировании киназы фосфорилазы b ионами Са²⁺, концентрация которых повышается при мышечном сокращении, способствуя тем самым образованию активной фосфорилазы а.

Гуанилатциклазная мессенджерная система

Довольно долгое время циклический гуанозинмонофосфат (цГМФ) рассматривался как антипод  цАМФ. Ему приписывали функции, противоположные  цАМФ. К настоящему времени получено много данных, что цГМФ принадлежит  самостоятельная роль в регуляции  функции клеток. В частности, в  почках и кишечнике он контролирует ионный транспорт и обмен воды, в сердечной мышце служит сигналом релаксации и т.д.

Биосинтез цГМФ из ГТФ осуществляется под действием  специфической гуанилатциклазы  по аналогии с синтезом цАМФ:

Схематическое выражение центральной  роли цАМФ и протеинкиназы  в гормональной регуляции  синтеза и распада  гликогена. 
Адреналинрецепторный комплекс: АЦ - аденилатциклаза, G - G-белок; С и R - соответственно каталитические и регуляторные субъединицы протеинкиназы; КФ - киназа фосфорилазы b; Ф - фосфорилаза; Глк-1-P - глюкозо-1-фосфат; Глк-6-P - глюкозо-6-фосфат; УДФ-Глк - уридиндифосфатглюкоза; ГС - гликогенсинтаза.

Известны четыре разные формы гуанилатциклазы, три  из которых являются мембраносвязанными и одна – растворимая открыта  в цитозоле.

Мембраносвязанные формы состоят из 3 участков:  
рецепторного, локализованного на внешней поверхности плазматической мембраны;  
внутримембранного домена и  
каталитического компонента, одинакового у разных форм фермента.  
Гуанилатциклаза открыта во многих органах (сердце, легкие, почки, надпочечники, эндотелий кишечника, сетчатка и др.), что свидетельствует о широком ее участии в регуляции внутриклеточного метаболизма, опосредованном через цГМФ. Мембраносвязанный фермент активируется через соответствующие рецепторы короткими внеклеточными пептидами, в частности гормоном предсердным натрийуретическим пептидом (АНФ), термостабильным токсином грамотрицательных бактерий и др. АНФ, как известно, синтезируется в предсердии в ответ на увеличение объема крови, поступает с кровью в почки, активирует гуанилатциклазу (соответственно повышает уровень цГМФ), способствуя экскреции Na и воды. Гладкие мышечные клетки сосудов также содержат аналогичную рецептор-гуанилатциклазную систему, посредством которой связанный с рецептором АНФ оказывает сосудорасширяющее действие, способствуя снижению кровяного давления. В эпителиальных клетках кишечника активатором рецептор–гуанилатциклазной системы может служить бактериальный эндотоксин, который приводит к замедлению всасывания воды в кишечнике и развитию диареи.

Растворимая форма  гуанилатциклазы является гемсодержащим  ферментом, состоящим из 2 субъединиц. В регуляции этой формы гуанилатциклазы  принимают участие нитровазодилататоры, свободные радикалы – продукты перекисного  окисления липидов. Одним из хорошо известных активаторов является эндотелиальный фактор (EDRF), вызывающий релаксацию сосудов. Действующим компонентом, естественным лигандом, этого фактора служит оксид азота NO. Эта форма фермента активируется также некоторыми нитрозовазодилататорами (нитроглицерин, нитропруссид и др.), используемыми при болезнях сердца; при распаде этих препаратов также освобождается NO.

Оксид азота  образуется из аминокислоты аргинина при участии сложной Са²⁺-зависимой ферментной системы со смешанной функцией, названной NO-синтазой:

Оксид азота  при взаимодействии с гемом гуанилатциклазы  способствует быстрому образованию  цГМФ, который снижает силу сердечных  сокращений путем стимулирования ионных насосов, функционирующих при низких концентрациях Са²⁺. Однако действие NO кратковременное, несколько секунд, локализованное – вблизи места его синтеза. Подобный эффект, но более длительный оказывает нитроглицерин, который медленнее освобождает NO.

Получены доказательства, что большинство эффектов цГМФ опосредовано через цГМФ-зависимую протеинкиназу, названную протеинкина-зой G. Этот широко распространенный в эукариотических  клетках фермент получен в  чистом виде. Он состоит из 2 субъединиц – каталитического домена с последовательностью, аналогичной последовательности С-субъединицы  протеинкиназы А (цАМФ-зависимой), и  регуля-торного домена, сходного с R-субъединицей протеинкиназы А. Однако протеинкиназы  А и G узнают разные последовательности белков, регулируя соответственно фосфорилирование ОН-группы серина и треонина разных внутриклеточных белков и оказывая тем самым разные биологические  эффекты.

Уровень циклических  нуклеотидов цАМФ и цГМФ в клетке контролируется соответствующими фосфодиэстеразами, катализирующими их гидролиз до 5'-нуклеотидмонофосфатов  и различающимися по сродству к цАМФ и цГМФ. Выделены и охарактеризованы растворимая кальмоду-линзависимая фосфодиэстераза и мембраносвязанная  изоформа, не регулируемая Са²⁺ и кальмодулином.

Са²⁺-мессенджерная система

Ионам Са²⁺ принадлежит центральная роль в регуляции многих клеточных функций. Изменение концентрации внутриклеточного свободного Са²⁺ является сигналом для активации или ингибирования ферментов, которые в свою очередь регулируют метаболизм, сократительную и секреторную активность, адгезию и клеточный рост. Источники Са²⁺ могут быть внутри- и внеклеточными. В норме концентрация Са²⁺ в цитозоле не превышает 10^-7 М, и основными источниками его являются эндоплазматический ретикулум и митохондрии. Нейрогормональные сигналы приводят к резкому повышению концентрации Са²⁺ (до 10^–6 М), поступающего как извне через плазматическую мембрану (точнее, через потенциалзависимые и рецепторзависимые кальциевые каналы), так и из внутриклеточных источников. Одним из важнейших механизмов проведения гормонального сигнала в кальций–мессенджерной системе является запуск клеточных реакций (ответов) путем активирования специфической Са²⁺-кальмодулин-зависимой протеинкиназы. Регуляторной субъединицей этого фермента оказался Са²⁺-связывающий белок кальмодулин. При повышении концентрации Са²⁺ в клетке в ответ на поступающие сигналы специфическая протеинкиназа катализирует фосфорилирование множества внутриклеточных ферментов – мишеней, регулируя тем самым их активность. Показано, что в состав киназы фосфорилазы b, активируемой ионами Са²⁺, как и NO-синтазы, входит кальмодулин в качестве субъединицы. Кальмодулин является частью множества других Са²⁺-связывающих белков. При повышении концентрации кальция связывание Са²⁺ с кальмодулином сопровождается конформационными его изменениями, и в этой Са²⁺-связанной форме кальмодулин модулирует активность множества внутриклеточных белков (отсюда его название).

К внутриклеточной  системе мессенджеров относят также  производные фосфолипидов мембран  эукариотических клеток, в частности  фосфорилированные производные  фосфатидилинозитола. Эти производные  освобождаются в ответ на гормональный сигнал (например, от вазопрессина или  тиротропина) под действием специфической  мембраносвязанной фосфолипазы  С. В результате последовательных реакций  образуются два потенциальных вторичных  мессенджера – диацилглицерол и  инозитол-1,4,5-трифосфат.

Биологические эффекты этих вторичных мессенджеров реализуются по-разному. Действие диацилглицерола, как и свободных ионов Са²⁺, опосредовано через мембраносвязанный Са-зависимый фермент протеинкиназу С, которая катализирует фосфорилирование внутриклеточных ферментов, изменяя их активность. Инозитол-1,4,5-трифосфат связывается со специфическим рецептором на эндоплазматическом ретикулуме, способствуя выходу из него ионов Са²⁺ в цитозоль.

Таким образом, представленные данные о вторичных  мессенджерах свидетельствуют о  том, что каждой из этих систем посредников  гормонального эффекта соответствует  определенный класс протеинкиназ, хотя нельзя исключить возможности существования  тесной связи между этими системами. Активность протеинкиназ типа А регулируется цАМФ, протеинкиназы G – цГМФ; Са²⁺-кальмодулинзависимые протеинкиназы находятся под контролем внутриклеточной [Са²⁺], а протеинкиназа типа С регулируется диацилглицеролом в синергизме со свободным Са²⁺ и кислыми фосфолипидами. Повышение уровня какого-либо вторичного мес-сенджера приводит к активации соответствующего класса протеинкиназ и последующему фосфорилированию их белковых субстратов. В результате меняется не только активность, но и регуляторные и каталитические свойства многих ферментных систем клетки: ионных каналов, внутриклеточных структурных элементов и генетического аппарата.

2)Реализация  эффекта после  проникновения гормона  внутрь клетки

Во этом случае рецепторы для гормона находятся  в цитоплазме клетки. Гормоны этого  механизма действия в силу своей  липофильности легко проникают  через мембрану внутрь клетки-мишени и связываются в ее цитоплазме специфическими белками-рецепторами. Гормон-рецепторный комплекс входит в клеточное ядро. В ядре комплекс распадается, и гормон взаимодействует  с определенными участками ядерной  ДНК, следствием чего является образование  особой матричной РНК. Матричная  РНК выходит из ядра и способствует синтезу на рибосомах белка или  белка-фермента. Так действуют стероидные гормоны и производные тирозина — гормоны щитовидной железы. Для  их действия характерна глубокая и  длительная перестройка клеточного метаболизма.

Известно, что  эффект стероидных гормонов реализуется  через генетический аппарат путем  изменения экспрессии генов. Гормон после доставки с белками крови  в клетку проникает (путем диффузии) через плазматическую мембрану и  далее через ядерную мембрану и связывается с внутриядерным  рецептором–белком. Комплекс стероид–белок  затем связывается с регуляторной областью ДНК, с так называемыми  гормончувствительными элементами, способствуя транскрипции соответствующих  структурных генов, индукции синтеза  белка de novo и изменению метаболизма  клетки в ответ на гормональный сигнал.

Следует подчеркнуть, что главной и отличительной  особенностью молекулярных механизмов действия двух основных классов гормонов является то, что действие пептидных  гормонов реализуется в основном путем посттрансляционных (постсинтетических) модификаций белков в клетках, в  то время как стероидные гормоны (а также тиреоидные гормоны, ретиноиды, витамин D3-гормоны) выступают в качестве регуляторов экспрессии генов.

Инактивация гормонов происходит в эффекторных органах, в основном в печени, где гормоны  претерпевают различные химические изменения путем связывания с  глюкуроновой или серной кислотой либо в результате воздействия ферментов. Частично гормоны выделяются с мочой  в неизмененном виде. Действие некоторых  гормонов может блокироваться благодаря  секреции гормонов, обладающих антагонистическим  эффектом.

Виды  взаимодействия гормонов.

Каждый гормон не работает в одиночку. Поэтому  необходимо учитывать возможные  результаты их взаимодействия.

Синергизм — однонаправленное действие двух или нескольких гормонов. Например, адреналин и глюкагон активируют распад гликогена печени до глюкозы и вызывают увеличение уровня сахара в крови.

Антагонизм всегда относителен. Например, инсулин и адреналин оказывают противоположные действия на уровень глюкозы в крови. Инсулин вызывает гипогликемию, адреналин — гипергликемию. Биологическое же значение этих эффектов сводится к одному — улучшению углеводного питания тканей.

Пермиссивное  действие гормонов заключается в том, что гормон, сам не вызывая физиологического эффекта, создает условия для ответной реакции клетки или органа на действие другого гормона. Например, глюкокортикоиды, не влияя на тонус мускулатуры сосудов и распад гликогена печени, создают условия, при которых даже небольшие концентрации адреналина увеличивают артериальное давление и вызывают гипергликемию в результате гликогенолиза в печени.