Биохимия Р.Марри

~олекула проинсулина расщепляется в нескольких специфических участках с образованием эквимоляр­

ных количеств зрелого инсулина и С-пептида. Эти

1 С-пептид от англ. соппесtiпg-связующиЙ.-Прuм.

перев.

на рис. 51.6. В образовании этих гормонов уча­ ствуют различные комбинации эндопротеолитиче­ ских (трипсиноподобных) и экзопротеолитических (подобных карбоксипептидазе-8) ферментов, посколь­

ку обладающие гормональной активностью по-

2 Указанное положение дипептидов соответствует их положению в полной молекуле проинсулина при отсчете

с N-конца.- Прuм. перев.

КДРБОКСИПЕПТИДДЗЕ

J В

вд

L(S-S)2:o=J

+С

+

з Arg

1 Lvs

Рис. 51.5. Стадии расщепления проинсулина человека при

совместном действии протеиназ, подобных трипсину. и кар­

боксипептидазе В. Стрелками показано, в каких местах

происходит расщепление молекулы. (Redrawn and reprodu-

ced, with permission. from Steiner О. F., Tager Н. S. р. 927. In: Endocrjnology. Vol. 2., DeGroot L. J. (ed.). Grune and Stratton. 1979.)

••••

Инсулин

• ••

Соматостатин

Рис. 51.6. Схема строения четырех основных продуктов

эндокринных клеток поджелудочной железы. Черными по­

лосками показана часть молекулы предшественника, соот­

ветствующая указанному в надписи гормону, тонкой ли­

нией обозначены остальные участки пептидной цепи моле­

кулы-предшественника. Места расположсния двухоснов­

ных аминокислот (аргинина или лизина). где происходиr

расщепление молекулы-прел.шсственника, обозначены чср­

ными кружками. Молекула проинсулина изображена в виде линейной структуры, в которой дисульфидные связи не по­ казаны. В действительности молскула проинсулина имеет

последовательность: В-цепь-С-пептид-А-цепь. (Red-

rawn and reproduced, with репnissiоп. from Tager Н. S. АЬ­ normal products of the human iпsuliп gene. Diabetes. 1984.33.

693.)

следовательности могут обнаруживаться в различ­

ных участках молекулы-предшественника: сомато­

статин - на карбоксильном конце молекулы, пан­

креатический полипетид- на аминоконце, инсу­

лин-на обоих концах и глюкаГОН-Е средней ча­

сти.

В. Субклеточная локализация синтеза инсулина и формирование гранул. Синтез инсулина и его упа­

ковка в l·ранулы происходит в определенном поряд­

ке (рис. 51.7). Проинсулин синтезируется на рибосо­

мах шероховатого эндоплазматического ретикулу­

ма. Затем в цистернах этой органеллы происходит ферментативное отщепление лидерной последова­

тельности (пре-сегмент), образование дисульфидных мостиков и складывание fVfолекулы (рис. 51.3). После

этого молекула проинсулина переносится в аппарат

Гольджи, где начинаются протеолиз и упаковка в се­

креторные гранулы. Созревание гранул продолжае­

тся по мере продвижения по цитоплазме в направле­

нии плазматической мембраны. Как проинсулин, так

и инсулин соединяются с цинком, образуя гексаме­ ры, но поскольку около 95% проинсулина превра­

щается в инсулин, то именно кристаллы последнего

придают гранулам их морфологические особенно­ сти. Наряду с инсулином в гранулах содержатся так­

молекулы не образуют кристаллических структур.

При соответствующей стимуляции зрелые гранулы

сливаются с плазматической мембраной. выбрасы­

вая свое содержимое во внеклеточную жидкость пу­

тем эмиоцитоза.

г. Свойства проинсулина и С-пептида. Длина про­

инсулинов колеблется от 78 до 86 аминокислот, при­ чем эти различия обусловлены длиной С-пептида. Проинсулин имеет ту же растворимость и изоэлек­

трическую точку, что и инсулин. Он также образует

гексамеры с кристаллами цинка и реагирует с анти­

сывороткой к инсулину. Биологическая активность проинсулина составляет менее 50/0 биологической ак­

тивности инсулина. Отсюда следует, что большая

часть активного центра инсулина в молекуле предше­

ственника замаскирована. Некоторая часть проинсу­

лина секретируется вместе с инсулином, а в опреде­

ленных ситуациях (опухоль из островковых клеток) он высвобождается в больших количествах. чем

внорме. Поскольку период полужизни проинсулина

вплазме значительно выше, чем у инсулина, и при

этом проинсулин дает сильную перекрестную реак­

цию с антисывороткой к инсулину, уровень «инсули­ на», определяемый радиоиммунологическим мето­

дом. в некоторых случаях может превышать содер­

Какой-либо биологической активности C-пеПТQДа не обнаружено. Эта молекула обладает иными анти­

генными свойствами. чем инсулин и проинсулин,

поэтому иммунологическое определение С-пептида позволяет отличить эндогенносекретируемый инсу­

лин от вводимого гормона и дает возможность су­ дить о количестве эндогенного инсулина в тех слу­

чаях, когда его прямое определение оказывается не­

возможным из-за наличия инсулиновых антител. С­

пептиды представителей различных видов характе­ ризуются высокой частотой аминокислотных замен,

что подтверждает положение о вероятном отсут­

ствии биологической активности у этого фрагмента.

Д. Предшественники пептиДов, родственных инсу­ лину. Структурная организация молекулы прогор­

мона неспецифична для предшественника инсулина. Предшественники близкородственных инсулину пеп­ тидных гормонов (релаксина и инсулиноподобных факторов роста) имеют такую же организацию (рис.

51.8). У всех этих гормонов последовательности А- и

В-цепей в молекуле предшественника имеют на кар­

боксильных и аминоконцах высокогомологичные участки. соединяющиеся между собой связующим пептидом. В пептидных предшественниках инсулина и релаксина по обе стороны от связующего пептида

расположены по две основные аминокислоты, соеди­

между А- и В-цепями дисульфидных мостиков связующий пептид вырезается в резулЪтате эндопро­ теолиза, и молекула превращается в пептидный гор­ мон, состоящий из двух (А и В) цепей. Инсулинопо­ добные факторы роста, будучи высокогомологичны­ ми инсулину И релаксину по своей первичной струк­

туре, тем не менее имеют одно важное отличие: в мо­

лекуле их предшественника отсутствуют участки,

по которым происходит отщепление связующего

пептида, и поэтому активные гормоны сохраняют

структуру единой полипептидной цепи.

Е. Ген инсулина человека. Ген человеческого ин­ сулина (рис. 51.9) локализован в коротком плече хро­ мосомы 11. У большинства млекопитающих

экспрессируется один ген инсулина, организованный

подобно человеческому гену, но у крыс и мышей имеются два неаллельных гена. В каждом из них за­

кодирован особый проинсулин, дающий начало

двум различным активным молекулам инсулина.

В настоящее время разработан метод получения че­ ловеческого инсулина в бактериальных экспрессирую­

щих системах с использованием технологии реком­

бинантных ДИК. Таким образом, проблему получе­

ния этого гормона в количествах, необходимых для

больных диабетом, можно считать решенной.

ж. Аномальные продукты гена инсулина человека.

Релаксин

Рис. 51.Н. Схематическое изображение структуры предше­ ственников родственных инсулину пептидов. Гомологич­ ные участки релаксина, инсулина и ИНСУ.'IИноподобного фактора роста изображены в виде черных полос. Аминоки­ слотные последовагельности, соел.иняющие В- и А-цепи

в молекуле прел.шественников релаксина и инсулина, обо­ значены светлыми полосаl\1И. В ходе процессинга предше­ ственников с образованием соответствующих продуктов,

состоящих из двух цепей. эти связующие последовательно­

сти удаляются (вертика.'Iьные стрелки). Аминокислотная

последовательность инсулиноподобного фактора роста,

соответствующая таким связующим пептидам. но не уда­

ляемая в ходе процессинга, изображена участком с точка­

ми. ИНСУЛИНОПОТJ.обныЙ фактор роста состоит лишь из од­

ной пептидной цепи. (RеdПt\\<П and reproduccd. with pennission. [roт Tager Н. S. Ahnormal products ofthe human insulin gene, Diabetes, 1984, 33, 693.)

молекулы ПО'3воляет выявлять аномальные продук­

ты гена, что в свою очередь дает дополнительную

информацию о функции данного гормона. Выявле­

ны три мутации этого гена, причем для каждой из

них идентифицирована молекулярная основа дефек­

та. В одном случае в результате мутации единичного

основания на месте фенилаланина-В24 оказался се­ рин, в другом (опять-таки в результате единичной мутации) произошла замена фенилаланина-В25 на

лсЙцин. В третьем случае изменился процессинг про­

инсулина в активный гормон: мутация нарушила ОТ­

шепление 3'-конца С-пептида на границе с А-цепью.

В основе этого дефекта лежит ]амена дипептида LysAl"g в этом месте полипептидной цепи на Lys-X, в ре-

5'~

Рис. 51.9. Схематическое изображение структуры гена чело­

веческого инсулина. Области, заштрихованные диагональ­ ными линиями, соответствуют нетранслируемым областям мРНК. Светлые участки соответствуют вставочным после­

довательностям, участки, выделенные пунктиром,­

кодирующим послел.овательностям. Буквами L, В, С и А обозначены последовательности. кодирующие лидерный (сигнальный) пептид, В-цепь инсулина. С-пептид и А-цепь инсулина соответственно. Следует обратить внимание на

то, что кодирующая последовательность для С-пептида

разделена вставочной последовательностью. Масштаб

в схеме выдержан. (Redrawn and reproduced, with permission. from Tager Н. S. АЬпогтаl products of the human insulin gene. Diabetes. 1984, 33, 639.)

зультате которой трипсиноподобное расщепление

оказалось невозможным. Выявлению описанных му­ таций способствовала их локализация в активном

центре молекулы инсулина, в результате чего у соот­

ветствующих носителей 1) имеет место гиперинсули­ немия, 2) отсутствуют признаки инсулинорезистент­ ности, 3) снижена биологическая активность цирку­ лирующего в крови инсулина и 4) отмечается норма­

льная реакция на экзогенный инсулин. По крайней

мере еще четыре нуклеотидные замены были иденти­ фицированы у «здоровых» людей. Эти мутации ло­ кализованы во вставочных (т. е. некодирующих) по­

следовательностях. и на функциональную актив­

ность молекулы инсулина они не повлияли.

Регуляция секреции ипсулипа

Поджелудочная железа человека секретирует до

40-50 ед. инсулина в сутки, что соответствует 1520% общего количества гормона в железе. Секреция

инсулина- энергозависимый процесс, происходя­

щий с участием системы микротрубочек и микрофи­

ламентов островковых В-клеток и ряда медиаторов. А. Глюкоза. Повышение концентрации глюкозы

в крови-главный физиологический стимул секре­ ции инсулина. Пороговой для секреции инсулина

является концентрация глюкозы натощак 80--100

мг%, а максимальная реакция достигается при кон­ центрации глюкозы 300--500 мгО/о. Секреция инсули­

на в ответ на повышение концентрации ('люкозы носит

двухфазный характер (рис. 51.1 О). Немедленный от­ вет. или первая фаза реакции, начинается в пределах 1 мин после повышения концентрации глюкозы

и продолжается в течение 5-10 мин. Затем насту­

пает более медленная и продолжительная вторая фа­

за, обрывающаяся сразу после удаления глюкозного стимула. Согласно существующим представлениям, наличие двух фаз ответной реакции инсулина отра­

жает существование двух различных внутриклеточ­

ных компартментов, или пулов, ИНСУ-!lина. Абсолют­

ная концентрация глюкозы в плазме-не единствен-

Перваn фаза

Б8З8ПЬН8R

скорость

•Внутривенное введение гпюкозы

Рис. 51.10. дВУХфdЗНЫЙ характер секреции инсулина в ответ

на повышение концентрации глюкозы в плазме крови.

ная детерминанта секреции инсулина. В-клетки ре­

агируют и на скорость изменения концентрации глю­

козы в плазме.

При пероральном введении глюкозы происходит

гораздо более сильная стимуляция секреции инсули­

на, чем при ее внутривенном введении. Отсюда сле­

дует, что на секрецию инсулина помимо глюкозы влияют также и различные гормоны желудочно­

кишечного тракта, такие, как секретин, холецистоки­

нин, гастрин и энтероглюкагон. Однако наибольшая

роль в этом процессе принадлежит желудочному ин­

гибиторному полипептиду (ЖИП).

Предполагаются два разных механизма регуля­

ции глюкозой секреции инсулина. Согласно одной

гипотезе, глюкоза взаимодействует с рецептором, локализованным, вероятно, на поверхностной мем­

бране В-клетки, что и приводит К активации меха­

низма секреции. Вторая гипотеза исходит из того,

что в стимуляции секреции инсулина участвуют вну­

триклеточные метаболиты или скорость таких мета­

болических путей, как пентозофосфатный шунт, цикл лимонной кислоты или гликолиз. Обе гипотезы

нашли экспериментальные подтверждения.

Б. Гормональные факторы. На высвобождение ин­

сулина влияет множество гормонов. а-Адре­ нергические агонисты, особенно адреналин, по­

потребление 01 И использование АТР. Это сопряже­

но с индуцированной К+ деполяризацией мембраны.

что приводит к быстрому проникновению в клетку СаН по потенциал-зависимому каналу. Слияние ин­

сулин-содержащих секреторных гранул с плазмати­

ческой мембраной и происходящая в результате се­

креция инсулина - процесс, зависимый от кальция.

Стимуляция секреции инсулина глюкозой происхо­

дит и с участием метаболитов фосфатилилинозито­

ла (гл. 44).

В процессе секреции инсулина участвует и сАМР, который потенциирует эффекты глюкозы и аминоки­

слот. Этот нуклеотид может стимулировать высво­

бождение СаН из внутриклеточных органелл или ак­

тивировать киназу, фосфорилирующую какой-то

компонент системы микрофиламенты - микро­ трубочки (что обусловливает ее чувствитель­

ность к Са2 + и способность к сокращению). Замена внеклеточного Na+ на какой-либо другой однова­ лентный катион ослабляет эффекты глюкозы и дру­

гих стимуляторов секреции инсулина; Na+, возмо­

жно, регулирует внутриклеточную концентрацию

СаН через систему совместного транспорта.

~етаболизм инсулина

давляют секрецию инсулина даже при стимуляции

этого процесса глюкозой. J3-Адренергические агони­

сты стимулируют секрецию инсулина, вероятно, пу­

тем повышения концентрации внутриклеточного

сАМР (см. ниже). Именно этот механизм, по­

видимому, лежит в основе действия желудочного ин­

гибиторного пептида, который повышает секрецию инсулина, а также в основе эффектов высоких кон­ центраций ТТГ, АКТГ, гастрина, секретина, холеци­

стокинина и энтероглюкагона.

При хроническом воздействии избыточных коли­

честв гормона роста, кортизола, плацентарного лак­

тогена, эстрогенов и прогестинов секреция инсулина

также повышается. Поэтому и неудивительно, что на поздних сроках беременности секреция инсулина

значительно BOlpacTaeT.

В. Фармакологические агенты. Секрецию инсули­

на стимулируют многие лекарственные препараты,

однако в терапевтических целях чаще всего исполь­

зуются производные сульфоиилмочевины. Для лече­ ния диабета типа 11 (инсулиннезависимого) широко

применяют такие средства, как толбутамид, кото­

В отличие от инсулиноподобных факторов роста

инсулин не имеет белка-носителя в плазме. Поэтому

в норме период его полужизни не достигает и 3-5 мин. Метаболические превращения инсулина проис­

ходят в основном в печени, почках и плаценте. Око­

ло 500/0 этого гормона исчезает из плазмы за один пассаж через печень. В метаболизме инсулина уча­ ствуют две ферментные системы. Первая представ­

ляет собой инсулин-специфическую протеиназу, об­ наруживаемую во многих тканях. но в наибольшей

концентрации - в органах, перечисленных выше.

Эта протеиназа была выделена из скелетных мышц

и очищена. Установлено, что ее активность зависит

от сульфгидрильных групп И проявляется при физио­

логических значениях рН. Вторая система­ глутатион-инсулин-трансгидрогеназа. Этот фермент восстанавливает дисульфидные мостики, после чего

отделенные друг от друга А- и В-цепи быстро расще­

пляются. Какой из двух механизмов наиболее акти­

вен в физиологических условиях. не ясно; не ясно

также, является ли каждый из них регулируемым.

рый стимулирует секрецию инсулина иным спосо­

бом, чем глюкоза.

НзС~SО2-NН-С-NН-(СН2)З-СНз

~_ 11

о

Толбутамид

г. Внутриклеточные медиаторы секреции. При

стимуляции секреции инсулина глюкозой возрастает

физиоло....ические эффекты инсулина

О том, сколь велика роль инсулина в углеводном.

белковом и липидном обмене, яснее всего свидетель­

ствуют последствия инсулиновой недостаточности у человека. Основным признаком сахарного диабета

является гиnергликемия, развивающаяся в результа­

те 1) пониженного проникновения глюкозы в клетки,

2) снижения утилизации глюкозы различными тка-

увеличивается из-за осмотического диуреза, что обя­

зательно сопровождается вначале потерей жидкости (полиурия), затем обезвоживанием организма, жа­ ждой и чрезмерным потреблением воды (полидип­ сия). Глюкозурия вызывает значительную потерю калорий (4,1 ккал на каждый грамм экскретируемой

глюкозы), что в сочетании с потерей мышечной

и жировой ткани приводит к резкому похуданию, не­

смотря на повышенный аппетит (полифагия) и нор­ мальное или увеличенное потребление калорий.

В отсутствие инсулина снижается биосинтез бел­ ка, что отчасти объясняется уменьшением транспор­

та аминокислот в мышцы (аминокислоты служат

субстратами для глюконеогенеза). Таким образом,

инсулиновая недостаточность у человека сопрово­

ждается отрицательным азотным балансом. Харак­

терное для этой ситуации отсутствие антилиполити­ ческого действия инсулина, равно как и его липоген­

ного действия, приводит к тому, что содержание

жирных кислот в плазме возрастает. Когда оно до­ стигает уровня, превышающего способность печени окислять жирные кислоты дО СО2, В крови накапли­

ваются Р-гидроксимасляная и ацетоуксусная кислоты (кетоз). Вначале организм компенсирует накопление

этих органических кислот увеличением количества

выдыхаемого СО2• Однако если развитие кетоза не

сдерживается введением инсулина, то развивается

Рис. 51.11. Патофизиология инсулиновой недостаточности.

(Courtesy of R. J. Havel.)

ной переносчиком. Во многих клетках инсулин усили­ вает этот процесс (рис. 51.12), что обусловливается

увеличением числа переносчиков (Уmdх-эффект), а не

повышением сродства связывания (Км-эффект). Со­

гласно имеющимся данным, в жировых клетках это

происходит путем мобилизации переносчиков глю­ козы из неактивного их пула в аппарате Гольджи с дальнейшим направлением их к активному участку

плазматической мембраны. Такая транслокация

переносчиков- процесс, зависимый от температуры

и энергии и независимый от синтеза белков (рис.

51.13).

Печеночные клетки представляют собой важное исключение из этой схемы. Инсулин не стимулирует

облегченной диффузии глюкозы в гепатоциты, но

усиливает ее приток косвенным путем, индуцируя

глюкокиназу-фермент, превращающий глюкозу в глюкозо-б-фосфат. В результате быстро протекаю­ щего фосфорилирования концентрация свободной

глюкозы в гепатоцитах поддерживается на очень

низком уровне, что способствует проникновению

глюкозы в клетки путем простой диффузии по гра­

диенту концентрации.

(!) ТранслокацИR

~

\<~Cn/

~",,"K,".'

Рис. 51.13. Транслокация переносчиков глюкозы под влия­

нием инсулина. (Reproduced, with репnissiоп, from Karnieli Е. et al. Insulin-stimulated translocation of glucose transport systcms in the isolated rat adipose сеН, J. Biol, Chem., 1981, 256. 4772, Courtesy of S. Cushman.)

Инсулин способствует также проникновению в клетки аминокислот (особенно в мышечные клет­

ки) и стимулирует перемещение К+, Са2+, нуклео­ зидов и органического фосфата. Эти эффекты не за­

висят от влияния инсулина на поступление в клетку

глюкозы.

Б. Влияние на утилизацию глюкозы. Как показано

ниже, инсулин оказывает влияние на внутриклеточ­

ную утилизацию глюкозы различными путями.

В норме примерно половина поглощенной глю­

козы вступает на путь гликолиза и превращается

в энергию, другая половина запасается в виде жиров

или гликогена. В отсутствие инсулина ослабевает ин­

в печени, повышая активность и концентрацию ряда

ключевых ферментов, таких, как глюкокиназа. фо­

сфофруктокиназа и пируваткиназа. Более интенсив­

ный гликолиз сопровождается более активной ути­ лизацией глюкозы и, следовательно, косвенно спо­ собствует снижению выхода глюкозы в плазму. Ин­

сулин, кроме того, подавляет активность глюкоз0-

6-фосфатазы- фермента, обнаруживаемого в пече­

ни, но не в мышцах. В результате глюкоза удержи­

вается в печени, так как для глюкозо-6-фосфата

плазматическая мембрана непронипаема.

В жировой ткани инсулин стимулирует липогенез путем 1) притока ацетил-СоА и NADPH, необходи­ мых для синтеза жирных кислот, 2) поддержания нормального уровня фермента апетил­ CoA-карбоксилазы, катализирующего превращение ацетил-СоА в малонил-Соа, и 3) притока глицсрола, участвующего в синтезе триацилглицеролов. При

инсулиновой недостаточности все эти процессы ослабляются и в результате интенсивность липогене­

за снижается. Другой причиной снижения липогенеза при инсулиновой недостаточности служит тот факт,

что жирные кислоты, высвобождающиеся в больших

количествах под действием некоторых гормонов, не

встречающих противодействия со стороны инсули­

на, подавляют собственный синтез, ингибируя аце­

тил-СоА-карбоксилазу. Из всего сказанного следует, что суммарный эффект влияния инсулина на жир­ анаболическиЙ.

Механизм влияния инсулина на утилизацию глю­

козы включает в себя и другой анаболический про­ цесс. В печени и в мышцах инсулин стимулирует пре­ вращение глюкозы в глюкозо-6-фосфат, который за­ тем подвергается изомеризации в глюкозо-l-фосфат и в таком виде включается в гликоген под действием фермента гликогенсинтазы (ее активность также сти­

мулируется инсулином). Это действие имеет двой­

ственный и непрямой характер. Инсулин снижает внутриклеточный уровень сАМР, активируя фосфо­

диэстеразу. Поскольку cAMP-зависимое фосфорили­

рование инактивирует гликогенсинтазу, при низком

уровне этого нуклеотида фермент находится в актив­

ной форме. Инсулин активирует и фосфатазу, ката­ лизирующую дефосфорилирование гликогенсинта­ зы, тем самым активируя этот фермент. И наконец, инсулин ингибирует фосфорилазу с помощью меха­

низма, работающего с участием сАМР и фосфатазы,

как описано выше. В результате высвобождение глюкозы из гликогена снижается. Таким образом, влияние инсулина на метаболизм гликогена также является анаболическим.

В. Влииние на образование глюкозы (глюконеоге­

ды или минуты, поскольку первичные реакции этого

влияния сводятся к активации или инактивации фер­

ментов путем их фосфорилирования или дефосфори­

лирования. Более продолжительное влияние инсули­

на на содержание глюкозы в плазме крови связано

с иигибированием глюконеогенеза. Образование глю­

козы из предшественников неуглеводной природы

осуществляется в результате ряда ферментативных

реакций, многие из которых стимулируются Глюка­ гоном (действие которого опосредовано сАМР), глюкокортикоидными гормонами и в меньшей сте­

пени а- и J}-адренергическими агентами- анги­ отензином 11 и вазопрессином. Инсулин же по­

давляет эти ферментативные реакции. Роль ключе­

вого фермента глюконеогенеза в печени принадле­ жит фосфоенолпируват-карбоксикиназе (ФЕПКК), катализирующей превращение оксалоацетата в фо­ сфоенолпируват. Недавние исследования (см. ниже)

показывают, что под действием инсулина количе­ ство этого фермента снижается в результате избира­ тельного ингибирования транскрипции гена, коди­

рующего мРНК для фосфоенолпируват-карбок­

сикиназы.

Г. Влияние на метаболизм глюкозы. Результирую­

щее действие всех перечисленных выше эффектов ин­

сулина сводится к снижению содержания глюкозы

в крови. Этому действию инсулина противостоят эффекты целого ряда гормонов, что, несомненно, от­

ражает один из важнейших защитных механизмов

организма, поскольку длительная гипогликемия

способна вызвать несовместимые с жизнью измене­

ния в мозге и, следовательно, ее нельзя допускать.

Д. Влияние на метаболизм липидов. Липогенное действие инсулина уже рассматривалось в разделе,

посвященном его влиянию на утилизацию глюкозы.

Кроме того, инсулин является мощным ингибито­

ром липолиза в печени и жировой ткани, оказьmая, таким образом, непрямое анаболическое действие.

Частично это может быть следствием способности инсулина снижать содержание сАМР (уровень кото­

рого в тканях повышается под действием липолити­ ческих гормонов глюкагона и адреналина), а также

способности инсулина ингибировать активность гормон-чувствительной липазы. В основе такого ин­ гибирования лежит, по-видимому, активация фосфа­ тазы, которая дефосфорилирует и тем самым инак­

тивирует липазу или cAMP-зависимую протеинки­

назу. В результате инсулин снижает содержание жир­ ных кислот в крови. Это в свою очередь вносит вклад в действие инсулина на углеводный обмен, по­

скольку жирные кислоты подавляют гликолиз на не­

скольких этапах и стимулируют глюконеогенез.

Данный пример показывает, что при обсуждении ре­ гуляции метаболизма нельзя учитывать действие лишь какого-либо одного гормона или метаболита.

Регуляция-сложный процесс, в котором превраще­

ния по определенному метаболическому пути пред-

ставляют собой результат сложных взаимодействий целого ряда гормонов и метаболитов.

у больных с инсулиновой недостаточностью ак­

тивность липазы повышается, что приводит к усиле­

нию липолиза и увеличению концентрации жирных

кислот в плазме и печени. Содержание глюкагона у таких больных также повышается, и это тоже уси­ ливает выход свободных жирных кисло:r в кровь.

(Глюкагон оказывает противодействие многим

эффектам инсулина. и метаболический статус при

диабете отражает соотношение уровней глюкагона

и инсулина). Часть свободных жирных кислот мета­

болизируется до ацетил-СоА (обращение липогене­

Зd) и затем в лимоннокислом цикле-дО СО2 и H10.

При инсулиновой недостаточности емкость этого процесса быстро оказывается превышенной и аце­

тил-СоА превращается в ацетоацетил-СоА и затем в ацетоуксусную и J}-гидроксимасляную кислоты. Под действием инсулина происходят обратные пре­

вращения.

Инсулин, по-видимому, влияет на образование

или клиренс липопротеинов очень низкой плотности

и липопротеинов низкой плотности, поскольку у боль­

ных с плохой компенсацией диабета содержание

этих частиц, а следовательно, и содержание холесте­

рола часто бывает повышенным. Именно этот мета­ болический дефект лежит, очевидно. в основе такого

серьезного осложнения, как ускоренный атероскле­

роз, наблюдаемый у многих больных диабетом. Влияние инсулина на метаболические процессы

проиллюстрировано на рис. 51.14, где изображен ряд

важнейших метаболических превращений в отсут­

ствие инсулина.

Е. Влияние на метаболизм белков. Инсулин, как правило, оказывает анаболическое действие на бел­ ковый обмен. поскольку он стимулирует синтез бел­

ков и уменьшает их распад. Инсулин стимулирует поглощение мышцей нейтральных аминокислот ти­

па А-эффект, не связанный с поглощением глюко­

зы или с последующим включением аминокислот

в белки. Влияние инсулина на синтез белков в скелет­ ной и сердечной мышцах проявляется. по-видимому,

на уровне трансляции мРНК.

В последние годы было показано, что инсулин влияет на синтез специфических белков, вызывая из­ менения в соответствующих мРНК. Возможно.

именно этим объясняется действие гормона на ак­ тивность или количество отдельных белков. (Под­

робнее эта проблема обсуждается ниже.)

Ж. Влияние на размножение клеток. Инсулин сти­ мулирует пролиферацию ряда клеток в культуре. Возможно, он участвует и в регуляции роста in vivo.

При изучении регуляции роста чаще всего исполь­

зуются культуры фибробластов. В таких клетках ин­ сулин усиливает способность фактора роста фибро­ бластов (ФРФ), тромбоцитарного фактора роста (ТФР), фактора роста эпидермиса (ФРЭ), стимули-

ФОСФоенолп~руват

I

!

/Jf. Д

Аминокислоты

./ /'//'Т_ци"'n.......

~ Выше. чем в норме

_____ Вероятно ниже нормы

---- _ Значительное нарушение

I I "

I

I

I

I

\

/\,

Аминокислоты

Возможно, здесь играет роль влияние на поглощение

глюкозы, фосфата, нейтральных аминокислот типа А и катионов. Гормон может стимулировать репли­ кацию, используя свою способность активировать или инактивировать ферменты путем регуляции ско­ рости и степени фосфорилирования белков или регу­ лируя синтез ферментов.

Весьма интересная новая область исследований

связана с изучением тирозинкиназной активности.

Инсулиновый рецептор, как и рецепторы многих других факторов роста, включая ТФР и ФРЭ, обла­

дает тирозинкиназной активностью. Важно отме­ тить, что по крайней мере 1О онкогенных продуктов (многие из которых, вероятно, участвуют в стимули­

ровании репликации злокачественных клеток) также представляют собой тирозинкиназы. Клетки млеко­

питающих содержат аналоги этих онкогенов (про­

тоонкогены), продукты которых могли бы участво­

вать в репликации нормальных клеток. В пользу

предположения о роли протоонкогенов свидетель­

ствуют недавние работы, показавшие, что экспрес­

сия, по крайней мере двух продуктов протоонкоге­

HOB-C-fos и c-mУS,-после добавления сыровотки

к культуре клеток с остановленным ростом усили­

вается. Показано также что, ТФР стимулирует обра­ зование специфических мРИК. Предстоит выяснить,

аналогичен ли механизм действия инсулина.

~еханизм действии инсулина

А. Рецептор инсулина. Действие инсулина начи­ нается с его связывания со специфическим гликопро­

теиновым рецептором на поверхности клетки­

мишени. Различные эффекты этого гормона (рис. 51.] 5) могут проявляться либо через несколько се­

кунд или минут (транспорт, фосфорилирование бел­

ков, активация и ингибирование ферментов, синтез

с помощью биохимических методов и технологии рекомбинантных ДИК. ОН представляет собой гете­ родимер, состоящий из двух субъединиц (а и Р)

в конфmypации а2-Р2' СВЯЗaJШЫХ между собой дисуль­

фндными мостиками (рис. 51.15). Обе субъедини­ цы содержат много гликозильных остатков. Удале­

нне сиаловой кислоты и галактозы снижает как спо­

собность связывать инсулин, так и активность этого

гормона. Каждая из гликопротеиновых субъединиц

обладает особой структурой и определенной функ­ цией. а-Субъединица (мол. масса 135000) целиком

расположена вне клетки, и связывание инсулина, ве­

роятно, осуществляется с помощью богатого цисти­ ном домена. Р-Субъединица (мол. масса 95000)- трансмембранный белок, выполняющий вторую ва­ жную функцию рецептора (гл. 44), т. е. преобразова-

• Инсулин

~