Кинетическая теория Кларка

Впервые попытку дать кинетическое описание всей системы проведения гормонального сигнала (от связывания с рецептором до реализации биологического эффекта) предпринял Кларк в 1926 г. Он предположил, что существует прямопропорциональная зависимость между долей рецепторов, связавшихся с веществом, и ответом ткани на это вещество. Иными словами, при оккупации гормоном 50% рецепторов развивается полумаксимальный биологический эффект, следовательно, константа сродства, определяемая в физиологоическом эксперименте, является истинной, характеризует сродство рецептора к гормону.

Вскоре, однако, было обнаружено, что максимальный биологический эффект может развиваться даже в том случае, если гормон оккупировал лишь малую долю рецепторов.

Так, например, после преинкубации гладких мышц, сердца и других тканей, с кураре или атропином образуется прочный комплекс между холинергическим рецептором и соответствующим антагонистом. Этот комплекс может разрушаться лишь в течение десятков минут, однако эффект ацетилхолина (причем такой же по величине, как и на непреинкубированной ткани) развивается уже спустя несколько секунд после начала отмывания рецептора от блокатора. Это противоречие эксперимента с теорией Кларка можно было объяснить вытеснением блокатора ацетилхолином путем отрицательной кооперативности. Однако выявление таких же эффектов при использовании блокаторов, которые необратимо связываются с рецептором (например, дибензамина), исключало такое объяснение. Стало ясно, что в клетке существует "избыток" рецепторов, благодаря чему гормон или его агонист может вызвать максимальный ответ даже тогда, когда он оккупирует лишь небольшую долю клеточных рецепторов.

Концентрация катехоламинов, циркулирующих в крови, равна 10^-9 - 10^-8M. Сродство рецепторов к этим гормонам обычно ниже (К=10^-7 - 10^-6М). Полумаксимльная активация аденилатциклазы в мембранных препаратах, выделенных из разных тканей, наблюдается в присутствии сравнительно высоких концентраций катехоламинов (10^-7 - 10^-6M), а влияние на гликогенолиз или липолиз в тканях (эффекты, опосредуемые синтезом цАМФ) обычно происходит в присутствии низких концентраций катехоламинов (10^-9 -10^-8М). Показано, что для проявления биологического эффекта катехоламинам достаточно связывание менее, чем с 1% бета- адренергических рецепторов. Существует также 100-кратый избыток рецепторов гистамина, не менее, чем 10-кратный "избыток" рецепторов глюкагона, ангиотензина, АКТГ и рецепторов многих других гормонов.

Тот факт, что оккупация гормоном небольшого количества клеточных рецепторов приводит к развитию максимального физиологического ответа ткани объясняется высокой степенью усиления гормонального сигнала (10⁵ - 10⁸ раз). Это значит, что при связывании с рецептором одной молекулы гормона в клетке может появиться (или исчезнуть) 10⁵- 10⁸ молекул определенных веществ или ионов. Существование "избытка" рецепторов обеспечивает клетке высокую чувствительность к внеклеточным регуляторам.

Как уже отмечалось, есть вещества, связывание которых с рецепторами вызывает такой же по величине эффект, как и связывание гормона (агонисты), есть и такие, при связывании которых никогда не достигается максимальный эффект (частичные агонисты), а есть вещества, и вовсе не вызывающие биологического эффекта, но связывающиеся с рецептором (антагонисты). Следовательно, величина биологического эффекта далеко не всегда отражает меру занятости рецепторов тем, или иным веществом.