Формула инсулина

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

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. В частности, инсулин повышает скорость синтеза гликогена, жирных кислот, белков, а также стимулирует гликолиз. Важное значение имеет стимуляция проникновения глюкозы, ряда других сахаров, а также аминокислот в клетки мышц и жировой ткани. Способствуя входу глюкозы в указанные клетки, гормон снижает ее содержание в крови (так называемый гипогликемический эффект). Инсулин ингибирует такие катаболические процессы, как распад гликогена и нейтрального жира [1]. Он тормозит также гликонеогенез путем снижения уровня ферментативной активности пируват-карбоксилазы и фруктозо-1,6-бисфосфатазы. Показано, что инсулин увеличивает также активность пируват-дегидрогеназы, ацетил-СоА-карбоксилазы и глицеролфосфат-ацетилтрансферазы [2]. Действие инсулина во многом противоположно действию адреналина и глюкагона [1]. Наиболее мощным нейромедиатором, стимулирующим секрецию инсулина b-клетками, служит ацетилхолин, высвобождаемый окончаниями блуждающего нерва. Секрецию инициирует связывание на поверхности клеток ацетилхолина или карбамилхолина с мускариновыми холинергическими рецепторами, которые сопрягаются посредством G-белков с фосфолипазой С, генерирующей из фосфатидилиннозит-4,5-бис-фосфата иннозит-1,4,5-трифосфат, мобилизующий Са2+ из внутриклеточных пулов, и диацилглицерин; последний служит активатором протеинкиназы С. Авторы [3] обнаружили также, что пищевые раздражители после метаболического превращения опосредованно передают на b-клетки сигнал, резко повышающий чувствительность к Са2+ секреторного аппарата и, по-видимому, связанный с активацией протеинкиназ.

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. Этот фактор, обладающий мощным гипогликемизирующим действием, был назван инсулином. Вскоре было установлено, что инсулин, содержащийся в островках поджелудочной железы крупного рогатого скота и свиней, активен и у человека. В январе 1922 года инсулин впервые был применен для лечения больных сахарным диабетом. Бычий и свиной инсулин можно легко получать в больших количествах, что является важнейшим условием для успешного биохимического исследования. Именно инсулин оказался первым белком с доказанной гормональной активностью, первым белком, полученном в кристаллическом виде (Abel, 1926), первым белком, у которого была установлена аминокислотная последовательность (Sanger et al, 1955), первым белком, синтезированным химическими методами (Du et al.; Zahn; Katsoyanis, 1964). Именно для инсулина впервые было показано, что молекула может синтезироваться в виде более крупного предшественника (Steiner et al, 1967). Кроме того, инсулин оказался первым белком, полученным для коммерческих целей с использованием технологии рекомбинантных ДНК. Но, несмотря на все эти впечатляющие «первенства», механизм действия инсулина на молекулярном уровне изучен хуже, чем для большинства гормонов.

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. В результате образуется молекула проинсулина (молекулярная масса 9000 Da), принимающая конформацию, необходимую для правильного образования дисульфидных мостиков. Затем проинсулин расщепляется на инсулин, С-пептид и два дипептида (катионные пары, узнающиеся трипсиноподобным ферментом) и депонируется в секреторных гранулах. Далее содержимое этих гранул секретируется в печеночную вену. Нормальные b-клетки секретируют, помимо инсулина, эквимолярное количество С-пептида и, по данным, опубликованным [2, 3] от 2 до 3 процентов проинсулина и его производных (продуктов неполного протеолиза проинсулина). До попадания в периферическую кровеносную систему, инсулин и С-пептид попадают в печень, где деградирует 50 % инсулина, в то время как С-пептид не подвергается никаким воздействиям.

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. В результате будет образуется С-пептид вместе с последовательностью Lys-Arg на С-конце и, связанные дисульфидными мостиками цепи А и В. Причем на С-конце цепи В окажутся два остатка аргинина, отщепление которых является завершающей стадией получения активной формы гормона. Данный процесс осуществляет специализированная металлозависимая карбоксипептидаза (например, карбоксипептидаза В) [5].

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

Химическая и структурная формула

Конструктивное действие этого вещества связано с его молекулярным строением. Именно это вызывало интерес у учёных с самого начала открытия этого гормона. Так как точная химическая формула этого синтезированного вещества позволила бы выделить его  химическим путём.

Естественно, что только химической формулы недостаточно для описания его строения. Но также верно, то, что наука не стоит на месте и на сегодняшний день его химическая природа уже известна. И это позволяет совершенствовать всё новые и новые разработки лекарственных средств направленных, на излечение у человека сахарного диабета.

Строение, его химическое начало включает в себя аминокислоты и представляет собой некий пептидный гормон. Его молекулярная структура имеет две полипептидные цепи, в образовании которых и участвуют аминокислотные остатки, число которых в целом — 51. Эти цепи соединённые, дисульфидными мостиками условно определили, как «А» и «В». Группа «А» имеет 21 аминокислотный остаток, «В» 30.

Сама же структура и действенность на примерах разнообразных биологических видов отличается друг от друга. У людей эта структура больше напоминает не ту, которая образуется в организме обезьяны, а ту, что обустроена у свиньи. Различия промеж структурами свиньи и человека лишь в единственном аминокислотном остатке, который расположен в цепи В. Последующий же близкий по структуре биологический вид – это бык, с отличием строения в трёх аминокислотных остатках. У млекопитающих же молекулы этого вещества по аминокислотным остаткам отличаются ещё больше.

Функции и на что влияет гормон

При приёме пищи белок инсулин, являясь пептидным гормоном, не переваривается как любой другой в кишечнике, а выполняет массу функций. Итак, что делает это вещество, главным образом инсулин, играет на понижение концентрированности глюкозы в крови. А также  на повышение проницаемости клеточных мембран для глюкозы.

• Он стимулирует появление в печени и мышечной структуре гликогена – некой формы сохранности глюкозы в животных клетках;
• Увеличивает синтез гликогена;
• Снижает некую ферментную активность расщепляющую, жиры и гликогены;
• Даёт возможность инсулин увеличивать синтез белка и жиров;
• Держит под контролем иные системы человека и воздействует на правильное усвоение аминокислот клетками;
• Подавляет появление кетоновых тел;
• Подавляет расщепление липидов.

Инсулин — это гормон, который регулирует в организме человека углеводный обмен. Его роль в качестве белкового вещества при поступлении в кровь, это снижение уровня сахара в крови.

Сбой секреции инсулина в организме человека, вызванный распадом бета-клеток зачастую, ведёт к полному инсулиновому дефициту и к постановке диагноза – сахарный диабет 1 го типа. Нарушение же взаимодействия этого вещества на ткани приводит к развитию сахарного диабета 2 го типа.

Запах

Чем пахнет это вещество? Симптом диабета, который, прежде всего, обращает на себя внимание – это запах ацетона изо рта. Ввиду недостаточности описываемого гормона, глюкоза не проникает в клетки. В связи, с чем у клеток начинается самый настоящий голод. А скопившаяся глюкоза приступает к образованию кетоновых тел, в связи, с чем усиливается запах ацетона от кожи и мочи. Поэтому при появлении такого запаха необходимо сразу же обратиться к врачу.

Выявление и производство этого вещества в 20 веке в виде лекарственного средства для диабетиков, дало шанс многим людям не только продлить свою жизнь с таким заболеванием, но и полноценно наслаждаться ею.

Образование гормона в организме

Только «В» клетки ответственны за производство этого вещества в человеческом организме. Гормон инсулин занимается регулированием сахара и действием на жировые процессы. При нарушении этих процессов и начинает развиваться диабет. В связи, с чем перед учёными умами стоит задачка в такой области, как медицина, биохимия, биология и генная инженерия осмыслить все нюансы биосинтеза и действия инсулина на организм для дальнейшего контроля над этими процессами.

Итак, за что отвечают «В» клетки – за выработку инсулина двух категорий, один из которых давний, а другой усовершенствованный, новый. В первом случае образуется проинсулин – он не активен и не исполняет гормонной функции. Количество этого вещества определено в 5% и какую роль в организме оно играет пока что до конца неясно.

Гормон инсулин выделяется «В» клетками сначала, как и вышеописанный гормон, с той лишь разницей, что в дальнейшем он отправляется в комплекс Гольджи, где дальше и перерабатывается. Изнутри этой клеточной составляющей, которая предназначена для синтеза и скопления различных веществ с помощью ферментов происходит отделение С-пептида.

А дальше, как итог образуется инсулин и его накопление, упаковывание для лучшей сохранности в секреторные вместилища. Потом если появляется потребность инсулина в организме, что связано с поднятием глюкозы, «В» клетки этот гормон быстро выбрасывают в кровь.

Так организм человека и образует  описываемый гормон.

Необходимость и роль описываемого гормона

• Насыщаться кислородом;
• Нужными ему питательными веществами;
• Глюкозой.

Именно так поддерживается его жизнедеятельность.

А глюкоза в виде некого источника энергии вырабатываемая печенью и, поступая в организм с пищей, нуждается в помощи для попадания в каждую клеточку из крови. В этом процессе инсулин для попадания глюкозы в клетки и играет роль в организме человека некоего проводника, обеспечивая тем самым транспортную функцию.

И, конечно же, недостаток этого вещества буквально смертелен для организма и его клеток, но и избыток может вызвать такие заболевания, как диабет 2 го типа, ожирение, нарушить работу сердца, сосудов и даже привести к развитию онкологических недугов.

В связи свыше сказанным уровень инсулина у человека больным диабетом необходимо как можно чаще проверять, сдавая анализы и обращаясь при этом за врачебной помощью.

 Производство и составляющая вещества

Образуется в поджелудочной железе естественный инсулин.  Лекарство же описываемое в этой статье, являясь жизненно необходимым препаратом, произвело настоящую революцию среди тех людей, которые страдают и мучаются от сахарного диабета.

Так что это такое и как инсулин производится в фармацевтике?

• Очисткой в той или иной мере;
• Происхождением (бывает инсулин — бычий, свиной, человеческий);
• Второстепенными компонентами;
• Концентрированностью;
• pH – раствором;
• Возможностью перемешивания препаратов (короткого и продлённого действия).

Введение инсулина производится специальными шприцами, калибровка которых представлена следующим процессом: при заборе шприцем 0,5 мл лекарства, пациент забирает 20 единиц, 0,35 мл равняется 10 единицам и так дальше.

• Лекарственным средством животного происхождения;
• Биосинтетическим;
• Генно-инженерным;
• Генно-инженерным модифицированным;
• Синтетическим.

Дольше всего применяли свиной гормон. Но такой инсулин состав, которого полностью не походил на естественные гормоны не имели абсолютного действенного результата. В связи, с чем настоящим успехом и эффектом в лечении диабета стал механизм действия инсулина рекомбинантного, свойства которого практически на 100 % удовлетворили людей, страдающих диабетом, причём разной возрастной категории.

Так, воздействие инсулина рекомбинантного дало неплохой шанс диабетикам на нормальную и полноценную жизнь.

diabet-expert.ru

Фармакологическое действие (по данным производителя)

Инсулин является средством, которое понижает сахар и обладает способностью регулировать углеводный обмен; усиливает усвоение тканями глюкозы и способствует ее превращению в гликоген, кроме этого облегчает проникновение глюкозы в клетки тканей.

Помимо оказания гипогликемического действия (понижения уровня сахара в крови), инсулин имеет несколько других эффектов: повышает запасы гликогена в мышцах, стимулирует синтез пептидов, снижает расход белка и др.

Влияние инсулина сопровождается стимуляцией или ингибированием (подавлением) некоторых ферментов; стимулируются гликогенсинтетаза, пируватдегидрогеназа, гексокиназа; ингибируются липаза, которая активирует жирные кислоты жировой ткани, липопротеиновая липаза, снижающая «помутнение» сыворотки крови после приема пищи, насыщенной жирами.

Степень биосинтеза и секреции (выделения) инсулина находится в зависимости от содержания глюкозы в крови. При повышении ее концентрации усиливается секреция инсулина поджелудочной железой; снижение концентрации глюкозы в крови замедляет секрецию инсулина.

Действие инсулина напрямую связано с его взаимодействием со специфическим рецептором, который находится на плазматической мембране клетки, и образование инсулинрецепторного комплекса. Инсулиновый рецептор вместе с инсулином проникает в клетку, там влияет на процессы фосфолирования клеточных белков; механизм действия дальнейших внутриклеточных реакций до конца не известен.

Активность инсулина определяют биологическим путем (по способности понижать концентрацию глюкозы в крови у здоровых кроликов) и одним из физикохимических методов (методом электрофореза на бумаге или методом хроматографии на бумаге). За одну единицу действия (ЕД), или интернациональную единицу (ИЕ), принимают активность 0,04082 мг кристаллического инсулина.

Метаболические эффекты инсулина

1. Улучшает поглощение клетками глюкозы и других веществ;
2. Активирует основные ферменты гликолиза;
3. Увеличивает интенсивность синтеза гликогена – инсулин форсирует запасание глюкозы клетками печени и мышц с помощью полимеризации её в гликоген;
4. Снижает интенсивность глюконеогенеза – уменьшается создание в печени глюкозы из различных веществ неуглеводной природы (белков и жиров).

Анаболическое действие инсулина

• Влияет на усиление поглощения клетками аминокислот (особенно лейцина и валина);
• Улучшает передвижение в клетку ионов калия, а также магния и фосфата;
• Влияет на усиление репликации ДНК и биосинтеза белка;
• Усиливает синтез жирных кислот и дальнейшую их этерификацию – в жировой ткани и в печени
• Стимулирует превращение глюкозы в триглицериды; при нехватке инсулина происходит обратное – мобилизация жиров.

Антикатаболическое действие инсулина

1. Угнетает гидролиз белков – снижает деградацию белков;
2. Уменьшает липолиз – снижает поступление жирных кислот в кровь.

Виды используемого инсулина в бб

Инсулин короткого действия

Короткий инсулин начинает действовать в случае подкожного ввода через 30 минут (в связи с этим вводят за 30-40 минут до еды), максимум действия приходится через 2 часа, исчезает из организма через 5-6 часов.

Лучший выбор

• Хумулин Регуляр
• Актрапид HМ

Инсулин ультракороткого действия

Ультракороткий инсулин начинает действовать через 15 минут, максимум через 2 часа, исчезают из организма через 3-4 часа. Он физиологичнее, его можно вводить прямо перед приёмом пищи (за 5-10 минут) или сразу после еды.

Лучший выбор

• Инсулин лизпро (Хумалог) – полусинтетический аналог человеческого инсулина.
• Инсулин аспарт (НовоРапид Пенфилл, НовоРапид ФлексПен).
• Инсулин глулизин (Хумалог)

Преимущества и недостатки инсулина

Преимущества

• Маленькая стоимость курса
• Широкая доступность — препарат можно без проблем купить в аптеке
• Высокое качество – подделки почти на встречаются, в отличии от стероидов
• Отсутствует токсичность, малая вероятность возникновения побочных эффектов, почти полное отсутствие последствий курса
• Малый феномен отката
• Обладает выраженным анаболическим действием
• Можно комбинировать с анаболическими стероидами и другими средствами
• Отсутствует андрогенное воздействие

Недостатки

• Сложная схема приема
• Происходит значительная прибавка жира
• Гипогликемия

Приём инсулина

1. Данный курс идеален для набора 5-10 кг мышечной массы на протяжении 1-2 месяцев, далее необходимо сделать перерыв не меньше двух месяцев, чтобы восстановить собственную секрецию.
2. Изучите механизм действия инсулина, в том числе меры борьбы с гипогликемией.
3. Начинать курс следует с дозы 10 ЕД подкожно, со временем (1 раз в день или через день) увеличивайте дозировку на 2 ЕД.
4. С особой внимательностью отслеживайте реакцию организма на увеличение дозы!
5. Далее можно увеличить дозу до 15-20 ЕД, большие дозы не рекомендуются (стоит отметить, что это зависит от чувствительности тканей к инсулину, некоторые спортсмены отлично переносят 50-60 ЕД инсулина и только при приеме таких доз растут, но это можно выяснять только постепенно увеличивая дозы).
6. Следует отметить, что инсулиновые шприцы имеют различные шкалы. Шприцы U-40 используют для инъекций инсулина, содержащего 40 единиц в 1 мл. Шприцы U-100 внешне очень напоминают U-40, но их применяют для препаратов с содержанием 100 единиц инсулина в 1 мл.
7. Частоту инъекций можно изменять, но наиболее щадящим считают прием через день. Лучше выполнять инъекции сразу после тренировки (но только тогда, когда тренировка заканчивается не поздно вечером в случае потребления инсулина короткого действия, если необходимо принять инсулин после тренировки вечером, это должен быть инсулин ультракороткого действия, в связи с тем, что он работает всего 3 часа и успеет перестать работать до сна), так как сразу после нее должен следовать обильный прием пищи, для обеспечения поставки углеводов в кровь. Помимо этого, инсулин имеет свойство угнетать катаболические процессы, вызванные физическим стрессом во время тренинга. Продолжительность курса при таком режиме составляет 2-2,5 месяца.
8. Можно выполнять инъекции каждый день и даже 2 раза в день, но тогда продолжительность курса следует сократить до 1,5-2 месяцев.
9. Если применяете инсулин ультракороткого действия, то делать инъекцию надо непосредственно после обильного приема пищи, богатого углеводами.
10. Если применяете инсулин короткого действия, делать инъекцию надо за 30 минут до обильного приема пищи, богатого углеводами.
11. На 1 ЕД инсулина, следует принимать 6 г углеводов.
12. Делайте инъекции в разные места, чтобы избежать липодистрофии (неровности в подкожно-жировой клетчатке).
13. Для успешного прохождения курса следует соблюдать высококалорийную диету, проводить силовые тренировки, а также употреблять спортивное питание для набора массы.

Меры предосторожности

1. Начинать курс следует с небольшой дозы — 5-10 ЕД, для проверки реакции организма.
2. Выполняйте только подкожные инъекции
3. Не делайте инъекции перед тренировкой
4. Не делайте инъекции сразу перед сном
5. После инъекции следует обеспечить организм углеводами (у здорового человека сахар в крови натощак колеблется от 3 до 5,5 ммоль/л. Каждая единица инсулина снижает сахар крови на 2,2 ммоль/л. Если уколоть 20 единиц инсулина ультракороткого действия, может развиться гипогликемия.
6. В эндокринологии (куда относится инсулин) есть такое понятие, как «хлебная единица». Вне зависимости от вида и количества продукта, не важно, что это, одна хлебная единица содержит 12-15 граммов усвояемых углеводов. Она повышает уровень сахара в крови на одну и ту же величину — 2,8 ммоль/л – ей надо для усвоения организмом примерно 1,5-2 единицы инсулина. Более широко об этой мере исчисления можно узнать в интернете.
7. Теперь посчитаем. На 20 единиц инсулина следует принять 10-15 хлебных единиц, это равно 120-150 г чистых углеводов. К примеру, пусть будет 300-450 грамм белого хлеба.

Побочные действия инсулина

• Гипогликемия или уменьшение содержания глюкозы в крови, это приводит ко всем остальным проявлениям. Гипогликемию можно без проблем предотвратить
• Зуд в области укола
• Аллергия наблюдается очень редко
• Уменьшение эндогенной секреции инсулина бывает только на длительных курсах, когда используют высокие дозы инсулина
• Инсулин НЕ ОКАЗЫВАЕТ токсического влияния на печень или почки, он НЕ ВЫЗЫВАЕТ нарушений половой функции (потенции).

Показания к лекарственному применению инсулина

Сахарный диабет.

В небольших дозах (5–10 ЕД) инсулин применяют при заболеваниях печени (гепатиты, начальные стадии цирроза), при ацидозе, истощении, упадке питания, фурункулёзе, при тиреотоксикозе.

В психоневрологической практике инсулин используют при алкоголизме, при истощении нервной системы (в дозах, которые влекут гипогликемическое состояние).

В психиатрии – для инсулинокоматозной терапии (при лечении некоторых форм шизофрении вводят раствор инсулина в больших количествах, которые при постепенном увеличении доз вызывают гипогликемический шок).

В дерматологии инсулин применяется при диабетической токсидермии, как неспецифическое средство – при экземе, угревой сыпи, крапивнице, псориазе, хронических пиодермиях и дрожжевых поражениях.

Противопоказания к медицинскому применению

Острый гепатит, панкреатит, нефрит, почечнокаменная болезнь, язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, декомпенсированный порок сердца.

madbear.info

Инсулин.

Инсули́н (от лат. insula — остров) — гормон пептидной природы, образуется в бета-клетках островков Лангерганса поджелудочной железы. Оказывает многогранное влияние на обмен практически во всех тканях. Основное действие инсулина заключается в снижении концентрации глюкозы в крови. Впервые был выделен канадскими учёными Ф. Бантингом и Ч. Бестом (1921—22).

Строение

Молекула инсулина образована двумя полипептидными цепями, содержащими 51 аминокислотный остаток: A-цепь состоит из 21 аминокислотного остатка, B-цепь образована 30 аминокислотными остатками. Полипептидные цепи соединяются двумя дисульфидными мостиками через остатки цистеина, третья дисульфидная связь расположена в A-цепи.

Первичная структура инсулина у разных биологических видов несколько различается, как различается и его важность в регуляции обмена углеводов. Наиболее близким к человеческому является инсулин свиньи, который различается с ним всего одним аминокислотным остатком: в 30 положении B-цепи свиного инсулина расположен аланин, а в инсулине человека — треонин; бычий инсулин отличается тремя аминокислотными остатками.

Биосинтез инсулина включает образование двух неактивных предшественников, препроинсулина и проинсулина, которые в результате последовательного протеолиза превращаются в активный гормон. Биосинтез препроинсулина начинается с образования сигнального пептида на полирибосомах, связанных с ЭР. Сигнальный пептид проникает в просвет ЭР и направляет поступление в просвет ЭР растущей полипептидной цепи. После окончания синтеза препроинсулина сигнальный пептид, включающий 24 аминокислотных остатка, отщепляется (рис. 11-24).

Проинсулин (86 аминокислотных остатков) поступает в аппарат Гольджи, где под действием специфических протеаз расщепляется в нескольких участках с образованием инсулина (51 аминокислотный остаток) и С-пептида, состоящего из 31 аминокислотного остатка.

Инсулин и С-пептид в эквимолярных количествах включаются в секреторные гранулы. В гранулах инсулин соединяется с цинком, образуя димеры и гексамеры. Зрелые гранулы сливаются с плазматической мембраной, и инсулин и С-пептид секретируются во внеклеточную жидкость в результате экзоцитоза. После секреции в кровь олигомеры инсулина распадаются. Т1/2 инсулина в плазме крови составляет 3-10 мин, С-пептида — около 30 мин.

Биологическая роль— Инсулин резко повышает проницаемость стенок мышечных и жировых клеток для глюкозы. Т. к. все процессы усвоения глюкозы происходят внутри клеток, а инсулин способствует транспорту глюкозы в них, то он обеспечивает утилизацию глюкозы организмом, синтез гликогена (резервного углевода) и накопление его в мышечных волокнах. Увеличивая поступление глюкозы в клетки жировой ткани, инсулин стимулирует образование жира в организме. Кроме того, инсулин стимулирует и синтез белка в клетке, увеличивая проницаемость клеточных стенок для аминокислот.

Гипергликемия — увеличение уровня сахара в крови.

В состоянии гипергликемии увеличивается поступление глюкозы как в печень, так и в периферические ткани. Как только уровень глюкозы зашкаливает, поджелудочная железа начинает вырабатывать инсулин.

Гипогликемия — патологическое состояние, характеризующееся снижением уровня глюкозы периферической крови ниже нормы (<3,3 ммоль/л при оценке по цельной капиллярной крови, <3,9 ммоль/л — по венозной плазме). Развивается вследствие передозировки сахароснижающих препаратов или избыточной секреции инсулина в организме. Тяжёлая гипогликемия может привести к развитию гипогликемической комы и вызвать гибель человека. Инсулинома — доброкачественная опухоль из бета-клеток поджелудочной железы, вырабатывающая избыточное количество инсулина. Клиническая картина характеризуется эпизодически возникающими гипогликемическими состояниями.

компьютерное изоброжение

Схема биосинтеза инсулина в β-клетках островков Лангерханса. ЭР — эндоплазматический ретикулум. 1 — образование сигнального пептида; 2 — синтез препроинсулина; 3 — отщепление сигнального пептида; 4 — транспорт проинсулина в аппарат Гольджи; 5 — превращение проинсулина в инсулин и С-пептид и включение инсулина и С-пептида в секреторные гранулы; 6 — секреция инсулина и С-пептида.

Структура инсулина человека. А. Первичная структура инсулина. Б. Модель третичной структуры инсулина (мономер): 1 — А-цепь; 2 — В-цепь; 3 — участок связывания с рецептором

Глюкогон

Глюкагон — гормон альфа-клеток островков Лангерганса поджелудочной железы. По химическому строению глюкагон является пептидным гормоном.

Молекула глюкагона состоит из 29 аминокислот и имеет молекулярный вес 3485 дальтон. Глюкагон был открыт в 1923 году Кимбеллом и Мерлином.

биосинтез

Основным местом синтеза глюкагона служат α-клетки островкового аппарата поджелудочной железы . Однако довольно большие количества этого гормона могут вырабатываться и в других местах желудочно-кишечного тракта .

Глюкагон синтезируется в виде крупного предшественника — проглюкагона (мол. масса около 9 000). Обнаружены и более крупные молекулы, однако не ясно, являются ли они предшественниками глюкагона или близкородственными пептидами. Лишь 30-40% иммунореактивного «глюкагона» в плазме приходится на долю панкреатического глюкагона. Остальная часть — это более крупные молекулы, лишенные биологической активности.

В плазме глюкагон находится в свободной форме. Поскольку он не связывается с транспортным белком, период полужизни глюкагона мал (около 5 мин).

Инактивация этого гормона происходит в печени под действием фермента, который, расщепляя связь между Ser-2 и Gln- 3, удаляет с N-конца две аминокислоты. Печень — первый барьер на пути секретируемого глюкагона, и, поскольку она быстро инактивирует этот гормон, содержание его в крови воротной вены гораздо выше, чем в периферической крови.

Биологическая роль

Глюкагон практически не оказывает действия на гликоген скелетных мышц, по-видимому, из-за практически полного отсутствия в них глюкагоновых рецепторов. Глюкагон вызывает увеличение секреции инсулина из здоровых β-клеток поджелудочной железы и торможение активности инсулиназы. Это является, по-видимому, одним из физиологических механизмов противодействия вызываемой глюкагоном гипергликемии.

Глюкагон оказывает сильное инотропное и хронотропное действие на миокард вследствие увеличения образования цАМФ (то есть оказывает действие, подобное действию агонистов β-адренорецепторов, но без вовлечения β-адренергических систем в реализацию этого эффекта). Результатом является повышение артериального давления, увеличение частоты и силы сердечных сокращений.

В высоких концентрациях глюкагон вызывает сильное спазмолитическое действие, расслабление гладкой мускулатуры внутренних органов, в особенности кишечника, не опосредованное аденилатциклазой.

Глюкагон участвует в реализации реакций типа «бей или беги», повышая доступность энергетических субстратов (в частности, глюкозы, свободных жирных кислот, кетокислот) для скелетных мышц и усиливая кровоснабжение скелетных мышц за счёт усиления работы сердца. Кроме того, глюкагон повышает секрецию катехоламинов мозговым веществом надпочечников и повышает чувствительность тканей к катехоламинам

Глюкагон – гормон поджелудочной железы. Его действие противоположно действию инсулина. При сахарном диабете взаимное действие инсулина и глюкагона проявляется в том, что недостаточная выработка инсулина сопровождается усиленной продукцией глюкагона. Именно повышенный уровень гормона глюкагона в крови является причиной повышения уровня глюкозы (гипергликемии). Механизм действия глюкагона хорошо виден на примере лечения инсулинзависимого сахарного диабета (то есть недостаточности инсулина). В случае недостаточной выработки инсулина поджелудочной железой развивается гипергликемия (повышение уровня сахара в крови) и метаболический ацидоз (увеличение кислотности организма), которые можно предотвратить, снижая уровень глюкагона в крови. Для этого назначают соматостатин (гормон поджелудочной железы), который подавляет выработку и выделение в кровь глюкагона. После этого даже при полном отсутствии инсулина уровень сахара в крови ненамного превышает норму.

Значительное повышение содержания гормона глюкагона в крови является признаком глюкагономы (опухоли надпочечников). При глюкагономе избыток глюкагона способствует повышению уровня сахара в крови и развитию сахарного диабета.

Первичная структура молекулы глюкагона следующая: NH2-His-Ser-Gln-Gly-Thr-Phe- Thr-Ser-Asp-Tyr-Ser-Lys-Tyr-Leu-Asp-Ser- Arg-Arg-Ala-Gln-Asp-Phe-Val-Gln-Trp-Leu- Met-Asn-Thr-COOH

www.studfiles.ru

him.1september.ru

Прочтите обязательно другие статьи:

Сахар в крови Какие можно есть грибы Можно ли молоко при сахарном диабете Блюда из кабачков для диабетиков 2 типа Мед при диабете Сахар в крови 3 3 Что можно диабетикам кушать Сахар в крови симптомы