β -цепь

S

S

S

S

3. Затем, двухцепочечный инсулин соединяется с Zn²⁺ и накапливается в секреторных гранулах вместе с амилином и С-пептидом.

Амилин-это пептид, состоящий из 37 а.к. Он вырабатывается β -клетками поджелудочной железы, упаковывается и секретируется в небольшом количестве в кровь, вместе с инсулином и С-пептидом.

!Содержание инсулина и С-пептида в секреторных гранулах эквимолярно (т.е. в равном количестве)

Значение амилина: является фактором, при помощи которого осуществляется понижение чувствительности В-клеток к глюкозе.

4.Механизм действия

Инсулин действует на клетку по всем 3-м механизмам:

• Мембранный механизм

• Мембранно-внутриклеточный механизм

• Внутриклеточный механизм

Причем все 3 механизма связаны между собой.

Инсулин выделяется из β -клеток поджелудочной железы и связывается с рецепторами, расположенными на плазматической мембране. Гормон циркулирует в крови около 10 минут, после чего подвергается распаду в печени и почках при помощи фермента инсулиназы (цинкосодержащий фермент, который гидролизует глюкагон и другие пептидные гормоны). Рецепторы к инсулину находятся почти во всех тканях, кроме нервной.

В состоянии покоя рецептор состоит из 2-х отдельных димерных комплексов, состоящих из α и β -субъединиц. Присоединение инсулина к одной из α-субъединиц приводит к объединению двух димеров в единый тетрамерный комплекс. β -субъединицы, этого комплекса, приобретают тирозинкиназную активность и происходит процесс аутофосфорилирования, т.е. β-субъединицы фосфорилирируют друг друга. Фосфорилированная β-субъединица способна присоединять к себе цитоплазматические белки-адаптеры и фосфорилировать их.

И

S

S

S

S

Клеточная мембрана

О

АДФ

*АТФ-донор остатков неорганического фосфора

О

Р

Фосфорилированный белок

Субстратами инсулинового рецептора являются различные внутриклеточные белки к числу которых относится IRS-1, RAS-белок, белок-Shс и другие, а также фермент фосфолипаза-С, которая активируется при связывании с инсулиновыми рецепторами. Это является одной из причин повышения внутриклеточного уровня кальция под влиянием инсулина. В зависимости от белка, который подвергается фосфорилированию инсулиновым рецептором, формируются два различных сигнальных пути.

1 путь. Связан с активацией белка-RAS, который сопряжен с регуляцией экспрессии генов и, как следствие, с контролем роста и пролиферации клеток. RAS-белок связан с ГДФ. В результате фосфорилирования, в RAS-белке ГДФ переходит в ГТФ и RAS-белок становится активным. Активный RAS-белок активирует протеинкиназу, которая фосфорилирует митоген-активируемые протеинкиназы (MAPK). В результате, активируются факторы транскрипции и происходит синтез т-РНК, затем усиливается трансляция и происходит синтез внутриклеточных белков. !С этим связанно появление медленных и очень медленных эффектов инсулина!

2 путь. Связан с активацией фермента фосфоинозитол-3-киназы, сопряженной с проницаемостью клеточных мембран для глюкозы и активацией процесса поступления глюкозы в клетку и ее катаболизм. Этот путь обеспечивает быстрые и очень быстрые эффекты инсулина. Этот сигнальный путь начинается с фосфорилирования белка IRS-1 инсулиновым рецептором. Фосфорилированный IRS-1 активирует фермент фосфоинозитол-3-киназу, путем присоединения к ней. Активированный фермент катализирует реакцию синтеза фосфоинозитол-три-фосфата из мембранного фосфолипида фосфоинозитол-4,5-бифосфата.

Фосфоинозитол-4,5-бифосфат

Фосфоинозитол-3-киназа

Фосфоинозитол-3,4,5-трифосфат

АДФ

АТФ

Фосфоинозитол-три-фосфат присоединяется к мембранно-связанной протеинкиназе, делая ее активной и та, фосфорилирует внутриклеточные белки, которые находятся в цитоплазме, переводя их в активную форму: GluT-4-переносчик глюкозы, фосфодиэстераза, протеинфосфотазу. В инсулинзависимых тканях фосфорилированные GluT-4 встраиваются в клеточную мембрану и ускоряют поступление глюкозы в клетку, обуславливая очень быстрый эффект инсулина. Активная фосфодиэстераза разрушает ц АМФ, препятствуя фосфорилированию белков и ферментов. Активная протеинфосфатаза дефосфорилирует белки, т.е. активирует ключевые ферменты синтеза гликогена и гликолиза, обуславливая быстрые эффекты инсулина.

ИНС

Цитоплазма

Активация ПК В

Глюкоза

Инсулин активирует Na⁺/K⁺-АТФазу и ингибирует Ca²⁺ - АТФазу. Это способствует характерному изменению уровня электролитов в организме.

Рецептор инсулина выполняет три основные функции:

1) Распознает инсулин и связывается с ним.

2) Осуществляет передачу гормонального сигнала, направленного на активацию внутриклеточных обменных процессов.

3) Г-рецепторный комплекс погружается внутрь клетки и подвергается лизосомальному протеолизу инсулина, а освободившийся рецептор, вновь возвращается в плазматическую мембрану.

4. Регуляция секреции.

а) Метаболическая регуляция

Повышение концентрации глюкозы в крови стимулирует секрецию инсулина. Секреция инсулина происходит в 2 фазы.

В первую фазу (I) секретируется ранее синтезированный инсулин. Во вторую фазу (II) секретируется инсулин, который синтезировался в ответ на стимул.

I фаза

II фаза

время

Поэтому в клинической практике используются препараты «короткого» инсулина и «пролонгированного» инсулина.

б) Гормональная регуляция

Синтез инсулина стимулирует: соматотропин, гормоны ЖКТ, эстрогены. Синтез инсулина ингибируют: адреналин и соматостатин.

!Адреналин, как контр - гормон инсулина, запускает механизм фосфорилирования β-субъединицы рецептора к инсулину по аминокислотам серину и треонину. Это приводит к изменению конформации β-субъединицы и, рецептор переходит в неактивную форму.

Адреналин

Соматостатин

-

Синтез и секреция инсулина

5. Ткани мишени

Все ткани организма, за исключением нервной, имеют рецепторы к инсулину, однако большинство рецепторов находятся на мышечной и соединительной ткани (особенно много на жировой ткани).

6. Физиологический ответ

Инсулин – единственный гормон, снижающий уровень глюкозы крови.

Известно несколько транспортеров глюкозы в клетку: Na⁺ - глюкозный транспортер и шесть изоформ собственных транспортеров глюкозы (ГЛЮТ).

• Глю Т-1 располагается на эндотелиальнных клетках, клетках ГЭБ, адипоцитах, клетках кровоток-ретинального барьера.

• Глю Т-2 синтезируется только в печени, тонкой кишке и β-клетках поджелудочной железы. В печени глю Т-2 функционирует вместе с ферментом глюкокиназой.

• Глю Т-3 синтезируется в нейронах, клетках плаценты, сердца, в мышцах плода и тонком кишечнике.

• Глю Т-4 характерен для тканей, где транспорт глюкозы быстро и значительно увеличивается после воздействия инсулина. Это скелетные белые и красные мышцы, мышцы сердца, белая и бурая жировая ткань.

• Глю Т-5 находится в тонкой кишке, скелетных мышцах, сердце и жировой ткани. Они имеют низкую эффективность к глюкозе и, в основном, являются транспортером фруктозы.

• Глю Т-6 это псевдоген Глю-Т3-РНК.

• Глю Т-7 локализуется в гепатоцитах.

Na⁺-глюкозный транспортер, как симпортер находится на клетках тонкой кишки и проксимального отдела нефрона. Этот белок осуществляет транспорт глюкозы из просвета кишки или нефрона против градиента ее концентрации, предварительно связавшись с ионами Na⁺.

7. Влияние на обмен веществ (белков, жиров и углеводов)

Все биологические эффекты инсулина можно разделить на 2 группы:

1-Быстрые эффекты-проявляются сразу после взаимодействия инсулина с рецептором.

2-Медленные эффекты-проявляются после погружения внутрь клетки гормон-рецепторного комплекса.

Биологические эффекты:

• Очень быстрые-реализуются сразу после нескольких секунд, после действия инсулина на клетку. Они связаны с изменением мембранного транспорта глюкозы и аминокислот.

• Быстрые-осуществляются через несколько минут. Они связаны с изменением активности фермента, путем дефосфорилирования. Усиливается биосинтез гликогена, ВЖК, ТАГ, гликолиз(особенно в жировой ткани), ПФ-путь, но ингибируется липолиз в жировой ткани, тормозится глюконеогенез и распад гликогена.

• Медленные -реализуются в течение нескольких часов. Происходит изменение синтеза белка в сторону активации. Идет синтез белков и ферментов, ответственных за процессы анаболизма.

• Очень медленные-идут несколько суток (мышцы, соединительная ткань, жировая ткань). Они сопровождаются синтезом нуклеиновых кислот, ростом и пролиферацией клеток.

Инсулин стимулирует транспорт глюкозы и аминокислот в клетку. В результате, индуцируется гликолиз(особенно в жировой ткани), ПФ-путь, синтез гликогена и тормозится распад гликогена и процесс глюконеогенеза. Поступившая в клетку глюкоза используется на синтез Ацетил-SKoA из которого образуются ВЖК, ТАГ, ХС. При этом, тормозится липолиз ТАГ, β-окисление. Аминокислоты активно используются на синтез белка.

Схема: «Влияние инсулина на обмен белков, углеводов, жиров в различных тканях».

Жировая ткань

Мышца

Глюкагон.

1. Природа гормона: белково-пептидная.

2. Место синтеза:

1. Поджелудочная железа – α клетки.

2. Нейроэндокринные клетки кишечника.

В связи с чем выделяют поджелудочный и кишечный глюкагон.

частичный

протеолиз

Проглюкагон (37 а.к.) Глюкагон (29 а.к.)

3. Механизм действия: мембранно-внутриклеточный вторичный посредник цАМФ.

4. Регуляция секреции:

1. Метаболическая: ↓(глюкозы) в крови стимулирует секрецию глюкагона. Повышение концентрации аланина в крови, также ускоряет секрецию глюкагона.

2. Гормональная:

Соматостатин-контролирует синтез и секрецию глюкагона, поэтому косвенным образом повышает концентрацию глюкозы в крови.

В нейроэндокринных клетках кишечника неактивный предшественник-проглюкагон, в результате частичного протеолиза, превращается в несколько пептидов, в том числе и глюкагоноподобные пептиды: GLP-1, GLP-2 и глицетин.

GLP-1 ингибирует секрецию глюкагона и стимулирует синтез и секрецию инсулина.

Стимулом синтеза GLP-1 также служит ЖИП (желудочный ингибирующий полипептид, который синтезируются в клетках слизистой оболочки в верхних отделах тонкого кишечника). Секреция ЖИП стимулируется при приеме пищи, однако наиболее сильным стимулом служит глюкоза.

Схема: «Регуляция синтеза и секреции глюкагона»

Соматостатин

контролирует

синтез и секрецию

-

+

+

±

ЖИП

↓[глюкоза]

↑[аланин]

в крови

↑[глю] крови,

GLP-1, GLP-2

глюкагон

5. Ткани мишени: печень и жировая ткань. Глюкагон почти не оказывает влияние на мышечную ткань.

6. Физиологический ответ: повышает концентрацию глюкозы в крови.

7. Влияние на обмен веществ:

В печени: глюкагон активирует распад гликогена, путём активации Е–гликогенфосфорилазы, путём фосфорилирования. Этот фермент активен в фосфорилированной форме. Глюкагон ингибирует гликолиз, путём фосфорилирования Е–пируваткиназы и БИФ, и ускоряет глюконеогенез. Также, глюконеогенез ускоряется путём индукции синтеза ферментов глюкоза – 6 – фосфатазы, ФЕП-карбоксилазы, фруктозо-1-6-дифосфатазы. В жировой ткани: глюкагон активирует Е – ТАГ – липазу, путём фосфорилирования, и стимулирует липолиз, повышая концентрацию ВЖК крови. ! На распад гликогена в мышцах глюкагон почти не влияет. Период полураспада глюкагона составляет 5 минут, а инактивация глюкагона происходит в печени.

Схема: «Влияние глюкагона на печень в жировую ткань».

В кровь поступает [глюкоза]↑

Печень

глюконеогенез

распад

β -окисл

ПВК

β -окисл

АК

Фн

ВЖК + глицерин

ТАГ

Жировая ткань

8. Патологический аспект:

Гипофункция описана в 1954 году и связана с врожденным отсутствием α-клеток поджелудочной железы. При отсутствии синтеза и секреции глюкагона в крови отмечается-гипогликемия.

Гиперсекреция глюкагона, клетками поджелудочной железы, происходит при отсутствии контр - гормона инсулина, вследствие поражения β-клеток поджелудочной железы.