Инсулин состоит из аминокислот

Содержание

• 1 Навигация по статье:
• 2 Инсулин —
• 3 Строение.
• 4 Функция.
• 5 Лечебное применение.

1.Синтез инсулина.Синтез инсулина происходит в b-клетках островков Лангерганса поджелудочной железы. Ген человеческого инсулина локализован в коротком плече 11 хромосомы. Инсулин синтезируется на рибосомах шероховатого эндоплазматического ретикулума в виде препроинсулина (М.м. 11500), который на N-конце содержит сигнальный пептид, состоящий из 16 аминокислот и направляющий пептидную цепь в просвет эндоплазматического ретикулума. В ЭПР сигнальный пептид отделяется и после замыкания дисульфидных связей образуется проинсулин (М.м. 9000). Биологическая активность проинсулина составляет 5% биологической активности инсулина. Проинсулин поступает в аппарат Гольджи, где в секреторных везикулах происходит отщепление эквимолярного количества С-пептида и образуется зрелый инсулин, который сохраняется в форме цинксодержащего гексамера вплоть до секреции. Мембраны секреторных пузырьков (гранул) в процессе секреции сливаются в плазматической мембраной клетки, а их содержимое высвобождается во внеклеточное пространство. Определение в крови концентрации С-пептида может быть использовано для определения функции поджелудочной железы при введении экзогенного инсулина или при невозможности прямого определения инсулина в сыворотке крови из-за наличия инсулиновых антител.

2.Структура инсулина. Молекула инсулина – полипептид, состоящий из 2-х цепей, А цепь (21 аминокислотный остаток) и В цепь (30 аминокислотных остатков). Цепи связанны между собой дисульфидными мостиками. Дисульфидные мостики локализованы между аминокислотными остатками А7-В7 и А20-В19. Третий дисульфидный мостик связывает между собой 6 и 11 аминокислотные остатки А цепи. Локализация всех трех дисульфидных мостиков постоянна.

Выделяют 3 консервативных участка в молекуле инсулина; 1) положение 3-х дисульфидных связей; 2) гидрофобные остатки в С-концевом участке В-цепи и 3) С- и N-концевые участки А-цепи.

Наиболее схожи по своему строению инсулин человека, свиньи (отличие по 1 аминокислоте) и быка (3 аминокислоты), что позволяет их использовать в качестве заместительной терапии при сахарном диабете.

Поджелудочная железа человека секретирует до 40-50 ед. инсулина в сутки, что соответствует 15-20% общего количества гормона в железе.

3.Регуляция синтеза инсулина. Повышение концентрации глюкозы в крови – главный физиологический стимул секреции инсулина. Пороговой для секреции инсулина является концентрация глюкозы натощак >5,0 ммоль/л, а максимальная секреция наблюдается при концентрации глюкозы 15-20 ммоль/л. Кроме того, стимулируют синтез и секрецию инсулина являются аминокислоты лейцин, глюкагон, гормон роста, кортизол, плацентарный лактоген, эстрогены и прогестерон. Ингибируется синтез инсулина адреналином.

4.Деградация инсулина. В крови инсулин не имеет белков-переносчиков. Период полужизни 3-5 минут. Катаболизм инсулина происходят в основном в печени, почках и плаценте. Около 50% инсулина метаболизируется за один пассаж крови через печень. В деградации инсулина участвуют 2 ферментативные системы: 1) инсулин-специфическая протеиназа, расщепляющая инсулин до аминокислот и 2) глутатион-инсулин-трансгидрогеназа, который восстанавливает дисульфидные мостики.

5.Формы инсулина в крови. Различают 3 формы инсулина в крови: 1) свободная форма инсулина – способствует утилизации глюкозы жировой и мышечной тканью; 2) связанная с белками форма инсулина – влияет только на жировую ткань; 3) форма А – промежуточная форма инсулина, появляется в крови в ответ на быструю, срочную потребность организма в инсулине.

5.Механизм действия инсулина. По механизму действия инсулин относится к гормонам со смешанным механизмом действия. Эффект инсулина начинается со связывания со специфическим гликопротеиновым рецептором, который содержит много гликозильных остатков на поверхности клетки-мишени. Удаление сиаловых кислот и галактозы снижает способность рецептора связывать инсулин и активность гормона.

Рецептор для инсулина состоит из 2-х a и 2-х b-субъединиц, связанных дисульфидными мостиками. a-субъединица расположена вне клетки и осуществляет связывание инсулина. b-субъединица обладает тирозинкиназной активностью и содержит участок аутофосфорилирования. Фосфорилированные β-субъединицы активируют протеинкиназы и фосфатазы, оказывая биологическое действие. При связывания инсулина с рецептором происходит изменение конформации рецептора, гормон-рецепторный комплекс проникает в цитозоль путем эндоцитоза (интернализация), распадается и генерируется сигнал внутри клетки. Рецепторы могут подвергаться протеолизу или повторному процессингу и вновь страиваться в мембрану. В качестве внутриклеточных посредников выступает сам инсулин, ионы кальция, циклические нуклеотиды, продукты распада фосфатидилинозитола, пептиды мембран.

Различные эффекты инсулина делятся на 1) быстрые, которые проявляются через несколько секунд или минут (деполяризация мембран, транспорт глюкозы и ионов, фосфорилирование белков, активация или ингибирование ферментов, синтез РНК) и 2) медленные – от нескольких часов до суток (синтез белка, ДНК, пролиферация клеток).

6.Метаболические эффекты инсулина.

Все органы делятся на инсулинчувствительные (мышечная, жировая ткани и частично печень) и инсулиннечувствительные (нервная ткань, эритроциты).

Основное биологическое значение инсулина – создание резерва веществ в организме. Поэтому инсулин стимулирует анаболические процессы и ингибирует катаболизм.

Обмен углеводов.Инсулин – единственный гормон, который снижает уровень глюкозы в крови по следующим механизмам.

1. Инсулин повышает проницаемость мембран мышечной и жировой тканей для глюкозы, увеличивая количество переносчиков для глюкозы и транслокацию их из цитозоля в мембрану. Гепатоциты хорошо проницаемы для глюкозы и инсулин способствует задержке глюкозы в клетках печени, стимулируя активность глюкокиназы и ингибируя глюкозо-6-фосфатазу. В результате быстро протекающего фосфорилирования концентрация свободной глюкозы в гепатоцитах поддерживается на очень низком уровне, что способствует проникновению ее в клетки по градиенту концентрации.

2. Инсулин влияет на внутриклеточную утилизацию глюкозы следующими путями: 1)

50% поглощенной глюкозы превращается в энергию (гликолиз); 2) 30-40% — в жиры и

3. Инсулин усиливает интенсивность гликолиза в печени, повышая активность ферментов глюкокиназы, фосфофруктокиназы и пируваткиназы. Более интенсивный гликолиз способствует более активной утилизации глюкозы и, следовательно, способствует снижению выхода глюкозы из клетки.

4. В печени и мышцах инсулин стимулирует синтез гликогена путем ингибирования аденилатциклазы и активации фосфодиэстеразы. В результате концентрация цАМФ уменьшается, что приводит к активации гликогенсинтазы и ингибированию фосфодиэстеразы.

5. Инсулин ингибирует глюконеогенез в результате уменьшения концентрации фосфоенолпируваткарбоксилазы (ингибирование транскрипции генов и синтез мРНК).

1. Инсулин стимулирует липогенез в жировой ткани путем:

а) увеличения концентрации ацетил КоА и НАДФН2, необходимых для синтеза жирных кислот в результате активации пируватдегидрогеназного полиферментного комплекса и пентозофосфатного пути распада глюкозы;

б) активации фермента ацетил-КоА-карбоксилазы, катализирующего превращение ацетил-КоА в малонил-КоА;

в) активации полиферментного комплекса синтазы высших жирных кислот путем дефосфорилирования;

г) увеличение притока глицерина, необходимого для синтеза триглицеридов;

2. В печени и жировой ткани инсулин ингибирует липолиз через снижение концентрации цАМФ и ингибирования гормон-чувствительной липазы;

3. Инсулин ингибирует синтез кетоновых тел в печени

4. Инсулин влияет на образование и клиренс ЛПОНП и ЛПНП.

Обмен белков. Инсулин оказывает анаболический эффект на обмен белков, поскольку он стимулирует синтез и тормозит распад белков. Инсулин стимулирует поступление нейтральных аминокислот в мышечную ткань. Влияние инсулина на синтез белков в скелетных мышцах и сердечных мышцах проявляется, вероятно, на уровне трансляции мРНК.

Пролиферация клеток. Инсулин стимулирует пролиферацию клеток в клеточных культурах и возможно участвует в регуляции роста in vivo.

Нарушение метаболизма инсулина.При недостатке инсулина развивается сахарный диабет. Примерно у 90% больных диабетом наблюдается инсулиннезависимый сахарный диабет II типа. Характерен для людей зрелого возраста. Для таких больных типичны ожирение, повышенное содержание в плазме инсулина и снижение количества инсулиновых рецепторов. У 10% наблюдается диабет I типа (инсулинзависимый, ювенильный), начинается в раннем возрасте. Обусловлен поражением поджелудочной железы различными факторами и снижением количества инсулина в крови. Разрушение β-клеток может быть вызвана лекарственными препаратами, вирусами, аутоиммунными процессами.

Метаболические изменения при диабете. Основными признаками инсулина являются: гипергликемия, кетоацидоз и гипертриглицеридемия. Гипергликемия обусловлена снижением утилизации глюкозы периферическими тканями и повышенной продукцией глюкозы за счет активации глюконеогенеза и гликогенолиза. Когда концентрация глюкозы превышает порог реабсорбции, глюкоза экскретируется с мочой (глюкозурия). Повышенная мобилизация жирных кислот приводит к повышенной продукции кетоновых тел и развитию кетоацидоза. При диабете повышается превращение жирных кислот в триацилглицеролы и секреция ЛПОНП и хиломикронов, что приводит к увеличению их концентрации в крови.

Дата добавления: 2015-06-12 ; просмотров: 1238 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Навигация по статье:

Инсулин —

Инсулин (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.

Инсулин увеличивает проницаемость плазматических мембран для глюкозы, активирует ключевые ферменты гликолиза, стимулирует образование в печени и мышцах из глюкозы гликогена, усиливает синтез жиров и белков. Кроме того, инсулин подавляет активность ферментов, расщепляющих гликоген и жиры. То есть, помимо анаболического действия, инсулин обладает также и антикатаболическим эффектом. Нарушение секреции инсулина вследствие деструкции бета-клеток — абсолютная недостаточность инсулина — является ключевым звеном патогенеза сахарного диабета 1-го типа. Нарушение действия инсулина на ткани — относительная инсулиновая недостаточность — имеет важное место в развитии сахарного диабета 2-го типа.

Строение инсулина

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.

Открытие и изучение инсулина

В 1869 году в Берлине 22-летний студент-медик Поль Лангерганс изучая с помощью нового микроскопа строение поджелудочной железы, обратил внимание на ранее не известные клетки, образующие группы, которые были равномерно распределены по всей железе. Назначение этих «маленьких кучек клеток», впоследствии известных как «островки Лангерганса», было не понятно, но позднее Эдуад Лагус показал, что в них образуется секрет, который играет роль в регуляции пищеварения.

В 1889 году немецкий физиолог Оскар Минковски (Oscar Minkowski) чтобы показать, что значение поджелудочной железы в пищеварении надумано, поставил эксперимент, в котором произвёл удаление железы у здоровой собаки. Через несколько дней после начала эксперимента, помощник Минковски, который следил за лабораторными животными, обратил внимание на большое количество мух, которые слетались на мочу подопытной собаки. Исследовав мочу, он обнаружил, что собака с мочой выделяет сахар. Это было первое наблюдение, позволившее связать работу поджелудочной железы и сахарный диабет.

В 1901 году был сделан следующий важный шаг, Евген Опи (Eugene Opie) чётко показал, что «Сахарный диабет… обусловлен разрушением островков поджелудочной железы, и возникает только когда эти тельца частично или полностью разрушены.» Связь между сахарным диабетом и поджелудочной железой была известна и раньше, но до этого не было ясно, что диабет связан именно с островками. В следующие два десятилетия были предприняты несколько попыток выделить островковый секрет как потенциальное лекарство.

В 1906 Georg Ludwig Zuelzer достиг некоторого успеха в снижении уровня глюкозы в крови подопытных собак панкреатическим экстрактом, но не мог продолжить свою работу. E.L. Scott между 1911 и 1912 в Чикагском университете использовал водный экстракт поджелудочной железы и отмечал «некоторое уменьшение гликозурии», но он не смог убедить своего руководителя в важности своих исследований, и вскоре эти эксперименты были прекращены. Такой же эффект демонстрировал и Израэль Кляйнер в Рокфеллеровском университете в 1919, но его работа была прервана началом первой мировой войны, и он не смог её завершить. Похожую работу после опытов во Франции в 1921 году опубликовал и профессор физиологии Румынской школы медицины Никола Паулеско, и многие, в том числе и в Румынии, считают именно его первооткрывателем инсулина. Однако практическое выделение инсулина принадлежит группе учёных Торонтского университета.

В октябре 1920 года Фредерик Бантинг прочитал в работах Минковского о том, что если у собак препятствовать выделению пищеварительного сока из поджелудочной железы, то железистые клетки вскоре погибают, а островки остаются живыми, и сахарный диабет у животных не развивается. Этот интересный факт заставил его задуматься над возможностью выделения из железы неизвестного фактора, способствующего снижению уровня сахара в крови. Из его записок: «перевязать собаке панкреатический проток. Оставить собаку, пока не разрушатся ацинусы и останутся только островки. Попытаться выделить внутренний секрет и подействовать на гликозурию…» В Торонто Бантинг, встретился с Дж. Маклаудом (J. Macleod) и изложил ему свои соображения в надежде заручиться его поддержкой и получить необходимое для работы оборудование. Идея Бантинга сперва показалась профессору абсурдной и даже смешной. Но молодому учёному всё-таки удалось убедить Маклауда поддержать проект.

И летом 1921 года он предоставил Бантингу университетскую лабораторию и ассистента, 22-летнего Чарльза Беста, а также выделил ему 10 собак. Их метод заключался в том, что вокруг выводного протока поджелудочной железы затягивалась лигатура, препятствуя выделению из железы панкреатического сока, и спустя несколько недель, когда внешнесекреторные клетки погибли, в живых оставались тысячи островков, из которых им удалось выделить белок, который достоверно снижал уровень сахара в крови у собак с удалённой поджелудочной железой. Сперва его назвали «айлетин». Вернувшись из Европы, Маклауд оценил значение всей проделанной его подчинённым работы, однако для того, чтобы быть полностью уверенным в эффективности метода, профессор потребовал ещё раз переделать эксперимент при себе. И спустя несколько недель, было ясно, что вторая попытка также успешна. Однако выделение и очистка «айлетина» из поджелудочных желез собак было чрезвычайно трудоёмкой и длительной работой. Бантинг решил попытаться использовать в качестве источника поджелудочные железы плодов телят, в которых ещё не вырабатываются пищеварительные ферменты, но уже синтезируется достаточное количество инсулина. Это существенно облегчило работу.

После решения проблемы с источником инсулина следующей важной задачей стала очистка белка. Для её решения в декабре 1921 Маклауд привлёк блестящего биохимика, Джеймса Коллипа, который в итоге сумел разработать эффективный метод очистки инсулина. И 11 января 1922 года, после множества успешных испытаний с собаками, страдающему диабетом 14-летнему Леонарду Томпсону была сделана первая в истории инъекция инсулина. Однако первый опыт применения инсулина оказался неудачным. Экстракт оказался недостаточно очищенным, и это привело к развитию аллергии, поэтому инъекции инсулина были приостановлены. Следующие 12 дней Коллип напряжённо работал в лаборатории над улучшением экстракта. А 23 января Леонарду была введена вторая доза инсулина. На сей раз, успех был полным, не только не было явных побочных действий, но и у больного перестал прогрессировать диабет. Однако впоследствии Бантинг и Бест не сработались с Коллипом и вскоре с ним расстались. Потребовались большие количества чистого инсулина. И прежде чем был найден эффективный способ быстрого промышленного получения инсулина, была проведена очень большая работа. Важную роль в этом сыграло знакомство Бантинга с Эли Лилли, будущим основателем крупнейшей фармакологической компании. За это революционное открытие Маклауд и Бантинг в 1923 году были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине. Бантинг сперва был сильно возмущён, что его помощник Бест не был представлен к награде вместе с ним, и поначалу даже демонстративно отказался от денег, но потом всё же согласился принять премию, и свою часть торжественно разделил с Бестом. Также поступил и Маклауд, поделив свою премию с Коллипом. А патент на инсулин был продан Торонтскому университету за один доллар, и вскоре началось производство инсулина в промышленных масштабах.

Заслуга по определению точной последовательности аминокислот, образующих молекулу инсулина (так называемая первичная структура) принадлежит британскому молекулярному биологу Фредерику Сенгеру. Инсулин стал первым белком, для которого была полностью определена первичная структура. За проделанную работу в 1958 году он был удостоен Нобелевской премии по химии. А спустя почти 40 лет Дороти Кроуфут Ходжкин с помощью метода рентгеновской дифракции определила пространственное строение молекулы инсулина. Её работы также отмечены Нобелевской премией.

Образование и секреция инсулина Главным стимулом к синтезу и выделению инсулина служит повышение концентрации глюкозы в крови.

Синтез инсулина в клетке Синтез и выделение инсулина представляют собой сложный процесс, включающий несколько этапов. Первоначально образуется неактивный предшественник гормона, который после ряда химических превращений в процессе созревания превращается в активную форму. Ген, кодирующий первичную структуру предшественника инсулина, локализуется в коротком плече 11 хромосомы. На рибосомах шероховатой эндоплазматической сети синтезируется пептид-предшественник — т.н. препроинсулин. Он представляет собой полипептидную цепь, построенную из 110 аминокислотных остатков и включает в себя расположенные последовательно: L-пептид, B-пептид, C-пептид и A-пептид. Почти сразу после синтеза в ЭПР от этой молекулы отщепляется сигнальный (L) пептид — последовательность из 24 аминокислот, которые необходимы для прохождения синтезируемой молекулы через гидрофобную липидную мембрану ЭПР. Образуется проинсулин, который транспортируется в комплекс Гольджи, далее в цистернах которого происходит так называемое созревание инсулина. Созревание является наиболее длительным этапом образования инсулина. В процессе созревания из молекулы проинсулина с помощью специфических эндопептидаз вырезается C-пептид — фрагмент из 31 аминокислоты, соединяющий B-цепь и A-цепь. То есть молекула проинсулина разделяется на инсулин и биологически инертный пептидный остаток. В секреторных гранулах инсулин, соединяясь с ионами цинка, образует кристаллические гексамерные агрегаты.

Секреция инсулина Бета-клетки островков Лангерганса чувствительны к изменению уровня глюкозы в крови; выделение ими инсулина в ответ на повышение концентрации глюкозы реализуется по следующему механизму:

• Глюкоза свободно транспортируется в бета-клетки специальным белком-переносчиком GluT 2
• В клетке глюкоза подвергается гликолизу и далее окисляется в дыхательном цикле с образованием АТФ; интенсивность синтеза АТФ зависит от уровня глюкозы в крови.
• АТФ регулирует закрытие ионных калиевых каналов, приводя к деполяризации мембраны.
• Деполяризация вызывает открытие потенциал-зависимых кальциевых каналов, это приводит к току кальция в клетку.
• Повышение уровня кальция в клетке активирует фосфолипазу C, которая расщепляет один из мембранных фосфолипидов — фосфатидилинозитол-4,5-бифосфат — на инозитол-1,4,5-трифосфат и диацилглицерат.
• Инозитолтрифосфат связывается с рецепторными белками ЭПР. Это приводит к высвобождению связанного внутриклеточного кальция и резкому повышению его концентрации.
• Значительное увеличение концентрации в клетке ионов кальция приводит к высвобождению заранее синтезированного инсулина, хранящегося в секреторных гранулах. В зрелых секреторных гранулах кроме инсулина и C-пептида находятся ионы цинка и небольшие количества проинсулина и промежуточных форм. Выделение инсулина из клетки происходит путём экзоцитоза — зрелая секреторная гранула приближается к плазматической мембране и сливается с ней, и содержимое гранулы выдавливается из клетки. Изменение физических свойств среды приводит к отщеплению цинка и распаду кристаллического неактивного инсулина на отдельные молекулы, которые и обладают биологической активностью.

Регуляция образования и секреции инсулина

Главным стимулятором освобождения инсулина является повышение уровня глюкозы в крови. Дополнительно образование инсулина и его выделение стимулируется во время приёма пищи, причём не только глюкозы или углеводов. Секрецию инсулина усиливают аминокислоты, особенно лейцин и аргинин, некоторые гормоны гастроэнтеропанкреатической системы: холецистокинин, ГИП, ГПП-1, а также такие гормоны, как глюкагон, АКТГ, СТГ, эстрогены и др., препараты сульфонилмочевины. Также секрецию инсулина усиливает повышение уровня калия или кальция, свободных жирных кислот в плазме крови. Понижается секреция инсулина под влиянием соматостатина. Бета-клетки также находятся под влиянием автономной нервной системы.

• Парасимпатическая часть (холинергические окончания блуждающего нерва) стимулирует выделение инсулина
• Симпатическая часть (активация α2-адренорецепторов) подавляет выделение инсулина. Причём синтез инсулина заново стимулируется глюкозой и холинергическими нервными сигналами.

Действие инсулина

Так или иначе, инсулин затрагивает все виды обмена веществ во всём организме. Однако в первую очередь действие инсулина касается именно обмена углеводов. Основное влияние инсулина на углеводный обмен связано с усилением транспорта глюкозы через клеточные мембраны. Активация инсулинового рецептора запускает внутриклеточный механизм, который напрямую влияет на поступление глюкозы в клетку путём регуляции количества и работы мембранных белков, переносящих глюкозу в клетку. В наибольшей степени от инсулина зависит транспорт глюкозы в двух типах тканей: мышечная ткань (миоциты) и жировая ткань (адипоциты) — это т.н. инсулинозависимые ткани. Составляя вместе почти 2/3 всей клеточной массы человеческого тела, они выполняют в организме такие важные функции как движение, дыхание, кровообращение и т. п., осуществляют запасание выделенной из пищи энергии.

Механизм действия инсулина

Подобно другим гормонам своё действие инсулин осуществляет через белок-рецептор. Инсулиновый рецептор представляет собой сложный интегральный белок клеточной мембраны, построенный из 2 субъединиц (a и b), причём каждая из них образована двумя полипептидными цепочками. Инсулин с высокой специфичностью связывается и распознаётся а-субъединицей рецептора, которая при присоединении гормона изменяет свою конформацию. Это приводит к появлению тирозинкиназной активности у субъединицы b, что запускает разветвлённую цепь реакций по активации ферментов, которая начинается с самофосфорилирования рецептора.

Весь комплекс биохимических последствий взаимодействия инсулина и рецептора ещё до конца не вполне ясен, однако известно, что на промежуточном этапе происходит образование вторичных посредников: диацилглицеролов и инозитолтрифосфата, одним из эффектов которых является активация фермента — протеинкиназы С, с фосфорилирующим (и активирующим) действием которой на ферменты и связаны изменения во внутриклеточном обмене веществ. Усиление поступления глюкозы в клетку связано с активирующим действием посредников инсулина на включение в клеточную мембрану цитоплазматических везикул, содержащих белок-переносчик глюкозы GluT 4. Комплекс инсулин-рецептор после образования погружается в цитозоль и в дальнейшем разрушается в лизосомах. Причём деградации подвергается лишь остаток инсулина, а освобождённый рецептор транспортируется обратно к мембране и снова встраивается в неё.

Физиологические эффекты инсулина Инсулин оказывает на обмен веществ и энергии сложное и многогранное действие. Многие из эффектов инсулина реализуются через его способность действовать на активность ряда ферментов. Инсулин — единственный гормон, снижающий содержание глюкозы в крови, это реализуется через:

• усиление поглощения клетками глюкозы и других веществ;
• активацию ключевых ферментов гликолиза;
• увеличение интенсивности синтеза гликогена — инсулин форсирует запасание глюкозы клетками печени и мышц путём полимеризации её в гликоген;
• уменьшение интенсивности глюконеогенеза — снижается образование в печени глюкозы из различных веществ

Анаболические эффекты инсулина

• усиливает поглощение клетками аминокислот (особенно лейцина и валина);
• усиливает транспорт в клетку ионов калия, а также магния и фосфата;
• усиливает репликацию ДНК и биосинтез белка;
• усиливает синтез жирных кислот и последующую их этерификацию — в жировой ткани и в печени инсулин способствует превращению глюкозы в триглицериды; при недостатке инсулина происходит обратное — мобилизация жиров.

Антикатаболические эффекты инсулина

• подавляет гидролиз белков — уменьшает деградацию белков;
• уменьшает липолиз — снижает поступление жирных кислот в кровь.

Регуляция уровня глюкозы в крови

Поддержание оптимальной концентрации глюкозы в крови — результат действия множества факторов, сочетание слаженной работы почти всех систем организма. Однако главная роль в поддержании динамического равновесия между процессами образования и утилизации глюкозы принадлежит гормональной регуляции. В среднем уровень глюкозы в крови здорового человека колеблется от 2,7 до 8,3 ммоль/л, однако сразу после приёма пищи концентрация резко возрастает на короткое время. Две группы гормонов противоположно влияют на концентрацию глюкозы в крови:

• единственный гипогликемический гормон — инсулин
• и гипергликемические гормоны (такие как глюкагон, гормон роста и адреналин), которые повышают содержание глюкозы в крови

Когда уровень глюкозы опускается ниже нормального физиологического значения, высвобождение инсулина из B-клеток замедляется (но в норме никогда не останавливается). Если же уровень глюкозы падает до опасного уровня, высвобождаются так называемые контринсулярные (гипергликемические) гормоны (наиболее известный — глюкагон α-клеток панкреатических островков), которые вызывают высвобождение глюкозы из клеточных запасов в кровь.

Адреналин и другие гормоны стресса сильно подавляют выделение инсулина в кровь. Точность и эффективность работы этого сложного механизма является непременным условием нормальной работы всего организма, здоровья. Длительное повышенное содержание глюкозы в крови (гипергликемия) является главным симптомом и повреждающим фактором сахарного диабета. Гипогликемия — понижение содержания глюкозы в крови — часто имеет ещё более серьёзные последствия. Так, экстремальное падение уровня глюкозы может быть чревато развитием гипогликемической комы и смертью.

Гипергликемия

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

Гипогликемия — патологическое состояние, характеризующееся снижением уровня глюкозы периферической крови ниже нормы (обычно, 3,3 ммоль/л). Развивается вследствие передозировки сахароснижающих препаратов, избыточной секреции инсулина в организме. Гипогликемия может привести к развитию гипогликемической комы и привести к гибели человека.

Инсулинотерапия

Существует 3 основных режима инсулинотерапии. У каждого из них имеются свои преимущества и недостатки. У здорового человека секреция инсулина происходит постоянно и составляет около 1 ЕД инсулина в 1 ч, это так называемая базальная или фоновая секреция. Во время еды происходит быстрое (болюсное) повышение концентрации инсулина во много раз. Стимулированная секреция инсулина составляет приблизительно 1-2 ЕД на каждые 10 г углеводов. При этом поддерживается постоянный баланс между концентрацией инсулина и потребностью в нем по принципу обратной связи. Больной сахарным диабетом 1-го типа нуждается в заместительной инсулинотерапии, которая бы имитировала секрецию инсулина в физиологических условиях. Необходимо использовать различные виды препаратов инсулина в разное время. Добиться удовлетворительных результатов однократным введением инсулина у больных сахарным диабетом 1-го типа невозможно. Количество инъекций может быть от 2 до 5-6 раз в сут. Чем больше инъекций, тем режим инсулинотерапии больше приближен к физиологическому. У больных сахарным диабетом 2-го типа с сохраненной функцией бета-клеток достаточно одно-, двукратного введения инсулина для поддержания состояния компенсации.

ИНСУЛИН, белковый гормон, вырабатываемый поджелудочной железой и регулирующий уровень сахара (глюкозы) в крови; препараты инсулина применяются для лечения сахарного диабета. Гормон синтезируется в бета-клетках, которые входят в отдельные гормон-секретирующие группы клеток поджелудочной железы, называемые островками Лангерганса. Слово «инсулин» (от лат. insula – остров) указывает на «островковое» происхождение гормона.

Инсулин был впервые выделен из поджелудочной железы в Канаде в 1921 Ф.Бантингом и Ч.Бестом, сотрудниками Дж. Маклеода. Признанием их работы явилась Нобелевская премия по физиологии и медицине, присужденная Бантингу и Маклеоду в 1923.

Строение.

Молекула инсулина состоит из двух аминокислотных цепей; А-цепь содержит 21 аминокислоту, В-цепь – 30. Цепи соединены друг с другом двумя дисульфидными мостиками (т.е. каждый образован двумя атомами серы), а третий дисульфидный мостик связывает отдаленные друг от друга аминокислоты А-цепи. Соединенные цепи частично изгибаются и сворачиваются в глобулярную структуру, и такая конфигурация молекулы гормона важна для проявления его биологической активности.

Инсулин обнаружен не только у млекопитающих, но и у рыб, земноводных, пресмыкающихся и птиц. Для лечения сахарного диабета – заболевания, характеризующегося высоким уровнем глюкозы в крови, – часто применяют свиной инсулин. Он отличается от инсулина человека лишь одной аминокислотой.

Функция.

Инсулин – важнейший регулятор промежуточного обмена веществ. Главное его действие заключается в снижении уровня сахара в крови: он облегчает поглощение и использование глюкозы мышечными и жировыми клетками и тормозит образование новых молекул глюкозы в печени. Кроме того, он способствует запасанию глюкозы в клетках в форме гликогена, а также накоплению других веществ – потенциальных источников энергии (жира, белка), тормозят их распад и утилизацию организмом.

Синтезируемый островковыми клетками инсулин частично накапливается в поджелудочной железе, и основной стимул для его высвобождения и синтеза в дополнительном количестве – это повышение уровня глюкозы в крови. Инсулин вырабатывается непрерывно, но скорость его секреции меняется, а само действие строго координировано с эффектами других гормонов (глюкагона, катехоламинов), повышающих уровень глюкозы в крови, что и обеспечивает поддержание этого уровня в узких пределах нормы (ок. 80–100 мг глюкозы на 100 мл крови). Циркулируюций инсулин быстро инактивируется, главным образом в печени и почках; период его полужизни в организме составляет всего несколько минут.

Лечебное применение.

Для лечения диабета обычно используют инсулин, выделенный из поджелудочных желез крупного рогатого скота и свиней. Однако в настоящее время стал доступен столь же активный человеческий инсулин, продуцируемый бактериями в результате генно-инженерных манипуляций (см. ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ), а также получаемый путем ферментативного превращения свиного инсулина. Поскольку в желудочно-кишечном тракте инсулин переваривается и теряет активность, его не назначают для приема внутрь, а вводят путем инъекций или вливаний. См. также ДИАБЕТ САХАРНЫЙ.