Быстрые эффекты (минуты)
Быстрые эффекты заключаются в изменении скоростей фосфорилирования и дефосфорилирован ия метаболических ферментов и регуляторных белков. В результате возрастает активность
гликогенсинтазы (запасание гликогена),
глюкокиназы, фосфофруктокиназы и пируваткиназы (гликолиз),
пируватдегидрогеназы (получение ацетил-SКоА),
ГМГ-SКоА-редуктазы (синтез холестерина),
ацетил-SКоА-карбоксилазы (синтез жирных кислот),
глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (пентозофосфатный путь),
фосфодиэстеразы (прекращение эффектов мобилизующих гормонов адреналина, глюкагона и др).
Медленные эффекты (минуты-часы)
Медленные эффекты заключаются в изменении скорости транскрипции генов белков, отвечающих за обмен веществ, за рост и деление клеток:
1. Индукция синтеза ферментов
глюкокиназы и пируваткиназы (гликолиз),
АТФ-цитрат-лиазы, ацетил-SКоА-карбоксилазы, синтазы жирных кислот, цитозольной малатдегидрогеназы (синтез жирных кислот),
глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (пентозофосфатный путь),
2.Репрессия синтеза мРНК, например, для ФЕП-карбоксикиназы (глюконеогенез).
3.Повышает фосфорилирование по серину рибосомального белка S6, что поддерживает процессы трансляции.
Очень медленные эффекты (часы-сутки)
Очень медленные эффекты реализуют митогенез и размножение клеток. Например, к этим эффектам относится
1.Повышение в печени синтеза соматомедина, зависимого от гормона роста.
2.Увеличение роста и пролиферации клеток в синергизме с соматомедином.
Инсулин выполняет в организме следующие основные функции:
-увеличивает проницаемость клеток скелетных мышц, миокарда, жировой ткани для глюкозы, чем способствует ее утилизации; -стимулирует синтез гликогена в печени и мышцах; -снижает интенсивность глюконеогенеза в
тканях, способствуя захвату аминокислот клетками и биосинтезу белка (эффект,
противоположный АКТГ); -усиливает поглощение печенью и жировой тканью свободных жирных кислот и
отложение их в форме триглицеридов (резервного жира), соответственно снижает образование кетоновых тел и накопление кислых продуктов; -у жвачных животных способствует
поглощению глюкозы молочными железами, усиливает их снабжение
«предшественниками» за счет периферийных
В состав полипептидной цепи глюкагона входит 29 аминокислотных остатков, его молекулярная масса 4200, в его составе отсутствует цистеин. Глюкагон был синтезирован химическим путем, чем была окончательно подтверждена его химическая структура. Глюкагон образуется из препроглюкагона — пептида-предшественника, состоящего из 180 аминокислот и пяти доменов которые подвергаются раздельному процессингу. За N-концевым сигнальным пептидом в молекуле препроглюкагона следует глицентиноподобный панкреатический пептид затем идут аминокислотные последовательности глюкагона и глюкагоноподобных пептидов типов 1 и 2. Процессинг препроглюкагона осуществляется в несколько этапов и зависит от ткани, в которой он происходит.
В результате из одного и того же препрогормона в а-клетках островков поджелудочной железы и в нейроэндокринных клетках кишечника (L- клетках) образуются разные пептиды. Глицентин, важнейший промежуточный продукт процессинга, состоит из N-концевого глицентиноподобного панкреатического пептида и С-концевого глюкагона, разделенных между собой двумя остатками аргинина.
Оксинтомодулин состоит из глюкагона и С-концевого гексапептида, тоже
Физиологическая роль пептидов — предшественников глюкагона не ясна, однако сложная регуляция процессинга препроглюкагона предполагает, что всем им должны быть присущи особые функции. В секреторных гранулах а-клеток островков поджелудочной железы различимы центральное ядро из глюкагона и периферический ободок из глицентина. В L-клетках кишечника секреторные гранулы содержат только глицентин; по-видимому, эти клетки лишены фермента, который превращает глицентин в глюкагон. Оксинтомодулин связывается с рецепторами глюкагона на гепатоцитах и стимулирует аденилатциклазу; активность этого пептида составляет 10—20% активности глюкагона. Глюкагоноподобный пептид типа 1 — чрезвычайно сильный стимулятор секреции инсулина, но он не оказывает почти никакого действия на гепатоциты. Глицентин, оксинтомодулин и глюкагоноподобные пептиды обнаруживаются преимущественно в кишечнике. Их секреция продолжается и после панкреатэктомии.
Регулируемым параметром в контуре регуляции секреции глюкагона является концентрация глюкозы. Уменьшение ее в крови стимулирует альфа-клетки, которые увеличивают секрецию гормона, что приводит к росту концентрации глюкозы, которая путем отрицательной обратной связи уменьшает секрецию глюкагона.
Увеличение секреции глюкагона вызывает повышение концентрации аминокислот в крови (особенно аргинина) холецистокинина, катехоламинов, ацетилхолина. Уменьшение секреции глюкагона возникает при увеличении: концентрации глюкозы в крови, инсулина, соматостатина, жирных кислот и кетонов.
1 - глюкагон и адреналин взаимодействуют со специфическими мембранными рецепторами. Комплекс гормон-рецептор влияет на конформацию G-белка, вызывая диссоциацию его на протомеры и замену в α-субъединице ГДФ на ГТФ; 2 - α-субъединица, связанная с ГТФ, активирует аденилатциклазу, катализирующую синтез цАМФ из АТФ; 3 - в присутствии цАМФ протеинкиназа А (цАМФ- зависимая) обратимо диссоциирует, освобождая обладающие каталитической активностью субъединицы С; 4 - протеинкиназа А фосфорилирует и активирует киназу фосфорилазы; 5 - киназа фосфорилазы фосфорилирует гликогенфосфорилазу, переводя её в активную форму; 6- протеинкиназа А фосфорилирует также гликогенсинтазу, переводя её в неактивное состояние; 7 - в результате ингибирования гликогенсинтазы и активации гликогенфосфорилазы гликоген включается в процесс распада; 8 - фосфодиэсте-раза катализирует распад цАМФ и тем самым прерывает действие гормонального сигнала.
Комплекс ос-субъединица-ГТФ затем
Глюкагон увеличивает содержание глюкозы (способствует гипергликемии) в плазме крови. Этот эффект реализуется несколькими путями.
Стимуляция гликогенолиза. Глюкагон, активируя гликоген фосфорилазу и, ингибируя гликоген синтазу в гепатоцитах, приводит к быстрому и выраженному распаду гликогена и освобождению глюкозы в кровь.
Подавление гликолиза. Глюкагон ингибирует ключевые ферменты гликолиза (фосфофруктокиназа, пируваткиназа) в печени, что приводит к содержания глюкозо-6-фосфата в гепатоцитах, его дефосфорилированию и освобождению глюкозы в кровь.
Стимуляция глюконеогенеза. Глюкагон усиливает транспорт АК из крови в гепатоциты и одновременно активирует ключевые ферменты глюконеогенеза (пируваткарбоксилаза. Фруктозо01,6-дифосфатаза), что приводи к содержания глюкозы в цитоплазме клеток и её поступлению в кровь.
Глюкагон способствует образованию кетоновых тел путем стимуляции окисления жирных кислот: ингибирование активности ацетил-КоА-карбоксилазы приводит к ↓ содержания ингибитора карнитин ацилтрансферазы – малонил-КоА, что приводит к усиленному поступлению жирных кислот из цитоплазмы в митохондрии для их β-окисления и превращения в кетокислоты. Другими словами, в отличие от инсулина, глюкагон оказывает кетогенный эффект.
Соматостатин – пептид из 12 аминокислот, он образуется также в островках поджелудочной железы и контролирует высвобождение глюкагона и инсулина, а также гормонов желудочно-кишечного тракта. Существует в двух биологически активных формах, происходящих от одного предшественника и различающихся длиной N-конца: SST-14 (14 аминокислот: AGCKNFFWKTFTSC, между остатками цистеина дисульфидная связь) и SST-28 (28
аминокислот).
Полная деафферентация медиобазального гипоталамуса приводит к ускорению роста и повышению уровня СТГ в плазме, но концентрация соматостатина в деафферентированной области не регистрировалась. Не ясно, осуществляется ли предполагаемая нейро- трансмиттерная регуляция секреции СТГ путем изменения концентрации соматостатина или пока еще гипотетического рилизинг-фактора СТГ. Кроме того, введение СТГ тормозит его собственную секрецию. Этот эффект мог бы опосредоваться изменением концентрации соматостатина или рилизинг-фактора СТГ, влияющих на гипофиз, но мог бы определяться и теми изменениями концентрации соматостатина, которые действуют на нервные факторы, регулирующие секрецию СТГ. Выделение соматостатина происходит при участии автономной нервной системы в ответ на поступление жиров и аминокислот с пищей.
Основные этапы генно-инженерного синтеза соматостатина показаны на опыте. Синтетический ген соматостатина был встроен
вплазмиду pBR322 E. Coli вблизи конца гена, кодирующего фермент β-галактозидазу. Между двумя генами был помещен кодон метионина. После выдел ения рекомбинантной плазмиды в бактериальную клетку кишечная палочка стала синтезировать гибридный белок. Часть его (соматостатин) затем отщепляли от β- галактозидазы BrCN. Такой сложный способ получения гормона был необходим, так как соматостатин, синтезированный в виде свобод ных молекул, быстро деградирует под действием бактериальных протеаз. Первый синтез соматостатина генно-инженерным спосо бом был осуществлен в 1977 ᴦ. Бойером. Выход гормона составил 10 000 молекул на одну клетку. Из 100 г биомассы Е. coli, выращенной
вферментере объёмом 8 л, удалось вьщепить 5 мг соматостатина, ᴛ.ᴇ. столько, сколько можно его вьщепить из 100 г овечьих мозгов.