Инсулин биохимия

Инсулин
Часть I.
Строение и функции инсулина.

В предыдущих статьях серии «Диабет» мы рассмотрели причины возникновения этого заболевания и сопровождающие его изменения метаболизма. В большинстве случаев сахарный диабет развивается при недостаточности инсулина или при устойчивости к его действию. Примерно у 10% больных наблюдается сахарный диабет типа I, то есть инсулин зависимый сахарный диабет I типа (ИЗСД) — аутоиммунное заболевание, обусловленное деструкцией (дисфункцией) b-клеток островков Лангерганса поджелудочной железы [1], ответственных за биосинтез инсулина в организме человека.

1. Биологические функции инсулина

Инсулин является полипептидным гормоном, играющим ключевую роль в интеграции процессов использования топливных веществ. Общая характеристика функции инсулина состоит в том, что в мышцах, печени и жировой ткани он усиливает анаболитические и ингибирует катаболитические процессы.

2. Гормоны поджелудочной железы.

Выше уже отмечалось, что в организме человека инсулин синтезируется в b-клетках островков Лангерганса поджелудочной железы. Поджелудочная железа, по сути дела, представляет собой два разных органа, объединенных в единую морфологическую структуру. Основная масса клеток поджелудочной железы выполняет экзокринную функцию, секретируя в просвет двенадцатиперстной кишки ферменты и ионы, необходимые для процессов пищеварения. Эндокринная часть железы состоит из 1 — 2 миллионов островков Лангерганса, на долю которых приходится 1 — 2 % всей массы поджелудочной железы. Островковый аппарат поджелудочной железы секретирует, по крайней мере четыре гормона: инсулин, глюкагон, соматостатин и панкреатический полипептид. Причем, каждый тип клеток ответственен за синтез только одного типа гормона (см. таблицу 1).

Таблица 1.

Эти гормоны высвобождаются в панкреатическую вену, впадающую в воротную вену, что имеет очень важное значение, поскольку для инсулина и глюкагона печень служит главной мишенью. Основная роль этих двух гормонов сводится к регуляции углеводного обмена, однако они оказывают влияние и на многие другие процессы. Соматостатин впервые был идентифицирован в гипоталамусе как гормон, подавляющий секрецию гормона роста. Однако в поджелудочной железе его концентрация выше, чем в гипоталамусе. Этот гормон участвует также в локальной регуляции секреции инсулина и глюкагона. Панкреатический полипептид влияет на желудочно-кишечную секрецию.

3. История открытия

В 1889 году Меринг (Mering) и Миньковский (Minkowski) путем удаления поджелудочной железы получили экспериментальный диабет у собаки с развитием гликозурии, ацетонурии, гипергликемии, нарастающей слабости и резкого истощения, приводившего к гибели животного. В 1892 году Миньковский, пересаживая собаке ее собственную поджелудочную железу под кожу, задерживал у нее развитие диабета, симптомы которого быстро появлялись после удаления трансплантата. Л.В.Шабад (1889) получил легкую форму диабета у собаки после частичного удаления поджелудочной железы с последующей нагрузкой животного сахаром. Также предположение о наличие тесной связи между островками Лангерганса и сахарным диабетом высказывали де Мейер в 1909 году и Шарпей-Шаффер в 1917 году, но только в 1921 году в Торонто Бантинг (Banting) и Бест (Best) доказали это. Экстрагировав подкисленным этанолом ткань поджелудочной железы новорожденного теленка, они выделили некий фактор и, введя полученный препарат депанкреатизированной (с удаленной поджелудочной железой) собаке с клиническими проявлениями сахарного диабета, добились нормализации у нее сахара крови.

4. Биосинтез инсулина

Проинсулин синтезируется в шероховатом эндоплазматическом ретикулуме b-клеток островков Лангерганса поджелудочной железы в виде предшественника — препроинсулина (молекулярная масса 11500 Da). Лидерная последовательность, состоящая из 23 аминокислотных остатков, направляет молекулу предшественник в аппарат Гольджи и там отщепляется.

5. Строение и некоторые физико-химические свойства инсулина.

Молекула инсулина — полипептид, состоящий из двух цепей (рис. 1): А и В; цепи инсулина ковалентно связаны между собой двумя дисульфидными связями А7-В7 и А20-В19. Также в молекуле инсулина имеется еще одна дисульфидная связь у А-цепи: А6-А11 [4]. Локализация всех трех дисульфидных мостиков постоянна, а А- и В-цепи у представителей большинства видов имеют по 21 и 30 аминокислотных остатков соответственно. В обеих цепях во многих положениях встречаются аминокислотные замены, не оказывающие влияния на биологическую активность гормона, однако наиболее распространенными являются замены по 8, 9 и 10 положению А-цепи (см. таблицу 2). Из этого следует, что данный участок скорее всего не имеет критического значения для биологической активности инсулина.

Рис. 1. Схема расположения дисульфидных связей в молекуле инсулина.

Таблица 2.

С другой стороны, некоторые участки и области молекулы обладают высокой консервативностью. К ним относятся:

1. положения трех дисульфидных мостиков;

2. гидрофобные остатки в С-концевом участке В-цепи;

3. С- и N-концевые участки А-цепи. Использование химических модификаций и замен отдельных аминокислотных остатков в этих участках помогли идентифицировать структуру активного центра инсулина. Расположенный на С-конце В-цепи гидрофобный участок участвует также в димеризации инсулина.

Цинк, концентрация которого в b-клетках островков Лангерганса достигает высоких значений, формирует комплексы с инсулином и проинсулином. Инсулины всех позвоночных образуют димеры с помощью водородных связей между пептидными группами остатков В24 и В26 двух мономеров, которые при высоких концентрациях, в свою очередь, реорганизуются в гексамеры, содержащие по два атома цинка в каждом. Наличие такой высокоупорядоченной структуры существенно облегчило изучение кристаллической структуры инсулина. При физиологических концентрациях инсулин находится в мономерной форме.

При восстановлении дисульфидных связей и последующем их окислении, третичная структура практически не восстанавливается (очень низкий выход) [1]. Это объясняется наличием прогормона — проинсулина, полипептидная цепь которого включает последовательность из 30-35 аминокислот, отсутствующая в инсулине. Это связывающий пептид (С-пептид от английского connecting — связывающий); который расположен между карбоксильным концом В-цепи и N-концом А-цепи будущего инсулина. Как и предполагалось, проинсулин обладает способностью к формированию правильно расположенных дисульфидных связей после обработки восстанавливающими агентами и последующего повторного окисления. После замыкания дисульфидных мостиков, стабилизирующих молекулу проинсулина в целом, специальная тhипсиноподобная протеиназа «вырезает» С-пептид [5]. Точки воздействия этой протеиназы предопределены двумя факторами — пространственной структурой проинсулина и присутствием в его полипептидной цепи двух сигналов — двух пар катионных аминокислот, расположенных в последовательности следующим образом: В-цепь — Arg Arg — С-пептид — Lys Arg — А-цепь

Трипсиноподобная протеиназа, процессирующая такой предшественник, узнает пары аминокислот с катионными боковыми группами типа Arg-Arg и Lys-Arg и расщепляет пептидную связь на С-конце таких пар.

6. Биомедицинское значение инсулина.

Инсулин во многих отношениях может служить моделью пептидных гормонов. Он первым из гормонов этой группы был получен в очищенном виде, кристаллизован и синтезирован химическим путем и методами генной инженерии. Исследование путей его биосинтеза привело к созданию концепции пропептидов. Это тем более важно, что инсулин имеет огромное значение как медикаментозное средство, поскольку более пяти процентов населения развитых стран страдает инсулин зависимым сахарным диабетом (диабетом I типа) и примерно столько же людей имеют предрасположенность к данному заболеванию.

Как уже отмечалось, в основе инсулин зависимого сахарного диабета лежит недостаточность инсулина, связанная либо с его отсутствием (нарушения при синтезе предшественника или посттрансляционных модификациях), либо с устойчивостью к его эффектам (например, инсулинорезистентность типа А, проявляющаяся в генетически обусловленных изменениях структуры инсулинового рецептора, приводящих к нарушению связывания гормона клетками). С каждым годом возрастает число пациентов, которым необходимы регулярные инъекции экзогенного инсулина. В связи с этим возникает потребность в производстве этого гормона в достаточных количествах. Следующая статья данной серии будет посвящена методам биотехнологического получения инсулина человека.

Автор статьи: Воюшин К. Е.

1. Биохимия./ Страйер Л.// Москва, Мир, 1985.
2. Биохимия человека./ Марри Р., Греннер Д., Мейес П., Родуэлл В.// Москва, Мир, 1993.
3. Signal transduction events in the regulation of insulin. / Biden T. J. // Proc. Austral. Physiol. and Pharmacol. Soc., 1997 — 28, № 1 стр. 84.
4. Молекулярная биология клетки./ Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рефф М., Робертс К., Уотсон Дж.// Москва, Мир, 1994.
5. Молекулярная биология. Структура и функции белков./ Степанов В. М.// Москва, Высшая школа, 1996.

www.rusbiotech.ru

Инсулин — биохимия, варианты

Сахарным диабетом страдают 1—2 % населения. Чтобы успешно контролировать это заболевание, необходимо тесное сотрудничество врача и больного.

Общая классификация сахарного диабета:
— Тип I (инсулинзависимый сахарный диабет, ИЗСД), обычно встречается у молодых лиц и связан с невозможностью секретировать инсулин;
— Тип II (инсулиннезависимый сахарный диабет, ИНСД), как правило, встречается у пожилых, часто имеющих ожирение лиц с сохраненной секрецией инсулина, но резистентных к его действию.

Впервые инсулин (в виде экстракта из островковых клеток поджелудочной железы) был введен 14-летнему пациенту с недостаточностью инсулина 11 января 1922 г. в Торонто (Канада).

Инсулин секретируется и депонируется (связанным с цинком) в гранулах b-клеток поджелудочной железы. В сутки он секретируется в количестве 30 — 40 ЕД, что составляет около 25 % от его общего содержания в поджелудочной железе. Высокая концентрация в крови глюкозы является основным фактором, вызывающим секрецию инсулина.

Молекула инсулина состоит из двух полипептидных цепей. Цепь А содержит 21 аминокислотный остаток, цепь Е — 30 аминокислотных остатков. Цепи соединены двумя дисульфидными мостиками. Основная структурная часть, метаболически активная, одинакова у всех видов млекопитающих и у человека, но у отдельных видов животных небольшие структурные изменения обусловливают образование антител у всех больных, получавших препараты инсулина животных. Последние также неизбежно содержат хотя бы незначительное количество примесей .
• Бычий инсулин отличается от инсулина человека тремя аминокислотами и имеет большую антигенность для человека, чем
• свиной инсулин, отличающийся от инсулина человека только одной аминокислотой.
• Инсулин человека (1980) получают либо с помощью ферментативной модификации инсулина свиньи, либо используя рекомбинантную ДНК для синтеза проинсулина — предшественника инсулина. Делают это путем искусственного введения ДНК в Escherichia coli или в дрожжи. Эти три формы инсулина имеют одинаковую аминокислотную последовательность, но отдельно обозначаются как инсулин етр (ферментативно модифицированный свиной), prb (проинсулин рекомбинантный бактериальный), pyr (предшественник инсулина рекомбинантный дрожжевой).

Хотя одной из причин использования инсулина человека было стремление избежать образования антител, аллергия на более старые препараты инсулина в значительной степени обусловлена имеющимися в них примесями и одинаково успешно устраняется при использовании высокоочищенного моноклонального инсулина свиньи или быка. Другие препараты инсулина были сняты с производства.

Несмотря на отсутствие различий в активности между инсулином человека и животных, любая замена препарата, назначенного больному, должна быть тщательно проконтролирована.

dommedika.com

1. Строение инсулина.

2. Синтез и секреция инсулина. 

3. Распад инсулина.

4. Сахарный диабет.

Инсулин – полипептид, состоящий из двух полипептидных цепей, соединенных двумя дисульфидными связями . А (или альфа) – цепь инсулина состоит из 21 аминокислотного остатка, В (или бета)-цепь инсулина состоит из 30 аминокислотных остатков. Дисульфидные связи соединяют остатки А7 и В7 и остатки А20 и В19. В А-цепи дисульфидные связи соединяют 6 и 11 аминокислотных остатков. Инсулины различных видов животных отличаются по аминокислотному составу. Это практически не влияет на биологическую активность. В присутствии  цинка молекулы гормона могут ассоциировать в гесамерные комплексы. В настоящее время в лабораторных условиях (исследовательские лаборатории «Эли Лилли») путем целенаправленного изменения первичной структуры создан инсулин, обладающий некоторыми важными свойствами, отсутствующими у природного гормона. Фактически создан искусственный белок с заранее заданными свойствами.

Синтез и секреция инсулина.

Инсулин синтезируется в В-клетках поджелудочной железы в виде предшественника, который называется препроинсулин. Молекула препроинсулина представляет собой одну полипептидную цепь, которая содержит более 100 аминокислотных остатков. После отщепления части молекулы (пре-фрагмент) с N-конца и замыкания дисульфидных связей формируется проинсулин. Из середины одноцепочечной молекулы проинсулина «вырезается» полипептид, в результате чего и образуется биологически активный гормон. Этот процесс полностью заканчивается уже в секреторных гранулах В-клеток поджелудочной железы. «Вырезаемую» часть молекулы называют С-пептидом или соединительным пептидом, так как молекулу проинсулина можно рассмотривать как инсулин, в котором две цепи соединены С-пептидом. Важно отметить, что С-пептид накапливается в секреторных гранулах и секретируется в кровь вместе с инсулином в эквимолярных количествах. Таким образом, количество секретированного С-пептида равно количеству секретированного инсулина.

dendrit.ru

Что такое инсулин

Инсулин это особый гормон, участвующий в регуляции большинства химических процессов организма. Чтобы знать, какое лечение пойдет на пользу человеку, ему важно понимать механизм действия инсулина внутри организма, его синтез или биосинтез, принцип действия на каждый рецептор.

В частности, нужно раскрыть:

• особенности химических реакций, которые протекают с инсулином,
• виды препаратов с этим гормоном,
• требования к применению инсулина,
• методы введения,
• причины необходимости систематического слежения за физическим состоянием человека.

Инсулин продуцируется в организме человека естественным образом. При переваривании еды углеводы из продуктов трансформируются в глюкозу крови. Инсулин выступает основным поставщиком энергии в организме. Гормон вырабатывается в поджелудочной железе.

Гормону отведена важная роль в формировании глюкозы, в частности, формировании ее резерва. Вместе с инсулином в этом процессе принимают участие другие гормоны, например, амилин и глюкагон.

Инсулин выступает природным катализатором химических реакций, на которых базируется обмен веществ в организме. Данный гормон выполняет важный биохимический процесс: переход глюкозы в различные органы и ткани, превращая ее в гликоген.

Дефицит инсулина может стать причиной формирования сахарного диабета. Основными симптомами считается:

• обильное мочеиспускание (6-10 литров в сутки),
• постоянная жажда,
• состояние гиперкликемии,
• кетонемия,
• ненормальный обмен белков,
• серьезное снижение объема гликогена, который содержится в мышцах и печени,
• липидемия (увеличение жиров в составе крови),
• глюкозурия.

Инсулин активно воздействует на синтез гликогена, угнетая превращение аминокислот в глюкозу. Этим объясняется необходимость ввода инсулина сразу после того, как человека был занят физической работой.

Кроме прочего, инсулин участвует в обеспечении аминокислотами клеток, что дает рост вышечных волокон. Но иногда этот гормон негативно влияет на организм человека. Это выражается в депонировании триглицеридов, которые есть в жировой ткани. Так подкожно-жировая прослойка становится больше.

Это один из ключевых недостатков применения данного гормона.

Действие инсулина на обменные процессы

Механизмы воздействия инсулина на организм различаются в зависимости от того, какие процесс обмена веществ рассматриваются. То есть, какое действие имеет этот гормон на обмен глюкозы.

Если содержание инсулина в крови недостаточное, то глюкоза не может проникать в клетки мышечной ткани. В этом случае всю энергию организм получает только от реакции окисления жирных кислот.

При очень высоких нагрузках, мембраны клеток могут снова стать проницаемыми для глюкозы даже тогда, когда концентрация инсулина в крови очень низкая.

Инсулин играет огромную роль в обменных процессах. Именно трансмембранный рецептор, который активируется инсулином, обладает важной функцией при гомеостазе глюкозы.

Если гомеостаз протекает неправильно, это чревато развитием дегенеративных заболеваний, в том числе, рака и сахарного диабета. Кроме этого, нужно обратить особое внимание н печень. Этот орган запасает глюкозу в организме.

Глюкоза может высвобождаться из клеток печени, когда возникает первая необходимость. Инсулин активизирует синтез веществ, которые называют ферменты гликолиза (фосфофруктикиназа, гексокиназа и пируваткиназа). Без них процесс расщепления глюкозы был бы невозможным.

Белки получаемые вместе с едой, расщепляются на необходимые аминокислоты, из которых далее организмом синтезируются собственные белки. Нормальное протекание этого процесса может быть возможно только при участии инсулина. Этот гормон обеспечивает подачу большей части кислот.

Инсулин также существенно увеличивает скорость транскрипции ДНК, что стимулирует формирование РНК. Таким образом, инсулин воздействует на синтез белка в организме человека.

Инсулин активно участвует в липидном обмене, в частности на стадии липогенеза, то есть синтеза жирных кислот.

Фермент липогенеза может быть активным только при участии инсулина. Если этот гормон отсутствует, то нормального обмена веществ не будет.

Механизм действия инсулина

Клетки мишени инсулина это пункты действия гормона. Инсулин способствует хранению и накоплению жиров и глюкозы, которые выступают источниками энергии, внутри клеток. Гормон положительно воздействует на метаболические процессы в тканях, стимулируя рост клеток.

Печень это основной орган, куда попадает инсулин. В этом органе усиливается депонирование глюкозы, которое состоит в ее накоплении в виде гликогена. Внутри печени утилизируется 80% инсулина, который синтезируется поджелудочной железой человека. Остальное количество инсулина поступает в кровоток, а далее в почки.

Как известно, жир выступает самым лучшим способом хранения энергии в человеческом организме. Его формирование из глюкозы также стимулирует гормон инсулин. Им создаются своеобразные энергетические жировые районы. В среднем в мужском организме с весом 70 кг есть около 13 кг жира. Основная доля этого жира находится в жировой ткани.

Инсулин снижает концентрацию жирных свободных кислот в крови, а также способствует накоплению в жировых клетках-мишенях триглицеридов.

Инсулин выполняет свое действие через белок-рецептор. Этот рецептор является сложным интегральным белком клеточной мембраны, который создан из двух субъединиц (a и b). Каждая из них сформирована двумя полипептидными цепочками.

Высокоспецифичный инсулин связывается а-субъединицей рецептора, она при присоединении гормона изменяет свои особенности. Таким образом, возникает тирозинкиназная активность у субъединицы b, это стимулирует разветвленные реакции по активации ферментов.

Вся биохимия последствий взаимодействий инсулина и рецептора еще до конца не ясна, но известно, что возникает появление вторичных посредников, а именно, диацилглицеролов и инозитолтрифосфата. Основной эффект — активация фермента протеинкиназы С с фосфорилирующим действием. С этим связываются изменения в обмене веществ внутри клеток.

Метаболические эффекты инсулина

Инсулин ускоряет превращение глюкозы в триглицериды. Если есть недостаток инсулина, то возникает обратный процесс – мобилизация жиров.

Антикатаболическое действие гормона в том, что инсулин подавляет гидролиз белков, то есть снижает деградацию белков. Также происходит уменьшение липолиза – снижается поступление в кровь жирных кислот.

Выявлено, что самая малая смертельная доза инсулина составляет 100 ЕД. Некоторые остаются в живых и после 3000 ЕД. Если при серьезной передозировке есть возможность, нужно вызвать бригаду скорой помощи.

Инсулин обладает таким эффектами:

1. усиливает поглощение клетками глюкозы и остальных веществ,
2. активирует ключевые ферменты гликолиза,
3. увеличивает интенсивность синтеза гликогена,
4. снижение интенсивности глюконеогенеза: понижается образование в печени глюкозы из разных веществ.

Анаболическое действие гормона выражается в:

• усилении поглощения клетками аминокислот (валин и лейцин),
• усилении доставки в клетку ионов калия, фосфата и магния,
• усилении репликации ДНК и биосинтеза белка,
• усилении синтеза жирных кислот и их последующую этерификацию.

До комы может пройти несколько часов, поэтому даже смертельная доза инсулина не вызовет смертельного исхода. Тем не менее все равно необходимо знать, какая должна быть неотложная помощь при диабетической коме.

Правила употребления инсулина

Схема введения препарата и самая подходящая доза должна устанавливаться компетентным лечащим врачом с учетом всех особенностей человека с сахарным диабетом. Также должен быть рассмотрен характер протекания заболевания и актуальное состояние здоровья.

Цена инсулина составляет примерно 600-700 рублей. Этот препарат нужно использовать исключительно под врачебным контролем.

Механизмы действия гормона инсулин ясны современной медицине. Для лечения людей с сахарным диабетом используются препараты, соответствующие определенной классификации.

Выделяют такие типы инсулин:

1. Быстродействующий инсулин. Эффект от такого вещества проявляется уже через 5 минут после введения. Максимальный результат есть через час. Действие такого инсулина быстро сходит на него. Его употребляют при приема пищи,
2. Инсулин короткого действия. Человек чувствует действие гормона через полчаса. Инсулин должен быть введен до еды,
3. Инсулин средней длительности. Этот вид препарата нужно использовать вместе с инсулином короткого действия либо быстродействующим вариантом. Таким образом, будет достигнут продолжительный эффект,
4. Инсулин длительного действия. Вводится в утреннее время и действует на протяжении суток. Его можно применять в комплексе с быстродействующим или инсулином короткого действия.

Сейчас людям с сахарным диабетом доступно несколько способов употребления инсулина. Гормон можно вводить через шприц с тонкими современными иглами. Таким образом, можно осуществлять быстрые и безболезненные инъекции. Такая игла вводится в жировую ткань либо в такие части тела:

• под кожу,
• в область живота,
• ягодицы,
• плечи,
• бедра.

Вместе с инсулином могут продавать шприц-ручку, которая оснащена шкалой дозировки. Во многих случаях у такого приспособления есть встроенный картридж.

Гормон также может вводиться через иглу, но выполняется укол с помощью курка, а не поршня. Такой аппарат удобно использовать детям, которым приходится выполнять самостоятельное введение препарата.

Помпа дает возможность регулярно вводить инсулин подкожно. Как правило, приспособление используется для района живота. Через нужные временные отрезки помпа направит инсулин в организм по трубке. Помпа это популярное приспособление, позволяющее отменить необходимость использования инъекций.

Но этот метод все-таки вызывает некоторый дискомфорт. Поэтому большое количество ученых работает над тем, чтобы открыть более удобные способы введения инсулина. Ранее проходил процесс популяризации введения гормона при помощи дыхания, но это не возымело успеха.

В настоящее время продажи таких приспособлений запрещены. Продолжается деятельность по созданию особых спреев и специальных пластырей, которые бы позволили вводить гормон инсулин через ротовую полость. Однако, такие аппараты пока не доступны для широкого применения.

Чтобы инсулин продленного действия всосался в кровь за короткое время, его нужно вводить в живот. Определенная часть людей предпочитает делать уколы в плечо. Также часто люди с сахарным диабетом вводят инсулин в ягодицы и бедра. Следует помнить, что в данные области препарат нужно вводить очень медленно.

Понимая механизмы действия гормона инсулин, нужно регулярно производить инъекции одним и тем же способом в одну и ту же область тела. Но для того, чтобы не возникло болезненных и видимых уплотнений, нужно иногда изменять участок тела, в который будет вводиться инсулин. Чаще всего места для уколов чередуются по кругу.

При применении инсулина крайне важно постоянно выполнять мониторинг уровня сахара в крови. На этот фактор оказывают влияние:

• рацион питания и время принятия пищи,
• занятия спортом пациента,
• переживание положительных или отрицательных эмоций,
• особенности терапии других заболеваний.

Одинаковые факторы могут по-разному сказаться на протекании заболевания у разных людей либо на разных этапах жизни человека. Следует каждый день по несколько раз измерять уровень сахара в крови, чтобы полноценно контролировать текущую ситуацию и физическое состояние.

Чтобы проверить уровень глюкозы нужно взять кровь из пальца. На основе такого мониторинга делаются определенные выводы. От того, насколько в крови сконцентрирован сахар, рассчитывается схема по вводимому инсулину.

Нужно помнить, что сахарный диабет первого типа, обычно, продолжается на протяжении всей жизни.

Поэтому нужно систематически следить за своим физическим состоянием и поджелудочной железой, которая продуцирует инсулин.

diabetik.guru

Лекция

Гормоны поджелудочной железы. Механизм действия инсулина. Биохимические признаки сахарного диабета

Инсулин

Инсулин синтезируется β-клетках островков Лангерганца поджелудочной железы в виде предшественника – препроинсулина. Отщепление от него сигнальной последовательности приводит к образования проинсулина, состоящего из А- и В-цепей и соединяющего их С-пептида. Созревание прогормона заключается в «вырезании» протеиназами С-пептида. Зрелый инсулин содержит А- и В-цепи, соединённые двумя дисульфидными мостиками. А-цепь содержит 21 аминокислотный остаток и имеет один дисульфидный мостик. В-цепь состоит из 30 аминокислотных остатков. Превращение инсулина в инсулин начинается в аппарате Гольджи и продолжается в зреющей секреторной грануле β-клеток.

Являясь гормоном немедленного действия, инсулин быстро синтезируется (в течение часа) и секретируется сосскоростью 40 ед./сут. Главный физиологический стимул секреции инсулина – повышение уровня глюкозы крови. Инсулин не имеет белка переносчика в плазме крови, поэтому перид полужизни его не превышает 3-5 мин. Физиологическая концентрация инсулина в крови – 10^-12 – 10^-9 моль/л.

Тканями-мишенями для инсулина являются жировая, мышечная и ткань печени.

Рецепторы инсулина находятся клеточной мембране, являются гликопротеидами, состоят из двух α- и двух β-субединиц соединённых дисульфидными связями, обладают тирозинкиназной активностью.

α-субъединица целиком вне клетки и служит для узнавания связывания инсулина. Две α-субъединицы соединены друг с другом дисульфидными связями. β-субъединица пересекает плазматическую мембрану и имеет большой цитоплазматический участок, который обладает тирозинкиназной активностью, т.е. способностью фосфорилировать белки по тирозину.

Механизм действия инсулина. Инсулин является одним из наиболее изученных белков: его первым из белковых гормонов получили в очищенном виде, кристаллизовали и синтезировали химическим путём и методами генной инженерии. Успехи учённый в этой области отмечены Нобелевскими премиями. Однако механизм действия его на молекулярном уровне изучен не до конца, чем для большинства гормонов. Механизм действия инсулина в настоящее время представляется следующем образом. Инсулин, связавшись с α-субъединицами рецептора, активирует тирозинкиназу β-субъединиц. Первым субстратом для неё является сама β-субъединица, т.е. наблюдается аутофосфорилирование рецептора при связывании его с инсулином. Далее сигнал от гормона идёт в клетку в двух направлениях:

Киназа рецептора включает каскад фосфорилирования ряда клеточных ферментов. Это вызывает конформационные как в молекуле рецептора, так и в мембране клетки. В результате повышается проницаемость клетки для К⁺, Са²⁺, аминокислот глюкозы. Так фосфорилируются и активируются белки-субстраты инсулинового рецептора (IRS), которые активируют сериновые и треониновые протеинкиназы, которые фосфорилируют (уже поостаткам Сер или Тре) разные белки, в т.ч. протеинфосфотазы т.е. ферменты, отщепляющие фосфатные остатки от фосфопротеинов. Т.о., дествие инсулина приводит к специфическому фосфорилированию одних белков и дефосфорилированию других.белки которые фосфорилируются в ответ на инсулин и при этом активируются: ФДЭ, цАМФ , рибосомальный 6S белок, белки цитоскелета (МАР-2, актин, тубулин, фодрин и др.). Фосфорилирование белков цитосклета сразу же после связывания инсулина с клеткой способствуетбыстрому обратимому перемещению белков переносчиков глюкозы (=глюкозных траспортёров) из внутриклеточного депо (везикулы ЭПР) в плазматическую мембрану. Скорость поступления глюкозыв клетку возрастает в 30 – 40 раз. Существует по крайней мере 6 типов переносчиков глюкозы – ГЛЮТ-1, ГЛЮТ-2 и до ГЛЮТ-6. все они являются гликопротеидами.

Однако чаще инсулин вызывает дефосфорилирование белков. Активность ферментов может:

1. повышаться — гликогенсинтетаза, ацетил-КоА-карбоксилаза, α-глицеролфосфатацилтрансфераза, пируватдегидрогеназа, пируваткиназагидроксиметилглутарил-КоА-редуктаза;

2. снижаться – фосфорилаза А, киназа фосфорилазы В, тканевая липаза, фосфоенопируваткарбоксилаза и др. ферменты ГНГ.

Другое направление передачи сигнала от инсулина в клетку связано с фосфорилированием тирозинкиназой рецептора особого G-белка, который можно обозначить как Gins. Это приводит к активации специфической фосфолипазы С. Специфичность фосфолипазы заключается в том, что активируется при связи только инсулина с рецептором и действует не на обычный фосфолипид, а только на фосфолипидилинозитолгликан. В отличие от фосфатилилинозитола этот гликолипидный предшественник содержит остатки только насыщенные жирных кислот, а к инозитолу присоединяется углеводная последовательность, в состав которой входят галактоза, галактозамин. Инсулин –специфическая фосфолипаза С катализирует образование двух посредников: необычной структуры ДАГ, содержащего только насыщенные жирные кислоты и ГИФ. Липофильный ДАГ остаётся в плазматической мембране и усиливает транспорт в клетку глюкозы, аминокислот и ионов(К⁺, Са²⁺). Гидрофильный ГИФ свободно перемещается в цитоплазме и изменяет активность ряда ферментов. Так, повышается активность гексакиназы, фосфофруктокиназы, глицерол-3-фосфатацилрансферазы, Na+/K+-АТФазы, снижается активность аденилатциклазы, ПК А, ФЭП-карбоксилазы и др. ферментов ГНГ.

Комплекс инсулина с рецептором спустя 30 сек после связывая подвергается эндоцитозу(интернализации) и диссоциирует в клетке, большая часть гормона разрушается лизосомальными протеиназами, а свободный рецептор инсулина, в основном, возвращается на клеточную поверхность (т.н. рециклизация рецептора).

Биологическое действие инсулина

До настоящего времени не открыты продолжается поиск вторичных посредников инсулина. На их роль претендовали на раных этапах изучения инсулина: цГМФ, Ca²⁺, NO, H₂O₂, модифицированные липидные посредники(ДАГ, ГИФ), пептиды и т.д. Однако окончательно этот вопрос не решён (структура их не расшифрована).

Механизм повышения проницаемости мембраны:

1. Конформационные изменение белков плазматической мембраны при аутофосфорилировании рецептора;

2. Активация специфических механизмов Na+/K+-АТФазы, калиевых??? обменников моблизаци переносчиков глюкозы;

3. Изменения ФЛ-состава мембраны (ингибирование ФЛдметилтрансферазы).

Влияние инсулина на углеводный и липидный обмен во многом обусловлено снижением уровня ц АМФ за счёт ингибирования аденилатциклазы и активации ФДЭ ц АМФ.

Углеводный обмен

Инсулин снижает уровень глюкозы крови благодаря:

• Усилению транспорта глюкозы через плазматическую мембрану клеток мишеней;

• Усилению утилизации глюкозы. В клетке примерно половина её распадается в гликолизе под влиянием ключевых ферментов – ГК, ФФК, ПК. 30-40% глюкозы идёт на синтез липидов, особенно в жировой ткани, около 10% поступает на синтез гликогена (активация гликогенсинтазы);

• С др. стороны, тормозится распад гликогена (снижение активности фосфорилазы А) и тормозится ГНГ (из-за снижения активности его ключевых ферментов – фосфоенолпируваткарбоксилазы, фруктозобисфосфатазы и глюкозо-6-фосфатазы и отсутствия субстратов ГНГ + аминоколоты, глицерин идут насинтез белков и липидов). Глюкоза ???? ГКой и как бы «запирается» в клетке;

Липидный обмен

1. Усиление синтеза жирных кислот (активация ацетил-КоА-карбоксилазы)

2. Усиление синтеза ТАГ (активация глицеролфосфатацилтрансферазы)

3. Торможение липолиза (снижение активности тканевой липазы)

4. Торжение образавания кетоновых тел (образующийся, в основном, из глюкозы ацетил-КоА идет в ЦКи насинтез липидов)

5. В крови наблюдается активация липопротеид липазы, которая действует на ТАГ в составе липопротеидов (хиломикроны, ЛПОНП), регулируя тем самым уровень липемии.

Белковый обмен:

1. Усиление транспорта аминокислот в клетку

2. Торможение распада белка за счёт ингибирования тканевых протеиназ

3. Активация синтеза белка. Быстрый эффект гормона на синтез белка (до одного часа) определяется, в основном, регуляцией транскрипции и трансляции: ускоряются инициация и элонгация пептидных цепей, увеличивается количество и активность рибосом, активируется фосфорилирование рибосомального S6 белка с последующим образованием полисом. Если дейстивие инсулина на клетку продолжается более 1 часа, то повышается синтез нуклеиновых кислот, который сопровождается делением, ростом и развитием клеток в целом.

Т.о., действие инсулина на обмен веществ можно охарактеризовать как анаболическое, сопровождающееся положительным азотистым балансом.

Нарушение гормональной функции поджелудочной железы

Относительно редко встречается гиперсекреция инсулина (учебник), гороздо чаще наблюдается дефицит гормона. При недостаточности инсулина или инсулинорезистентности (устойчивости к его действию) развивается СД. В России СД страдает примерно 1 млн 900 тыс человек или 1,2% всего населения. При этом у 16% больных инсулинзависимый СД (ИЗСД) или СД 1-го типа. У 84% больных наблюдается инсулиннезависимый СД (ИНЗСД) или СД 2-го типа.

При ИЗСД или диабете 1-го типа наблюдается снижение уровня инсулина в крови, обусловленное поражением β-клеток поджелудочной железы, или ускоренной инактивации инсулина в печени и крови. При ИНЗСД или диабете 2-го типа уровень инсулина нормальный или даже повышенный, но клетки-мишени теряют чувствительность к нему.

Причинами инсулинорезистентности м.б.:

• нарушение созревания гормона и его рецептора с появлением изменённых молекул и нарушением их биологических функций;

• наличие антител к рецепторам инсулина, которые припятствуют связыванию инсулина с рецептором;

• нарушение эндоцитоза (интернализации) комплекса инсулина с рецептором; усиленная деградация рецепторов инсулина;

• преждевременное деф-ие ИР-ра;

• снижение аутотофосфорилирования рецептора с последующим нарушением образования посредников инсулина и др.

При этом любой блок на пути передачи сигнала от гормона в клетку может привести к полному или частичному выпадению действия инсулина на метаболизм даже при его высокой концентрации в организме.

Биохимические признаки СД

Пир СД изменения в обмене веществ практически обратны тем, которые вызывает инсулин. Снижается транспорт веществ в клетки, повышается содержание ц АМФ, т.е. в тканях начинает преобладать действие так называемых контринсулярных гормонов, в первую очередь глюкагона, с соответствующими изменениями метаболизма. Основным признаком СД является гипергликемия,которая развивается в результате:

Пониженного транспорта глюкозы в клетки;

Снижение утилизации глюкозы тканями (при ИЗСД только 5% глюкозы превращается в жиры, тормозится гликолиз и синтез гликогена);

Повышения образования глюкозы (гликогенолиз и ГНГ из аминокислот).

Свободная глюкоза может выходить из клеток в кровь. Когда содержание её в плазме превышает почечный порог (10 ммоль/л), наблюдается глюкозурия. Объём мочи при этом увеличивается из-за осмотического диуреза, т.е. наблюдается полиурия, обезвоживание организма и полидипсия (чрезмерное потребление воды). Глюкозурия вызывает значительную потерю калорий (4,1 ккал на 1г экскретируемой глюкозы), что в сочетании с активацией протеолиза и липолиза приводит к резкой потере массы тела, несмотря на повышенный аппетит (полифагия).

Преобладание липолиза над липогенезом приводит к возрастанию содержания жирных кислот в плазме. Когда оно превышает способность печени окислять жирные кислоты до углекислого газа и воды, активизируется синтез кетоновых тел и наблюдается кетонемия и кетонурия, сдвиг рН крови с развитием метаболического ацидоза. От больных исходит запах ацетона, который ощущается даже на расстоянии. Если не ввести инсулин больной погибнет от диабетической комы. Снижение активности липопротеидлипазы изменяет соотношение фракций ЛП, как правило повышается уровень ЛПОНП и ЛПНП, что ведёт к развитию атеросклероза. При 1-м типе СД чаще поражаются мелкие сосуды, т.е. развивается микроангиопатии, которые могут проявляться, как правило, в форме атеросклероза сосудов головного мозга, а чаще в форме ИБС. Не случайно сейчас называют СД проблемой не только эндокринолгии, но и кардиологии.

Снижение синтеза белка, активация распада и уменьшение транспорта аминокислот в клетки приводят гипераминоацидемии и аминоацидурии (т.е. потере азота с мочой). Усиление катаболизма аминокислот ведёт к повышению уровня мочевины в крови и увеличения её выделения с мочой. Т.о., недостаточность инсулина у человека сопровождается отрицательным азотистым балансом.

Итак, перечислены основные признаки СД. Существует много форм СД, различающихся как по тяжести, так и по набору симптомов. Так, самые лёгкие формы болезни (т.н. скрытый сахарный диабет, латентный, предиабет) проявляются только большей чем в норме, гипергликемией после приёма пищи, т.е. снижением толерантности к глюкозе.

Разнообразие форм диабета может определяться нарушением секреции др. гормонов, например, тиреоидных (чаще встречается гипофункция щитовидной железы, что утяжеляет течение диабета; гиперфункции ЩЖ при СД встречается реже и вызывает меньше осложнений).

Биохимия осложнений СД

Большую роль в их развитии, помимо изменений липидного обмена, играет гипергликемия. Поражаются те ткани, куда глюкоза проникает независимо от инсулина: почки, сетчатка и хрусталик глаза, нервы и артерии. В них концетрация глюкозы такая же, как в крови, т.е. выше нормы. Это приводит к усилению неферментативного гликозилирования белков, например, коллагена и др. белков базальной мембраны. Гликозилирование изменяет свойства белков и нарушает их функцию, например, гликозилирование гемоглобина повышает его сродство к кислороду, ткани хуже снабжаются кислородом. Гликозилирование ЛПВП ведёт к ускорению их катаболизма, а гликозилирование ЛПНП замедляет их выведение из крови и распад, т.е. уровень ЛПВП снижается, а ЛПНП повышается, что способствует развитию атеросклероза. В некоторых клетках (клетках артериальных стенок, клетках Шванна, эритроцитах, хрусталике и сетчатке, семенниках) глюкоза подвергается действию НАДФ-зависимой альдзо-редуктазы с обрзованием 6-атомного спирта – сорбитола. Сорбитол плохо проникает через клеточные мембраны, его накопление приводит к осмотическому набуханию клеток и нарушению их функций. Набухание хрусталика и накопление в нём гликозилированных белков ведёт к его помутнению и развитию катаракты. Поражаются нервы капилляры почек, сетчатки (вплоть до слепоты) и т.д. Вот поэтому при лечении СД стремятся поддерживать близкий к норме уровень глюкозы

www.studfiles.ru

Строение

Инсулин представляет собой белок, состоящий из двух пептидных цепей А (21 аминокислота) и В (30 аминокислот), связанных между собой дисульфидными мостиками. Всего в зрелом инсулине человека присутствует 51 аминокислота и его молекулярная масса равна 5,7 кДа.

Синтез

Инсулин синтезируется в β-клетках поджелудочной железы в виде препроинсулина, на N-конце которого находится концевая сигнальная последовательность из 23 аминокислот, служащая проводником всей молекулы в полость эндоплазматической сети. Здесь концевая последовательность сразу отщепляется и проинсулин транспортируется в аппарат Гольджи. На данном этапе в молекуле проинсулина присутствуют А-цепь, В-цепь и С-пептид (англ. connecting – связующий). В аппарате Гольджи проинсулин упаковывается в секреторные гранулы вместе с ферментами, необходимыми для «созревания» гормона . По мере перемещения гранул к плазматической мембране образуются дисульфидные мостики, вырезается связующий С-пептид (31 аминокислота) и формируется готовая молекула инсулина. В готовых гранулах инсулин находится в кристаллическом состоянии в виде гексамера, образуемого с участием двух ионов Zn²⁺.

Схема синтеза инсулина

Регуляция синтеза и секреции

Секреция инсулина происходит постоянно, и около 50% инсулина, высвобождаемого из β-клеток, никак не связано с приемом пищи или иными влияниями. В течение суток поджелудочная железа выделяет примерно 1/5 от запасов имеющегося в ней инсулина.

Главным стимулятором секреции инсулина является повышение концентрации глюкозы в крови выше 5,5 ммоль/л, максимума секреция достигает при 17-28 ммоль/л. Особенностью этой стимуляции является двухфазное усиление секреции инсулина:

• первая фаза длится 5-10 минут и концентрация гормона может 10-кратно возрастать, после чего его количество понижается,
• вторая фаза начинается примерно через 15 минут от начала гипергликемии и продолжается на протяжении всего ее периода, приводя к увеличению уровня гормона в 15-25 раз.

Чем дольше в крови сохраняется высокая концентрация глюкозы, тем большее число β-клеток подключается к секреции инсулина.

Стимуляция синтеза инсулина происходит от момента проникновения глюкозы в клетку до трансляции инсулиновой мРНК. Она регулируется повышением транскрипции гена инсулина, повышением стабильности инсулиновой мРНК и увеличением трансляции инсулиновой мРНК.

Стимуляция секреции инсулина

1. После проникновения глюкозы в β-клетки (через ГлюТ-1 и ГлюТ-2) она фосфорилируется гексокиназой IV (глюкокиназа, обладает низким сродством к глюкозе),

2. Далее глюкоза аэробно окисляется, при этом скорость окисления глюкозы линейно зависит от ее количества,

3. В результате нарабатывается АТФ, количество которого также прямо зависит от концентрации глюкозы в крови,

4. Накопление АТФ стимулирует закрытие ионных K⁺-каналов, что приводит к деполяризации мембраны,

5. Деполяризация мембраны приводит к открытию потенциал-зависимых Ca²⁺-каналов и притоку ионов Ca²⁺ в клетку,

6. Поступающие ионы Ca²⁺ активируют фосфолипазу C и запускают кальций-фосфолипидный механизм проведения сигнала с образованием ДАГ и инозитол-трифосфата,

7. Появление инозитол-трифосфата в цитозоле открывает Ca²⁺-каналы в эндоплазматической сети, что ускоряет накопление ионов Ca²⁺ в цитозоле,

8. Резкое увеличение концентрации в клетке ионов Ca²⁺ приводит к перемещению секреторных гранул к плазматической мембране, их слиянию с ней и экзоцитозу кристаллов зрелого инсулина наружу,

9. Далее происходит распад кристаллов, отделение ионов Zn²⁺ и выход молекул активного инсулина в кровоток.

 Схема внутриклеточной регуляции синтеза инсулина при участии глюкозы

Описанный ведущий механизм может корректироваться в ту или иную сторону под действием ряда других факторов, таких как аминокислоты, жирные кислоты, гормоны ЖКТ и других гормоны, нервная регуляция.

Из аминокислот на секрецию гормона наиболее значительно влияют лизин и аргинин. Но сами по себе они почти не стимулируют секрецию, их эффект зависит от наличия гипергликемии, т.е. аминокислоты только потенциируют действие глюкозы.

Свободные жирные кислоты также являются факторами, стимулирующими секрецию инсулина, но тоже только в присутствии глюкозы. При гипогликемии они оказывают обратный эффект, подавляя экспрессию гена инсулина.

Логичной является положительная чувствительность секреции инсулина к действию гормонов желудочно-кишечного тракта – инкретинов (энтероглюкагона и глюкозозависимого инсулинотропного полипептида), холецистокинина, секретина, гастрина, желудочного ингибирующего полипептида.

Клинически важным и в какой-то мере опасным является усиление секреции инсулина при длительном воздействии соматотропного гормона, АКТГ и глюкокортикоидов, эстрогенов, прогестинов. При этом возрастает риск истощения β-клеток, уменьшение синтеза инсулина и возникновение инсулинзависимого сахарного диабета. Такое может наблюдаться при использовании указанных гормонов в терапии или при патологиях, связанных с их гиперфункцией.

Нервная регуляция β-клеток поджелудочной железы включает адренергическую и холинергическую регуляцию. Любые стрессы (эмоциональные и/или физические нагрузки, гипоксия, переохлаждение, травмы, ожоги) повышают активность симпатической нервной системы и подавляют секрецию инсулина за счет активации α₂-адренорецепторов. С другой стороны, стимуляция β₂-адренорецепторов приводит к усилению секреции.

Также выделение инсулина контролируется n.vagus, в свою очередь находящегося под контролем гипоталамуса, чувствительного к концентрации глюкозы крови.

Мишени

К органам-мишеням инсулина можно отнести все ткани, имеющие к нему рецепторы. Рецепторы инсулина находятся практически на всех клетках, кроме нервных, но в разном количестве. Наибольшая их концентрация наблюдается на мембране гепатоцитов (100-200 тыс на клетку) и адипоцитов (около 50 тыс на клетку), клетка скелетной мышцы имеет около 10 тысяч рецепторов, а эритроциты — только 40 рецепторов на клетку.

Нервные клетки не имеют рецепторов к инсулину, который просто не проникает через βбарьер.

Механизм действия

Рецептор инсулина представляет собой гликопротеин, построенный из двух димеров, каждый из которых состоит из α- и β-субъединиц, (αβ)₂. Обе субъединицы кодируются одним геном 19 хромосомы и формируются в результате частичного протеолиза единого предшественника.  Период полужизни рецептора составляет 7-12 часов.

При связывании инсулина с рецептором изменяется конформация рецептора и они связываются друг с другом, образуя микроагрегаты. 

Связывание инсулина с рецептором инициирует ферментативный каскад реакций фосфорилирования. Первым делом аутофосфорилируются тирозиновые остатки на внутриклеточном домене самого рецептора. Это активирует рецептор и ведет к фосфорилированию остатков серина на особом белке, называемом субстрат инсулинового рецептора (СИР, или чаще IRS от англ. insulin receptor substrate). Таких IRS выделяют четыре типа – IRS‑1, IRS‑2, IRS‑3, IRS‑4. Также к субстратам инсулинового рецептора относят белки Grb-1 и Shc, которые отличаются от IRS аминокислотной последовательностью.

Дальнейшие события разделяются по двум направлениям:

1. Реакции, связанные с активностью ферментов MAP-киназ – в целом управляют активностью хроматина.

2. Процессы, связанные с активацией фосфоинозитол-3-киназы – в основном контролируют метаболические реакции. Сюда же относятся процессы, которые регулируют активность глюкозных транспортеров и поглощение глюкозы клетками.

Тем не менее, такое подразделение условно, так как в клетке присутствуют ферменты, чувствительные к активации и того и другого каскадного пути.

Реакции, связанные с активностью фосфатидилинозитол-3-киназы

После активации IRS-белок и целый ряд вспомогательных белков способствуют закреплению на мембране гетеродимерного фермента фосфоинозитол-3-киназы, содержащего регуляторную p85 (название произошло от ММ белка 85 кДа) и каталитическую p110 субъединицы. Эта киназа фосфорилирует мембранные фосфатидилинозитолфосфаты по 3-му положению до фосфатидилинозитол-3,4-дифосфата (PIP₂) и до фосфатидилинозитол-3,4,5-трифосфата (PIP₃). Считается, что PIP₃ может выступать в качестве мембранного якоря для других элементов при действии инсулина.

Действие фосфатидилинозитол-3-киназы на фосфатидилинозитол-4,5-дифосфат

После образования указанных фосфолипидов происходит активация протеинкиназы PDK1 (3-phosphoinositide dependent protein kinase-1), которая вместе с ДНК-протеинкиназой (DNA-PK, англ. DNA-dependent protein kinase, DNA-PK) дважды фосфорилирует протеинкиназу B (также часто называемую AKT1, англ. RAC-alpha serine/threonine-protein kinase), которая прикрепляется к мембране благодаря PIP₃. 

Фосфорилирование активирует протеинкиназу В (АКТ1), она покидает мембрану и перемещается в цитоплазму и ядро клетки, где фосфорилирует многочисленные белки-мишени (более 100 штук), которые обеспечивают дальнейший клеточный ответ:

Фосфоинозитольный механизм действия инсулина

• в частности, именно действие протеинкиназы В (АКТ1) приводит к перемещению глюкозных транспортеров ГлюТ-4 на клеточную мембрану и к поглощению глюкозы миоцитами и адипоцитами.
• также, например, активная протеинкиназа В (АКТ1) фосфорилирует и активирует фосфодиэстеразу (ФДЭ), гидролизующую цАМФ до АМФ, в результате чего концентрация цАМФ в клетках-мишенях снижается. Поскольку при участии цАМФ активируется протеинкиназа А, стимулирующая ТАГ-липазу и фосфорилазу гликогена, то в результате действия инсулина в адипоцитах происходит подавление липолиза, а в печени – остановка гликогенолиза.

 Реакции активации фосфодиэстеразы

• еще одним примером является действие протеинкиназы В (AKT) на киназу гликогенсинтазы. Фосфорилирование этой киназы инактивирует ее. В результате она не в состоянии действовать на гликогенсинтазу, фосфорилировать и инактивировать ее. Таким образом, влияние инсулина приводит к удержанию гликогенсинтазы в активной форме и к синтезу гликогена.

Реакции, связанные с активацией MAP-киназного пути

В самом начале развертывания этого пути в действие вступает белок Shc (англ. Src (homology 2 domain containing) transforming protein 1), связывающийся с активированным (аутофосфорилированным) инсулиновым рецептором. Далее Shc-белок взаимодействует с Grb-белком (англ. growth factor receptor bound protein) и вынуждает его присоединиться к рецептору.

Также в мембране постоянно присутствует белок Ras, который в спокойном состоянии связан с ГДФ. Поблизости из Ras-белка  находятся «вспомогательные» белки – GEF (англ. GTF exchange factor) и SOS (англ. son of sevenless) и белок GAP (англ. GTPase activating factor).

Формирование комплекса белков Shc-Grb активирует группу GEF-SOS-GAP и приводит к замене ГДФ на ГТФ в составе Ras-белка, его активации (комплекс Ras-ГТФ) и передаче сигнала на протеинкиназу Raf-1.

При активации протеинкиназы Raf-1 происходит ее присоединение к плазматической мембране, фосфорилирование дополнительными киназами по остаткам тирозина, серина и треонина, а также одновременное взаимодействие с рецептором инсулина.

Далее активированная Raf-1 фосфорилирует (активирует) киназу белка MAPK (англ. mitogen-activated protein kinase, также она называется MEK, англ. MAPK/ERK kinase), которая фосфорилирует фермент МАPК (или иначе ERK, англ. extracellular signal-regulated kinase). После активации МАPК напрямую или через дополнительные киназы

• фосфорилирует белки цитоплазмы, например, фосфолипазу А2, вызывая появление арахидоновой кислоты и ее эффекты, или рибосомальную киназу, активируя процесс трансляции,
• активирует протеинфосфатазы, приводя к дефосфорилированию многих ферментов. Так, например, активируемая в RAS-MAP-пути протеинкиназа pp90S6 фосфорилирует протеинфосфатазу, связанную с гранулами гликогена. После этого уже активная протеинфосфатаза дефосфорилирует и активирует гликогенсинтазу, дефосфорилирует и инактивирует киназу фосфорилазы и гликогенфосфорилазу, прекращая гликогенолиз.
• передает инсулиновый сигнал в ядро, МАPК самостоятельно фосфорилирует и активирует ряд факторов транскрипции, обеспечивая считывание определенных генов, важных для деления и других клеточных ответов.

MAP-зависимый путь реализации эффектов инсулина

Одним из белков, связанных с этим механизмом, является транскрипционный фактор CREB (англ. cAMP response element-binding protein). В неактивном состоянии фактор дефосфорилирован и не влияет на транскрипцию. При действии активирующих сигналов фактор связывается с определенными CRE-последовательностями ДНК (англ. cAMP-response elements), усиливая или ослабляя считывание информации с ДНК и ее реализацию. Кроме MAP-киназного пути фактор чувствителен к сигнальным путям, связанным с протеинкиназой А и кальций-кальмодулином.

В итоге инициация MAP-киназного пути преимущественно приводит к регуляции экспрессии разнообразных инсулин-зависимых генов, к клеточной пролиферации и клеточному росту.

Скорость эффектов действия инсулина

Биологические эффекты инсулина подразделяются по скорости развития:

Очень быстрые эффекты (секунды)

Эти эффекты связаны с изменением трансмембранных транспортов:

1. Активации Na⁺/K⁺-АТФазы, что вызывает выход ионов Na⁺ и вход в клетку ионов K⁺, что ведет к гиперполяризации мембран чувствительных к инсулину клеток (кроме гепатоцитов).

2. Активация Na⁺/H⁺-обменника на цитоплазматической мембране многих клеток и выход из клетки ионов H⁺ в обмен на ионы Na⁺. Такое влияние имеет значение в патогенезе артериальной гипертензии при сахарном диабете 2 типа.

3. Угнетение мембранной Ca²⁺-АТФазы приводит к задержке ионов Ca²⁺ в цитозоле клетки.

4. Выход на мембрану миоцитов и адипоцитов переносчиков глюкозы ГлюТ-4 и увеличение в 20-50 раз объема транспорта глюкозы в клетку.

Быстрые эффекты (минуты)

Быстрые эффекты заключаются в изменении скоростей фосфорилирования и дефосфорилирования метаболических ферментов и регуляторных белков. В результате возрастает активность

• гликогенсинтазы (запасание гликогена),
• глюкокиназы, фосфофруктокиназы и пируваткиназы (гликолиз),
• пируватдегидрогеназы (получение ацетил-SКоА),
• ГМГ-SКоА-редуктазы (синтез холестерина),
• ацетил-SКоА-карбоксилазы (синтез жирных кислот),
• глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (пентозофосфатный путь),
• фосфодиэстеразы (прекращение эффектов мобилизующих гормонов адреналина, глюкагона и др).

Медленные эффекты (минуты-часы)

Медленные эффекты заключаются в изменении скорости транскрипции генов белков, отвечающих за обмен веществ, за рост и деление клеток:

1. Индукция синтеза ферментов

• глюкокиназы и пируваткиназы (гликолиз),
• АТФ-цитрат-лиазы, ацетил-SКоА-карбоксилазы, синтазы жирных кислот, цитозольной малатдегидрогеназы (синтез жирных кислот),
• глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (пентозофосфатный путь),

2. Репрессия синтеза мРНК, например, для ФЕП-карбоксикиназы (глюконегогенез).

3. Повышает фосфорилирование по серину рибосомального белка S6, что поддерживает процессы трансляции.

Очень медленные эффекты (часы-сутки)

Очень медленные эффекты реализуют митогенез и размножение клеток. Например, к этим эффектам относится

1. Повышение в печени синтеза соматомедина, зависимого от гормона роста.

2. Увеличение роста и пролиферации клеток в синергизме с соматомедином.

3. Переход клетки из G1-фазы в S-фазу клеточного цикла.

Патология

Гипофункция

Инсулинзависимый и инсулиннезависимый сахарный диабет.

Вы можете спросить или оставить свое мнение.

biokhimija.ru

• Раздел IV. Структура, функция и репликация информационных макромолекул
  
• СТРУКТУРА ПУРИНОВЫХ И ПИРИМИДИНОВЫХ ОСНОВАНИЙ
  
• ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПУРИНОВЫХ И ПИРИМИДИНОВЫХ ОСНОВАНИЙ
  
• НУКЛЕОЗИДЫ И НУКЛЕОТИДЫ
  
• ПРИРОДНЫЕ НУКЛЕОТИДЫ
  
• СИНТЕТИЧЕСКИЕ АНАЛОГИ НУКЛЕОТИДОВ
  
• Глава 35. Метаболизм пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов
  
• УСВОЕНИЕ
  
• ПУРИНЫ
  
• ПИРИМИДИНЫ
  
• КЛИНИЧЕСКИЕ НАРУШЕНИЯ МЕТАБОЛИЗМА ПУРИНОВ (ТАБЛ. 35.1)
  
• ЗАБОЛЕВАНИЯ, СВЯЗАННЫЕ С НАРУШЕНИЕМ МЕТАБОЛИЗМА ПИРИМИДИНОВ (ТАБЛ. 35.3)
  
• Глава 36. Технология рекомбинантных ДНК
  
• ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ДНК
  
• ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ГЕННОЙ ИНЖЕНЕРИИ
  
• НЕКОТОРЫЕ ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ РЕКОМБИНАНТНОЙ ДНК
  
• ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ И АНАЛИЗ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ПРИРОДЫ ЗАБОЛЕВАНИЙ
  
• СЛОВАРЬ-СПРАВОЧНИК
  
• ЛИТЕРАТУРА
  
• Глава 37. Структура и функция нуклеиновых кислот
  
• ДНК
  
• РНК
  
• Глава 38. Организация и репликация ДНК
  
• ХРОМАТИН
  
• ГИСТОНЫ И НУКЛЕОСОМЫ
  
• ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ГЕНОМА МЛЕКОПИТАЮЩИХ
  
• ИЗМЕНЕНИЯ И ПЕРЕСТРОЙКИ ГЕНЕТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА
  
• СИНТЕЗ И РЕПЛИКАЦИЯ ДНК
  
• Глава 39. Синтез и процессинг РНК
  
• СИНТЕЗ РНК
  
• ПРОЦЕССИНГ МОЛЕКУЛ РНК
  
• НУКЛЕАЗЫ
  
• Глава 40. Синтез белка и генетический код
  
• ИНФОРМАЦИОННЫЙ ПОТОК
  
• КОДОНЫ И СИНТЕЗ БЕЛКА
  
• ТРАНСПОРТНЫЕ РНК И СИНТЕЗ БЕЛКА
  
• МУТАЦИИ
  
• ПРОЦЕСС СИНТЕЗА БЕЛКА
  
• Глава 41. Регуляция экспрессии генов
  
• РЕГУЛЯЦИЯ ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ У ПРОКАРИОТ
  
• РЕГУЛЯЦИЯ ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ У ЭУКАРИОТ
  Раздел V. Биохимия внутри- и межклеточных коммуникаций
  
• Глава 42. Мембраны: структура, сборка и функции
  
• ПОДДЕРЖАНИЕ НОРМАЛЬНОГО СОСТАВА СРЕДЫ
  
• СТРУКТУРА МЕМБРАН
  
• ОРГАНИЗАЦИЯ МЕМБРАННЫХ ЛИПИДОВ
  
• МЕМБРАННЫЕ БЕЛКИ
  
• ИСКУССТВЕННЫЕ МЕМБРАНЫ
  
• ЖИДКОСТНО-МОЗАИЧНАЯ МОДЕЛЬ МЕМБРАН
  
• СБОРКА МЕМБРАН
  
• СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ФУНКЦИИ МЕМБРАН
  
• ТРАНСМЕМБРАННЫЙ ПЕРЕНОС МАЛЫХ МОЛЕКУЛ
  
• ТРАНСМЕМБРАННОЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЕ МАКРОМОЛЕКУЛ
  
• ПЕРЕДАЧА ИНФОРМАЦИИ В КЛЕТКУ
  
• МЕЖКЛЕТОЧНЫЕ КОНТАКТЫ И КОММУНИКАЦИИ
  
• Глава 43. Характеристика эндокринной системы
  
• ОБЩИЕ СВОЙСТВА
  
• РАЗНООБРАЗИЕ ЭНДОКРИННОЙ СИСТЕМЫ
  
• КОНЦЕПЦИЯ ЖЕЛЕЗЫ-МИШЕНИ
  
• КОНЦЕПЦИЯ РЕГУЛЯТОРНОГО МЕХАНИЗМА ОБРАТНОЙ СВЯЗИ
  
• РЕЦЕПТОРЫ ГОРМОНОВ
  
• Глава 44. Действие гормонов
  
• КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРМОНОВ
  
• МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ГОРМОНОВ I ГРУППЫ
  
• МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ГОРМОНОВ II ГРУППЫ (ПЕПТИДНЫХ ГОРМОНОВ)
  
• 1. сАМР КАК ВТОРОЙ ПОСРЕДНИК
  
• 2. ДЕЙСТВИЕ ГОРМОНОВ, ОПОСРЕДОВАННОЕ КАЛЬЦИЕМ И ФОСФОИНОЗИТИДАМИ
  
• 3. ГОРМОНЫ С НЕИЗВЕСТНЫМ ВНУТРИКЛЕТОЧНЫМ ПОСРЕДНИКОМ
  
• Глава 45. Гормоны гипофиза и гипоталамуса
  
• ГОРМОНЫ ГИПОТАЛАМУСА
  
• ГОРМОНЫ ПЕРЕДНЕЙ ДОЛИ ГИПОФИЗА
  
• I. ГРУППА ГОРМОН РОСТА — ПРОЛАКТИН—ХОРИОНИЧЕСКИЙ СОМАТОМАММОТРОПИН
  
• 2. ГРУППА ГЛИКОПРОТЕИНОВЫХ ГОРМОНОВ
  
• 3. СЕМЕЙСТВО ПЕПТИДОВ ПРООПИОМЕЛАНОКОРТИНА (ПОМК)
  
• ГОРМОНЫ ЗАДНЕЙ ДОЛИ ГИПОФИЗА
  
• 1. ОКСИТОЦИН
  
• 2. АНТИДИУРЕТИЧЕСКИЙ ГОРМОН (АДГ; ВАЗОПРЕССИН)
  
• Глава 46. Гормоны щитовидной железы
  
• БИОСИНТЕЗ ТИРЕОИДНЫХ ГОРМОНОВ
  
• 1. МЕТАБОЛИЗМ ТИРЕОГЛОБУЛИНА
  
• 2. МЕТАБОЛИЗМ ИОДИДА
  
• ТРАНСПОРТ И МЕТАБОЛИЗМ ГОРМОНОВ ЩИТОВИДНОЙ ЖЕЛЕЗЫ
  
• РЕГУЛЯЦИЯ СИНТЕЗА И ВЫСВОБОЖДЕНИЯ ГОРМОНОВ ЩИТОВИДНОМ ЖЕЛЕЗЫ
  
• МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ТИРЕОИДНЫХ ГОРМОНОВ
  
• ПАТОФИЗИОЛОГИЯ
  
• Глава 47. Гормоны, регулирующие метаболизм кальция
  
• ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
  
• ГОМЕОСТАЗ КАЛЬЦИЯ
  
• ГОРМОНЫ, УЧАСТВУЮЩИЕ В ГОМЕОСТАЗЕ КАЛЬЦИЯ
  
• 2. КАЛЬЦИТРИОЛ
  
• 3. КАЛЬЦИТОНИН (КТ)
  
• Глава 48. Гормоны коры надпочечников
  
• ГОРМОНЫ
  
• НОМЕНКЛАТУРА И ХИМИЯ СТЕРОИДОВ
  
• БИОСИНТЕЗ СТЕРОИДНЫХ ГОРМОНОВ НАДПОЧЕЧНИКОВ
  
• СЕКРЕЦИЯ, ТРАНСПОРТ И МЕТАБОЛИЗМ СТЕРОИДНЫХ ГОРМОНОВ НАДПОЧЕЧНИКОВ
  
• РЕГУЛЯЦИЯ СИНТЕЗА СТЕРОИДНЫХ ГОРМОНОВ НАДПОЧЕЧНИКОВ
  
• ВОЗДЕЙСТВИЕ СТЕРОИДНЫХ ГОРМОНОВ НАДПОЧЕЧНИКОВ НА МЕТАБОЛИЗМ
  
• КЛАССИФИКАЦИЯ И МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ СТЕРОИДНЫХ ГОРМОНОВ
  
• ПАТОФИЗИОЛОГИЯ КОРЫ НАДПОЧЕЧНИКОВ
  
• Глава 49. Гормоны мозгового вещества надпочечников
  
• БИОСИНТЕЗ КАТЕХОЛАМИНОВ
  
• ЗАПАСАНИЕ И СЕКРЕЦИЯ КАТЕХОЛАМИНОВ
  
• МЕТАБОЛИЗМ КАТЕХОЛАМИНОВ
  
• РЕГУЛЯЦИЯ СИНТЕЗА КАТЕХОЛАМИНОВ
  
• КЛАССИФИКАЦИЯ И МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ КАТЕХОЛАМИНОВ
  
• ПАТОФИЗИОЛОГИЯ МОЗГОВОГО СЛОЯ НАДПОЧЕЧНИКОВ
  
• Глава 50. Гормоны половых желез
  
• ГОРМОНЫ СЕМЕННИКОВ
  
• РЕГУЛЯЦИЯ ФУНКЦИИ СЕМЕННИКОВ
  
• ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ГОРМОНОВ СЕМЕННИКОВ
  
• МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ГОРМОНОВ СЕМЕННИКОВ
  
• ПАТОФИЗИОЛОГИЯ РЕПРОДУКТИВНОЙ СИСТЕМЫ У МУЖЧИН
  
• БИОСИНТЕЗ И МЕТАБОЛИЗМ ГОРМОНОВ ЯИЧНИКОВ
  
• РЕГУЛЯЦИЯ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ГОРМОНОВ ЯИЧНИКОВ
  
• МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ГОРМОНОВ ЯИЧНИКОВ
  
• ПАТОФИЗИОЛОГИЯ ЖЕНСКОЙ РЕПРОДУКТИВНОЙ СИСТЕМЫ
  
• ГОРМОНЫ ПОЛОВЫХ ЖЕЛЕЗ И ПОЛОВАЯ ДИФФЕРЕНЦИРОВКА
  
• ФЕНОТИПИЧЕСКИЙ ПОЛ
  
• Глава 51. Гормоны поджелудочной железы
  
• ИНСУЛИН
  
• ИНСУЛИНОПОДОБНЫЕ ФАКТОРЫ РОСТА
  
• ГЛЮКАГОН
  
• СОМАТОСТАТИН
  
• ПАНКРЕАТИЧЕСКИЙ ПОЛИПЕПТИД
  
• Глава 52. Гормоны желудочно-кишечного тракта
  
• СВОЙСТВА ГОРМОНОВ ЖЕЛУДОЧНО-КИШЕЧНОГО ТРАКТА
  
• СЕМЕЙСТВО СЕКРЕТИНА
  
• СЕМЕЙСТВО ГАСТРИН—ХОЛЕЦИСТОКИНИН
  
• ДРУГИЕ ПЕПТИДЫ ЖЕЛУДОЧНО-КИШЕЧНОГО ТРАКТА
  Раздел VI. Частные вопросы
  
• Питание, пищеварение и всасывание
  
• ПИТАНИЕ
  
• РАСХОД ЭНЕРГИИ
  
• АЗОТ АМИНОКИСЛОТ И ПОТРЕБНОСТЬ В СПЕЦИФИЧЕСКИХ АМИНОКИСЛОТАХ
  
• ПОТРЕБНОСТЬ В УГЛЕВОДАХ
  
• ПОТРЕБНОСТЬ В ПИЩЕВЫХ ВОЛОКНАХ
  
• ПОТРЕБНОСТЬ В ЛИПИДАХ
  
• ПОТРЕБНОСТЬ В ВИТАМИНАХ
  
• ПОТРЕБНОСТЬ В МИНЕРАЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВАХ
  
• РЕКОМЕНДАЦИИ В ОБЛАСТИ ДИЕТЫ
  
• ПИЩЕВАРЕНИЕ
  
• ПИЩЕВАРЕНИЕ В ЖЕЛУДКЕ
  
• ПАНКРЕАТИЧЕСКОЕ И КИШЕЧНОЕ ПИЩЕВАРЕНИЕ
  
• ВСАСЫВАНИЕ В ЖЕЛУДОЧНО-КИШЕЧНОМ ТРАКТЕ
  
• ВСАСЫВАНИЕ ГЛЮКОЗЫ
  
• ВСАСЫВАНИЕ ЛИПИДОВ
  
• ВСАСЫВАНИЕ АМИНОКИСЛОТ И БЕЛКА
  
• ПРОЦЕССЫ ГНИЕНИЯ И БРОЖЕНИЯ В КИШЕЧНИКЕ
  
• Глава 54. Гликопротеины и протеогликаны
  
• ГЛИКОПРОТЕИНЫ
  
• ОПРЕДЕЛЕНИЕ, ОЧИСТКА И СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ ГЛИКОПРОТЕИНОВ
  
• САХАРА, ПРИСУТСТВУЮЩИЕ В ГЛИКОПРОТЕИНАХ
  
• НУКЛЕОТИДСАХАРА
  
• ЭКЗОГЛИКОЗИДАЗЫ И ЭНДОГЛИКОЗИДАЗЫ
  
• ЛЕКТИНЫ
  
• КЛАССИФИКАЦИЯ ГЛИКОПРОТЕИНОВ
  
• I-КЛЕТОЧНАЯ БОЛЕЗНЬ
  
• АНТИГЕНЫ ГРУПП КРОВИ
  
• ПРОТЕОГЛИКАНЫ И ГЛИКОЗАМИНОГЛИКАНЫ
  
• ДЕГРАДАЦИЯ ПОЛИСАХАРИДНЫХ КОМПОНЕНТОВ ГЛИКОПРОТЕИНОВ И ПРОТЕОГЛИКАНОВ
  
• ФУНКЦИИ ГЛИКОЗАМИНОГЛИКАНОВ И ПРОТЕОГЛИКАНОВ
  
• Глава 55. Плазма крови и процесс свертывания
  
• ФУНКЦИИ КРОВИ
  
• БЕЛКИ ПЛАЗМЫ
  
• СВЕРТЫВАНИЕ КРОВИ
  
• Глава 56. Сократительные и структурные белки
  
• МЫШЦЫ
  
• КЛЕТОЧНАЯ ПОДВИЖНОСТЬ И ЦИТОСКЕЛЕТ
  
• Глава 57. Рак, онкогены, факторы роста
  
• БИОХИМИЧЕСКИЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ ТЕСТЫ И РАК
  
• ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ РАКОВЫХ ОПУХОЛЕЙ
  
• ОНКОГЕННЫЕ ВИРУСЫ
  
• ТРАНСФОРМАЦИЯ
  
• ОНКОГЕНЫ
  
• ПОЛИПЕПТИДНЫЕ ФАКТОРЫ РОСТА
  
• ДЕЙСТВИЕ ФАКТОРОВ РОСТА ПО ЭНДОКРИННОМУ, ПАРАКРИННОМУ ИЛИ АУТОКРИННОМУ ТИПУ
  
• БИОХИМИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ ФАКТОРОВ РОСТА
  
• ФАКТОРЫ РОСТА И ОНКОГЕНЫ
  
• ПРОГРЕССИЯ ОПУХОЛЕЙ
  
• МЕТАСТАЗИРОВАНИЕ
  Приложение
  
• ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КРОВИ И ЖИДКИХ СРЕД ОРГАНИЗМА
  
• СТАНДАРТНЫЕ КЛИНИКО-ЛАБОРАТОРНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ В ТРАДИЦИОННОЙ СИСТЕМЕ И СИСТЕМЕ СИ
  
• НОРМАЛЬНЫЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ
  
• Список сокращений

edu.sernam.ru

Прочтите обязательно другие статьи:

Сахар в крови норма из вены Как впасть в комы в домашних условиях Нормальный уровень сахара в крови у женщин Какой сахар в крови норма Кровь на сахар как подготовиться Сахар 5 7 в крови Сахарная кома Кровь из вены на сахар