Вопрос 95

Инсулин-строение, синтез и секреция. Регуляция синтеза и секреции инсулина. Механизм действия инсулина. Роль инсулина и контринсулярных гормонов (адреналина и глюкагона) в регуляции метаболизма. Изменение гормонального статуса и метаболизма при сахарном диабете. Диабетическая кома.

Инсулин – полипептид, состоящий из двух ППЦ (А и В), соединенных между

собой двумя дисульфидными мостиками.

• Может существовать в формах: мономера, димера и гексамера.

• Гексамерная структура инсулина стабилизируется ионами Zn²⁺

• Молекула инсулина содержит также внутримолекулярный дисульфидный мостик, соединяющий шестой и одиннадцатый остатки в А-цепи.

Биосинтез инсулина включает обр. 2х неактивных предшественников:

препроинсулина и проинсулина, которые в результате последовательного протеолиза превращаются в активный гормон.

1. Сигнальный пептид образуется на полирибосомах, проникает в просвет ЭР и

направляет поступление в просвет ЭР растущей ППЦ препроинсулина. После окончания синтеза препроинсулина сигнальный пептид, включающий 24 АК остатка, отщепляется = обр-ся проинсулин

2. Проинсулин (86 АК остатков) поступает в аппарат Гольджи, где под действием

специфических протеаз расщепляется в нескольких участках = обр. инсулин (51 АК ост)

и С-пептида (31 АК)

3. Инсулин и С-пептид в эквимолярных количествах включаются в секреторные

гранулы. В гранулах инсулин соединяется с Zn²⁺, 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

• Распад инсулина происходит под действием инсулиназы (в основном в печени)

РЕГУЛЯЦИЯ СИНТЕЗА И СЕКРЕЦИИ ИНСУЛИНА

Глюкоза – главный регулятор секреции инсулина, а β-клетки – наиболее важные

глюкозо-чувствительные клетки в организме. Глюкоза регулирует экспрессию гена инсулина, а также генов других белков, участвующих в обмене основных энергоносителей.

Действие глюкозы на скорость экспрессии генов инсулина:

• Прямое – когда глюкоза непосредственно взаимодействует с

транскрипционными факторами

• Вторичное – через влияние на секрецию инсулина и глюкагона.

При стимуляции глюкозой инсулин быстро освобождается из секреторных гранул,

что сопровождается активацией транскрипции мРНК инсулина.

Синтез и секреция инсулина не являются строго сопряжёнными процессами.

Синтез гормона стимулируется глюкозой, а секреция его является Са²⁺-зависимым процессом и при дефиците Са²⁺снижается даже в условиях высокой концентрации глюкозы, которая стимулирует синтез инсулина.

На секрецию инсулина влияют другие гормоны:

• Адреналин через α₂-рецепторы тормозит секрецию инсулина даже на фоне стимуляции глюкозой

• β-адренергические агонисты стимулируют синтез (вероятно, в результате повышения концентрации цАМФ)

МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ИНСУЛИНА:

Он связывается со специфическим гликопротеиновым рецептором на поверхности

клетки-мишени. Рецепторы инсулина обнаружены почти во всех типах клеток, но больше всего их в гепатоцитах и клетках жировой ткани.

Инсулиновый рецептор (IR) постоянно синтезируется и разрушается.

При высокой конц. инсулина в плазме крови (при ожирении) число инсулиновых

рецепторов может уменьшаться, и клетки-мишени становятся менее чувствительными к инсулину, что может быть одной из причин сахарного диабета II типа.

Снижение чувствительности клеток к гормону (десенситизация):

1 механизм включает утрату рецепторов путём их интернализации.

Комплекс инсулин-рецептор захватывается внутрь клетки эндоцитозом. В результате интернализации часть рецепторов подвергается разрушению в лизосомах, а часть возвращается в плазматическую мембрану.

2 механизм – ковалентная модификация рецептора в результате фосфорилир-я

Фосфорилирование IR по остаткам серина и треонина снижает его сродство к инсулину.

Т.к. IR относятся к рецепторам с тирозинкиназной активностью – стимулированное

инсулином аутофосфорилирование β-субъединицы IR по остаткам тирозина приводит к фосфорилированию других внутриклеточных белков – субстратов инсулинового рецептора (IRS) – IRS-1, IRS-2, а также некоторые белки семейства STAT.

IRS-1 - играет главную роль в формировании ответной реакции на инсулиновый

сигнал. Он является фосфопротеином, часть остатков серина, тирозина и треонина фосфорилирована.

• При стимуляции инсулином степень фосфорилирования IRS-1 увеличивается и

придаёт ему способность соединяться с другими цитозольными белками, что приводит к активации нескольких сигнальных путей, представляющих каскад реакций активации специфических протеинкиназ.

• В результате активации протеинкиназ происходит фосфорилирование ферментов и

факторов транскрипции, что составляет основу многочисленных эффектов инсулина.

Активация инсулином сигнального пути Ras. 

Ras-белок – относится к семейству малых ГТФ-связывающих белков.

В неактивном состоянии прикреплён к внутренней поверхности плазматич. мембраны и связан с ГДФ. Стимуляция инсулином приводит к обр. активной ГТФ-связанной формы

Превращение Ras-белка в активную форму происходит при участии семейства

белков, являющихся активаторами протеинкиназ и протеинкиназами

Один из субстратов инсулинового рецептора Shс участвует в образовании

комплекса с небольшим цитозольным белком Grb = образовавшийся комплекс

взаимодействует с Ras-белком. В этот комплекс включаются другие белки: GAP, GEF и SOS. Два последних белка способствуют отделению ГДФ от Ras-белка и присоединению ГТФ. Активированный Ras соединяется с протеинкиназой Raf-1.

ПК Raf-1 в неактивном состоянии находится в цитозоле в соединении с

шаперонами. Активированная Raf-киназа стимулирует каскад реакций фосфорилирования и активации других протеинкиназ – митогенактивируемых протеинкиназ (МАПК).

• При участии Raf-1 сначала фосфорилируется и активируется киназа МАПК, которая, в свою очередь, фосфорилирует МАПК.

• МАПК фосфорилирует многие цитоплазматические белки: протеинкиназу pp90S6, белки рибосом, фосфолипазу А₂, активаторы транскрипции (ПСАТ).

Активация Ras-пути инсулином.

1 – GRB-2/mSOS - цитозольный белок нековалентно присоединяется к

фосфорилированному рецептору инсулина при участии одного из субстратов инсулинововго рецептора - Shс;

2 – образовавшийся комплекс взаимодействует с белком Ras; в этот комплекс

включаются также белки, которые обеспечивают отделение от Ras ГДФ и присоед-е ГТФ;

3 – активированный Ras соединяется с протеинкиназой Raf-1, вследствие чего

происходит активация Raf-1-киназы;

4, 5 – активированная Raf-1-киназа стимулирует каскад реакций

фосфорилирования и активации других протеинкиназ, в частности, МАПКК и МАПК. МАПК фосфорилируют многие цитоплазматические белки и факторы транскрипции. МАПК - митогенактивируемые протеинкиназы.

Активация фосфоинозитол-3-киназы (ФИ-3-киназы): этот фермент катализирует

фосфорилирование ФИ, ФИ-4-фосфата и ФИ-4,5-бисфосфата в положении 3, образуя полифосфоинозитиды: ФИ-3-фосфат, ФИ-3,4-бисфосфат, ФИ-3,4,5-трифосфат, которые в разных клетках стимулируют мобилизацию Са²⁺и активацию специфических протеинкиназ.

Активация фосфодиэстеразы адипоцитов инсулином.

1 – фосфорилированный рецептор инсулина фосфорилирует субстраты

инсулинового рецептора;

2 – образование комплекса фосфоинозитол-3-киназы (ФИ-3-киназы) с

активированными субстратами инсулинового рецептора;

3 – активация протеинкиназы В (ПК-В);

4 – протеинкиназа В активирует фосфодиэстеразу (ФДЭ) путём фосфорилирования

5 – ФДЭ катализирует реакцию превращения цАМФ в АМФ.

Активация гликогенсинтазы инсулином. Одной из протеинкиназ, активируемых

через путь Ras. является протеинкиназа pp90S6. Этот фермент фосфорилирует протеинфосфатазу, связанную с гранулами гликогена.

При фосфорилировании протеинфосфатаза активируется и дефосфорилирует

киназу гликогенфосфорилазы, гликогенфосфорилазу и гликогенсинтазу.

• Дефосфорилированные формы киназыфосфорилазы и гликогенфосфорилазы неактивны, вследствие чего мобилизация гликогена замедляется.

• Гликогенсинтаза, напротив, активируется, и синтез гликогена ускоряется.

Активация гликогенсинтазы инсулином.

1 – активация пути RAS;

2 – протеинкиназа рр90S6, активируемая инсулином через путь RAS,

фосфорилирует протеинфосфатазу гранул гликогена, которая включает каскад реакций дефосфорилирования;

3 – инактивация киназыфосфорилазы и гликогенфосфорилазы;

4 – торможение мобилизации гликогена;

5 – активация гликогенсинтазы;

6 – стимуляция синтеза гликогена.

РОЛЬ ИНСУЛИНА И КОНТРИНСУЛЯРНЫХ ГОРМОНОВ (АДРЕНАЛИНА И ГЛЮКАГОНА) В РЕГУЛЯЦИИ МЕТАБОЛИЗМА.

Основную роль в поддержании энергетического гомеостаза играют

гормоны инсулин и глюкагон, а также другие контринсулярные гормоны – адреналин, кортизол, йодтиронины и соматотропин.

Инсулин и глюкагон играют главную роль в регуляции метаболизма при смене

абсорбтивного и постабсорбтивного периодов и при голодании.

• Абсорбтивный период характеризуется временным повышением конц. глюкозы,

аминокислот и жиров в плазме крови. Клетки поджелудочной железы отвечают на это повышение усилением секреции инсулина и снижением секреции глюкагона.

Увеличение отношения инсулин/глюкагон вызывает ускорение использования

метаболитов для запасания энергоносителей: происходит синтез гликогена, жиров и белков. Режим запасания включается после приёма пищи и сменяется режимом мобилизации запасов после завершения пищеварения. Тип метаболитов, которые потребляются, депонируются и экспортируются, зависит от типа ткани.

Главные органы, связанные с изменениями потока метаболитов при смене режимов

мобилизации и запасания энергоносителей, - печень, жировая ткань и мышцы.

ИЗМЕНЕНИЕ ГОРМОНАЛЬНОГО СТАТУСА И МЕТАБОЛИЗМА ПРИ САХАРНОМ ДИАБЕТЕ

. Диабетическая кома.

Сахарный диабет – заболевание, возникающее вследствие абсолютного или

относительного дефицита инсулина.

Диабет I типа – инсулинзависимый – заболевание, вызываемое разрушением

р-клеток островков Лангерханса поджелудочной железы.

• Диабет II типа – инсулиннезависимый – общее название нескольких

заболеваний, развивающихся в результате относительного дефицита инсулина, возникающего вследствие нарушения секреции инсулина, нарушения превращения проинсулина в инсулин, повышения скорости катаболизма инсулина, а также повреждения механизмов передачи инсулинового сигнала в клетки-мишени (например, дефекта рецептора инсулина, повреждения внутриклеточных посредников

инсулинового сигнала и др.)

При сахарном диабете, как правило, соотношение инсулин/глюкагон снижено.

При этом ослабевает стимуляция процессов депонирования гликогена и жиров, и усиливается мобилизация запасов энергоносителей.

Печень, мышцы и жировая ткань даже после приёма пищи функционируют в

режиме постабсорбтивного состояния. Для всех форм диабета характерна гипергликемия

После приёма пищи концентрация глюкозы может достигать 300-500 мг/дл и

сохраняется на высоком уровне в постабсорбтивном периоде, т.е. снижается толерантность к глюкозе.

При снижении инсулинглюкагонового индекса активируется глюконеогенез из

аминокислот, глицерола и лактата.

• Повышение концентрации глюкозы в крови при сахарном диабете превышает

концентрационный почечный порог, что становится причиной выделения глюкозы

с мочой (глюкозурия).

• К характерным признакам сахарного диабета относят также повышение

концентрации в крови кетоновых тел – кетонемия. 

• При низком соотношении инсулин/глюкагон жиры не депонируются, а ускоряется

их катаболизм. Печень захватывает жирные кислоты, окисляет их до ацетил-КоА, который, в свою очередь, превращается в β-гидроксимасляную и ацетоуксусную кислоты. В тканях ацетоацетат частично декарбоксилируется до ацетона, запах которого исходит от больных сахарным диабетом и ощущается даже на расстоянии. Увеличение концентрации кетоновых тел в крови приводит к кетонурии.

• Накопление кетоновых тел снижает буферную ёмкость крови вызывает ацидоз. 

• При сахарном диабете дефицит инсулина приводит к снижению скорости синтеза

белков в организме и усилению распада белков.Образующийся при этом аммиак вступает в орнитиновый цикл, что приводит к увеличению концентрации мочевины в крови и моче – азотемия и азотурия. 

• Выделение мочи у больных возрастает в несколько раз и в некоторых случаях

достигает 8-9 л в сутки, но чаще не превышает 3-4 л - полиурия. Потеря воды вызывает постоянную жажду – полидипсия.

Диабетическая кома – резкое нарушение всех функций организма с

нарушением сознания. Она развивается медленно, в течение нескольких дней, но иногда может возникнуть возникнуть и в течение нескольких нескольких часов.

Основные предшественники диабетической комы – ацидоз и дегидратация тканей.

Параллельно кетоацидозу при декомпенсации диабета развивается нарушение

водно-электролитного обмена. В его основе лежит гипергликемия, сопровождающаяся повышением осмотического давления в сосудистом русле.

Для сохранения осмолярности начинается компенсаторное перемещение жидкости

из клеток и внеклеточного пространства в сосудистое русло, что ведёт к потере тканями воды и электролитов – развиваются тяжёлая клеточная дегидратация и дефицит внутриклеточных ионов (прежде всего К⁺), затем возникает общая дегидратация.

Это приводит к снижению периферического кровообращения, уменьшению

мозгового и почечного кровотока и гипоксии.

Первыми признаками могут быть тошнота, рвота, заторможенность, АД снижено.

Коматозные состояния при сахарном диабете проявляются в 3х формах:

1. Для кетоацидотической комы характерны выраженный дефицит инсулина,

кетоацидоз, полиурия, полидипсия. Гипергликемия (20 — 30 ммоль/л), обусловленная инсулиновой недостаточностью, сопровождается большими потерями жидкости и электролитов, дегидратацией и гиперосмоляльностью плазмы. Общая концентрация кетоновых тел достигает 100 мг/дл и выше.

2. При гиперосмолярной коме наблюдают чрезвычайно высокие уровни глюкозы в

плазме крови, полиурию, полидипсию, всегда проявляется тяжёлая дегидратация. Предполагают, что у большинства больных гипергликемия обусловлена сопутствующим нарушением функции почек. Кетоновые тела в сыворотке крови обычно не определяются.

3. При лактоацидотической коме преобладают гипотония, снижение

периферического кровообращения, гипоксия тканей, приводящая к смещению метаболизма в сторону анаэробного гликолиза, что обусловливает повышение концентрации молочной кислоты в крови (лактоацидоз)

Вопрос 96

Гормоны щитовидной железы. Регуляция синтеза и секреции йодтиронинов и их влияние на метаболизм и функции организма. Изменение метаболизма при гипо- и гипертиреозе. Причины и проявления эндемического зоба.

В щитовидной железе синтезируются гормоны – йодированные производные

тирозина (объеденены общим названием йодтиронины)

К ним относят: трийодтиронин (Т3), тетрайодтиронин (Т4) или тироксин.

1. Биосинтез йодтиронинов: они синтезируются в составе белка тиреоглобулина

(Тг) в фолликулах щитовидной железы.

Тиреоглобулин – гликопротеин, содержащий 115 остатков тирозина.

Он синтезируется на рибосомах шероховатого ЭР в виде претиреоглобулина,

затем переносится в цистерны ЭР, где происходит формирование вторичной и третичной структуры, включая процессы гликозилирования. Из цистерн ЭР поступает в аппарат Гольджи, включается в состав секреторных гранул и секретируется во внеклеточный коллоид, где происходит йодирование остатков тирозина и образование йодтиронинов.

2. Транспорт йода в клетки щитовид. железы: йод в виде органических и

неорганических соединений поступает в ЖКТ с пищей и питьевой водой. Транспорт йодида в клетки щитовидной железы – энергозависимый процесс и происходит при участии специального транспортного йодид-переносящего белка, работа которого сопряжена с Na⁺, K⁺-АТФ-азой

3. Окисление йода: окисление I- в I+ происходит при участии гемсодержащей

тиреопероксидазы и H2O2 в качестве окислителя.

4. Йодирование тирозина: окисленный йод взаимодействует с остатками тирозина

в молекуле тиреоглобулина. Реакция катализируется тиреопероксидазой.

5. Образование йодтиронинов: под действием тиреопероксидазы оксиленный йод

реагирует с остатками тирозина с образованием монойодтирозинов (МИТ) и дийодтирозинов (ДИТ). Две молекулы ДИТ конденсируются с образованием йодтиронина Т4, а МИТ и ДИТ – с образованием йодтиронина Т3. Йодтиреоглобулин транспортируется из коллоида в фолликулярную клетку путем эндоцитоза и гидролизуется ферментами лизосом с высвобождением Т3 и Т4.

Транспорт и метаболизм йодтиронинов: большая часть Т3 и Т4 находятся в

организме вне щитовидной железы – они циркулируют в крови в связанной форме в комплексе с белками: тироксинсвязывающим глобулином (ТСГ) и тироксинсвязывающим преальбумином (ТСПА). И лишь малая частьТ4 и Т3 находятся в крови в свободной форме.

В периферических тканях в результате дейодирования части Т4 по пятому

углеродному атому образуется «реверсивная» форма Т3, которая почти лишена биологической активности. Другие пути метаболизма йодтиронинов включают полное дейодирование, дезаминирование или декарбоксилирование.

Регуляция синтеза и секреции йодтиронинов: скорость синтеза и секреции

йодтиронинов регулируются гипоталамо-гипофизарной системой по механизму обратной отрицательной связи.

• Стимулом для повышения секреции тиреолиберина и как следствие синтеза тиреотропного гормона служит снижение концентрации йодтиронинов в крови.

• Йодтиронины тормозят синтез и секрецию ТТГ и тиреолиберина.

Биологические функции: в печени йодтиронины ускоряют гликолиз, синтез

холестерола и синтез желчных кислот.

• В печени и жировой ткани повышает чувствительность клеток к действию адреналина и косвенно стимулирует липолиз мобилизацию гликогена

• Т3 увеличивает в мышцах потребление глюкозы, стимулирует синтез белков и увеличение мышечной массы,

• Йодтиронины также участвуют в формировании ответной реакции на охлаждение

увеличением теплопродукции, повышая чувствительность симпатической нервной системы к норадреналину и стимулируя секрецию норадреналина.

ЗАБОЛЕВАНИЯ ЩИТОВИДНОЙ ЖЕЛЕЗЫ

• Гипотиреоз у новорожденных приводит к развитию кретинизма, который

проявляется множественными врожденными нарушениями и тяжелой необратимой задержкой умственного развития.

• Гипотиреоз развивается вследствие недостаточности йодтиронинов. Обычно

связан с недостаточностью функции щитовидной железы, но может возникать и при заболеваниях гипофиза и гипоталамуса.

• Микседема – наиболее тяжелая форма гипотиреоза, сопровождается слизистым

отеком кожи и подкожной клетчатки. Отечность обусловлена избыточным накоплением гликозаминогликанов и воды. Характерные проявления: снижение частоты сердечных сокращений, вялость, сонливость, непереносимость холода, сухость кожи.

• Эндемический зоб – встречается у людей, живущих в районах, где содержание

йода в воде и почве недостаточно. Если поступление йода в организм снижается, то уменьшается продукция йодтиронинов, что приводит к усилению секреции ТТГ, под влиянием которого происходит компенсаторное увеличение размеров щитовидной железы, но продукция йодтиронинов при этом не увеличивается.

• Гипертиреоз возникает вследствие повышенной продукции йодтиронинов.

• Диффузный токсический зоб (базедова болезнь) – увеличение размеров

щитовидной железы, повышение концентрации йодтиронинов в 2-5 раз и развитие тиреотоксикоза. Признаки тиреотоксикоза: увеличение основного обмена, учащение сердцебиений, мышечная слабость, снижение массы тела (несмотря на повышенный аппетит), потливость, тремор, экзофтальм (пучеглазие).

Причины гипертиреоза: развитие опухоли, тиреоидит, избыточное поступление йода и йодсодержащих препаратов, аутоиммунные реакции.