Упражнения и ситуационные задачи для самоконтроля:

1.Отчего зависит чувствительность клетки к действию гормонов?

2.В какой части клетки могут локализоваться рецепторы гормонов?

3. Рассказать механизм передачи гормонального сигнала через мембранные рецепторы(цАМФ, цГМФ, кальций-кальмодулин, ИФ-3, ДАГ).Покажите схематически .

4. Каким же образом прекращается влияние циклических нуклеотидов на биохимические процессы?

5.Объясните механизм передачи гормонального сигнала через внутриклеточные рецепторы.

6.Почему пептид-аминокислотные гормоны влияют кратковременно, а стероидные гормоны более длительно ?

Из чего синтезируются стероидные гормоны (гормоны коркового слоя надпочечников, половые гормоны)?

Из чего синтезируются адреналин , норадреналин и Т ₃,Т₄ ?

В терапевтическое отделение поступил пациент с жалобами на слабость и диарею в течение дня. На основании проведенных анализов поставлен диагноз холеры. Известно, что в клетках кишечника холерный токсин, вырабатываемый возбудителем холеры, модифицирует _S – субъединицу G_S – белка. Это приводит к длительной активации аденилатциклазы, повышению синтеза молекул цАМФ, которые в этих клетках регулируют работу мембранных переносчиков Na⁺/Cl и Cl^-/ НСО₃^-.

Занятие «Гормоны, регулирующие обмен углеводов»

Вопросы и ответы для самоподготовки

1. Инсулин, образование, механизмы действия, клетки-мишени, влияние на обмен белков, углеводов и липидов.

Инсулин образуется в -клетках островковЛангерганса, название гормона произошло от слова «insula», что в переводе обозначает ост­ров. Установлено, что вначале инсулин образуется, в виде препроинсулина, после посттрансляционных изменений в молекуле белка от препроинсулина отщепляется сигнальный пептид и образу­ется проинсулин, состоящий из 84 аминокислот. Проинсулин выделен в 1966 году. Обладает слабо выраженным физиологическим действием, свойственным инсулину. Его молекула состоит из одной полипептидной цепи. Под влиянием специальных пептидгидролаз от проинсулина отщепляется, расположенный по середине полипептидной цепи, связывающий полипептид («С-пептид»), состоящий из 27-33 остатков аминокислот, и образуется мономер инсулина с молекулярной массой 6000. По уровню С-пептида в крови можно судить о количестве инсулина.

Инсулин - простой неполноценный белок, т.к. в молекуле инсулина отсутствуют метионин и триптофан. Гормон состоит из 2 полипептидных цепей: А-цепь из 21 аминокислоты и В-цепь состоит из 30 аминокислоты. Эти цепи связаны между собой двумя дисульфидными мостиками, третья дисульфидная связь находится в А-цепи.

Активность инсулина зависит от целостности дисульфидных мостиков. До настоящего времени считали, что инсулин не обладает видовой специфичностью, т.к. B-цепи инсулина различных животных имели одинаковое строение, отличались друг от друга инсулины различных видов животных только аминокислотами в А-цепи в положениях 8, 9, 10. Однако выяснено, что длительное применение гормона, получен­ного от животных, вызывало аллергическую реакцию, что затрудняет использование инсулина животных. Большие перспективы имеет применение человеческого инсулина.

Образовавшиеся в клетках мономеры инсулина, связывают­ся в более сложные комплексы, обладающие соответственно и более высокой молекулярной массой. Возникновение этих полимеров (в составе могут быть от 2 до 8 молекул инсулина) осуществляется за счет ионов цинка, соединяющих между со­бой В-цепи отдельных мономеров инсулина. Такого рода ком­плексы в виде секреторных гранул являются запасом инсу­лина. Открытие такой формы инсулина позволило создать инсулин пролонгированного действия в виде цинк-инсулин-суспензии.

Под влиянием нервного импульса полимеры распадаются до отдельных молекул инсулина, инсулин поступает в кровь, где частично связывается с -глобулинами плазмы крови или трансферрином. Таким образом, в крови инсулин может находиться в двух фор­мах – свободной (активной) и связанной, обладающей мень­шей гормональной активностью. Связанная форма инсулина представляет собой запас инсулина в крови, защищает гормон от разрушения. Наряду с инсулином в кровь поступает некоторая часть проинсулина. Возможно, он в определенной степени обуславливает инсулинподобную активность плазмы, которая повышена при сахарном диабете.

В клеткax печени, куда гормон поступает с кровью, происходит разруше­ние инсулина под влиянием инсулиназы (если принять продукцию инсулина за 100% в сутки, то в большой круг кровообращения поступает только 20%, 80% разрушается инсулиназой). Связанный инсулин - более стой­кое вещество, на него почти не действует инсулиназа. Значительная часть инсулина разрушается также в почках. Полупериод жизни инсулина исчисляется 10 минутами.

Механизмы действия.

Инсулин проявляет свое действие следующим образом:

Во-первых, действуя через свои рецеторы, расположенные на наружной поверхности мембраны, вызывает повышение проницаемости мембран, открывая каналы для таких крупных молекул как глюкоза, аминокислоты, наклеотиды.

Во-вторых, инсулин при взаимодействии со своим рецептором вызывает

искажение рецепторов гормонов, действующих по первому механизму через аденилатциклазную систему, т.к. рецепторы инсулина и рецепторы гормонов, влияющих на синтез цАМФ, находятся рядом, и при образовании инсулин-R комплекса близко расположенные рецепторы других гормонов теряют структурное сходство со своими гормонами. Таким образом инсулин препятствует образованию ц.АМФ.

В- третьих, инсулин-R комплекс не оказывает влияние на гуанилатцик

лазную систему, поскольку рецепторы гормонов, действующих по этому пути, пространственно отдалены от рецепторов инсулина, располагаясь глубоко в липидном слое мембраны, т.е. инсулин способствует образованию цГМФ.

Инсулиновые рецепторы представляют собой тетрамерные гликопротеиды, состоящие из двух "α" - субъединиц и двух "β" -субъединиц. Субъединицы связаны между собой дисульфидными мостиками. Инсулин В-цепью связывается с α-субъединицами рецептора. β-субъединицы являются каталитической частью рецептора и обладают тирозинкиназной активностью. При связывании рецептора с инсулином происходит аутофосфорилирование β-субъединиц. Это сопровождается активацией их тирозинкиназной активности. Тирозинкиназа инсулинового рецептора фосфорилирует ряд клеточных ферментов (посредников в действии инсулина), давая старт ранним метаболическим эффектам. Среди посредников действия инсулина в клетке лучше всего охарактеризован белок IRS-1, который запускает фосфатидилинозитидный каскад посредников метаболических эффектов инсулина. При этом активируется фосфолипаза С, которая ускоряет гидролиз фосфатидилинозитол-4,5-дифосфата на Р₃ и ДАГ. ДАГ активирует протеинкиназу С, которая

фосфорилирует белки ядер, участвующих в процессах репликации, поэтому под влиянием инсулина усиливается пролиферация клеток.

Р₃ стимулирует выход кальция из эндоплазматического ретикулума в цитозоль, т.к. Р₃ имеет рецепторы в мембране этой сети.

Открываются кальциевые каналы, что способствует активации кальмодулина и цАМФ-зависимой фосфодиэстеразы (ФДЭ). Это приводит к понижению внутриклеточной концентрации цАМФ и катаболических процессов в клетке. Снижению цАМФ также способствует уменьшение активности протеинкиназы А. Белок IRS-1 активирует ряд серин-треониновых киназ, которые стимулируют активность ферментов, обеспечивающих синтез гликогена, липидов и белка, а также ускоряет перемещение молекул инсулинзависимого транспортера глюкозы GLUT-4 в плазматическую мембрану мио- и липоцитов. Активация ряда протеинфосфатаз приводит к дефосфорилированию некоторых ферментов, например, дефосфорилирование гликогенсинтетазы, пируватдегидрогеназы, гидроксиметилглутарил-редуктазы (ГМГ-редуктазы), ацетил-КоА-карбоксилазы, пируваткиназы приводит к их активированию, а дефосфорилирование липазы, фосфорилазы, фруктозо-1,6-дифосфатазы, вызывает их ингибирование.

После передачи сигнала через мембрану (короткосрочный сигнал) инсулин-рецепторные комплексы перемещаются вдоль мембраны (латеральное перемещение) и интернализируются. При этом формируются внутриклеточные посредники, с помощью которых реализуются долговременные эффекты инсулина (рост клетки, синтез РНК и т.п.).

Клетки-мишени Инсулин имеет широкий спектр действия, почти все клетки нашего организма имеют рецепторы к нему, исключение составляет нервная ткань, хрусталик, семенные пузырьки, -клетки островков, эритроциты. Связанный инсулин имеет рецепторы только в жировой ткани.

Физиологическое действие: Инсулин является анаболическим гормоном, т.е. стимулирует процессы синтеза веществ в организме. Влияет на все виды обмена веществ.

Влияние на обмен белков: Вследствие повышения проницаемости мембран клеток внутрь клетки в большом количестве попадают нуклеотиды, которые используются для транскрипции. Увеличение транскрипции ведет к повышению биосинтеза белка, тем более, что в цитоплазме клеток очень много аминокислот. Энергия, необходимая для синтетических процессов, образуется при гликолитическом окислении глюкозы. Резко замедляются процессы распада белков. Ускорение синтеза и уменьшение процессов распада белков приводит к увеличению белковых запасов в клетке. Уменьшается количество безазотистых остатков аминокислот, т.к. уменьшается процесс их дезаминирования. Снижаются процессы глюконеогенеза из продуктов дезаминирования аминокислот.

Влияние на обмен углеводов: под влиянием инсулина повышается всасывание глюкозы в кишечнике, глюкоза поступает в кровь, а затем из крови поступает внутрь клеток, вследствие того, что проницаемость мембран клеток повышается. Это приводит к гипогликемии. Повышение концентрации глюкозы в клетке вызывает угрозу изменения осмотического давления, т.к. глюкоза осмотически ак­тивное вещество. Поэтому глюкоза в клетке частью используется на гликогеногенез (активная гликогенсинтетаза). Часть глюкозы окисляется в аэробных условиях до конечных продуктов с образованием больших количеств АТФ, идущих на синтетические процессы. Инсулин активирует глюкокиназу печени, а активность глюкозо-6-фосфатазы под действием инсулина уменьшается. Часть же глюкозы переходит в липиды, т.е. усиливается процесс липонеогенеза. Поскольку в клетке отсутствует ц-АМФ, то гликогенолиз тормозится. Таким образом, под влиянием инсулина уменьшается уровень глюкозы в крови (гипогликемический эффект).

Влияние на обмен липидов: активируя пальмитатсинтетазу, инсулин способствует превращению АУК в СЖК, которые используются на липогенез. АУК используется также для синтеза холестерина. Инсулин увеличивает поглощение и окисление глицерина в адипоцитах, усиливает отложение липидов в жировой ткани, печени и других тканях. СЖК обычно препятствуют поступлению глюкозы внутрь клеток, а поскольку инсулин понижает концентрацию СЖК в клетках (они используются на липогенез), то улучшается процесс проникновения глюкозы в клетки. Из-за понижения количества цАМФ в клетках тормозится липолиз, -окисление и образование кетоновых тел. В клетках печени затрудняется переход продуктов гидролиза липидов в углеводы, т.е. глюконеогенез тормозится. Инсулин стимулирует синтез ЛПЛ в эндотелиальных клетках, увеличивает липолиз триглицеридов в хиломикронах и ЛПОНП.

Таким образом, инсулин, повышает поступление глюкозы из кишечника в кровь и из крови в клетки, способствуя отложению этого моносахарида в клетках в виде гликогена, окислению глюкозы до конечных продуктов и превращению глюкозы в другие вещества (липиды). Суммарное действие инсулина направлено на понижение уровня глюкозы в крови - гипогликемию. В этом отношении инсулин является единственным из известных гормонов, обладающих гипогликемическим эффектом.

Влияние на пролиферацию клеток: инсулин, действуя через тирозинкиназно-фосфатазный каскад также стимулирует активацию факторов транскрипции, что приводит к усилению деления клеток.

Регуляция секреции. Секреция инсулина регулируется концентрацией глюкозы в крови. Повышение концентрации глюкозы, кетоновых тел, СЖК, ряда аминокислот, в частности аланина, аргинина и лейцина; увеличение уровня глюкагона, тонуса симпатической нервной системы и концентрации кальция в крови усиливают секрецию гормона. Секреция замедляется при гипогликемии. Контролируют секрецию инсулина СТГ и соматостатин.