Будова молекули інсуліну

Відносна молекулярна маса мономера інсуліну складає близько 6000.

Молекула інсуліну утворена двома поліпептіднимі ланцюжками, що містять 51 амінокислотний залишок: ланцюг з N-кінцевим гліцином називається A-ланцюжок, складається з 21 амінокислотного залишку, B-ланцюжок утворений 30 амінокислотними залишками. Поліпептідні ланцюжки з'єднуються двома дисульфідними містками через залишки цистєїну, третій дисульфідний зв'язок розташований в A-ланцюжку.

Цілісність дисульфідного зв'язку грає велику роль у збереженні біологічної активності молекули інсуліну.

Первинна структура інсуліну у різних біологічних видів трохи відрізняється, як відрізняється і його важливість в регуляції обміну вуглеводів. Найбільш близьким до людського є інсулін свині, який розрізняється всього одним амінокислотним залишком: у 30 положенні B-ланцюжка свинячого інсуліну розташований аланін, а в інсуліні людини -- треонін; бичачий інсулін відрізняється трьома амінокислотними залишками; а у риб у порівнянні з тваринним В-ланцюг більше і має 32 амінокислотних залишки.

Близько 25 амінокислот ідентичні у всіх хребетних. У зв'язку з цим імунологічні відмінності інсулінів людини і тварин невеликі, що дає можливість застосовувати в клініці інсуліни тваринного походження (бичий, свинячий).

Проте при тривалому застосуванні препаратів чужерідного походження інсуліну може все ж проявлятись антигенність гормону, в результаті чого у хворих розвивається високий титр антиінсулінових антитіл і ефективність інсуліну різко падає. У таких випадках необхідно застосовувати інсулін іншого походження.

Молекула інсуліну людини

Біосинтез інсуліну, регуляція секреції інсуліну

Інсулін синтезується у базофільних інсулоцитах ( ?-клітинах)острівців Лангерганса підшлункової залози із свого попередника - проінсуліну.

Синтез інсуліну відбувається в ?-клітках і починається з утворення на рибосомах одноланцюжкового пептиду, що складається з 104--110 амінокислотних залишків, -- препроінсуліну. Ця молекула включає А-ланцюг, В-ланцюг і розташований між ними вставний С-пептид. Препроінсулін потрапляє в шорсткий ендоплазматичний ретікулум, по якому пересувається до секреторних гранул. У цистернах шорсткого ендоплазматичного ретікулума відбувається відщеплювання частини молекули і залишається преінсулін, що складається з 81--86 амінокислотних залишків. У комплексі Гольджі відбувається упаковка гормону в секреторні гранули, в яких проінсулін піддається подальшому протеолітичному розщепленню. В результаті відщеплюються С-псптид і два діпептида, сполучаючі С-пептид з фрагментами А і В, а ланцюги А і В з'єднуються дисульфідними містками, утворюючи молекулу двохланцюгового інсуліну. У секреторних гранулах виявляються проінсулін, частково розщеплений проінсулін, інсулін і С-пептид. Всі вони виводяться з ?-клітин в кров.

Схема розщеплення проінсуліну.

Кожен кружок показує амінокислотний залишок.

Чорні кружки - С-ланцюг, сірі - А-ланцюг, білі - В-ланцюг, перехрещені - дипептиди, вищепленні в процесі утворення активного гормона.

Поліпептидна основа молекули інсуліну (первинна структура) згорнута спіралеобразно (вторинна структура), а спіралі, у свою чергу, згущуються в складні утворення, що визначають просторову конфігурацію молекули інсуліну або її третинну структуру.

Просторова конфігурація молекули бичого інсуліну

Інсулін і проінсулін легко полімеризуються, утворюючи димери, тримери, гексамери. Полімеризація відбувається шляхом комплексирування з цинком. При цьому утворюються малорозчинні комплекси, і гормон депонується в секреторних гранулах. Гормон, що депонує, -- резерв, який може бути швидко реалізований під впливом відповідного стимулу.

Секреторні гранули (тример Zn-інсулін)

Секреторні гранули забезпечують і внутриклітинний транспорт гормону. Гранули пересуваються за системою мікротрубочок і мікрофіламентів у напрямку до плазматичної мембрани (Леци і соавт., 1973). Мембрана гранули і плазматична мембрана з'єднуються, а матеріал, що міститься в гранулах, викидається в позаклітинний простір, тобто відбувається еміоцитоз.

Секреторний процес в інсулоциті ( за Леці, 1972)

Важливо відзначити, що рух секреторних гранул і контакт їх мембран з плазматичною мембраною здійснюються за участю іонів кальцію і цАМФ. Не можна виключити і можливість розчинення гранул поблизу плазматичної мембрани і виділення гормону через певні її ділянки (У. М. Гордієнко, В. Р. Козиріцкий, 1978).

Виведення інсуліну у відповідь на дію стимулу відбувається двофазний: перша -- швидка фаза (протягом 1хв після дії стимулу) і друга -- через 20--30хв. Мабуть, спочатку секретується інсулін, розташований поблизу мембрани (у гранулах або розчинений), а потім мобілізуються і транспортуються секреторні гранули за системою мікротрубочок і мікрофіламентов.

Процесинг інсуліну у підшлунковій залозі

Перетворення інсуліну в організмі

З ?-клітин інсуліну поступає в кров, де міститься у двох формах: вільною і зв'язаною з білками (Антоніаді, 1961 -- 1964). Вільний інсулін проявляє дію на всі інсуліночуттєві тканини (м'язи, жирова тканина, печінка, мозок), а зв'язаний -- тільки на жирову тканину, що володіє здатністю звільняти інсулін від зв'язку з білком. Між змістом вільного і зв'язаного інсуліну існує динамічна рівновага: при підвищеній потребі організму в інсуліні (наприклад, після їжі солодкої їжі) збільшується кількість вільної фракції і зменшується зміст зв'язаного інсуліну, а натщесерце переважає зв'язаний інсулін.

Скріплення інсуліну має великий фізіологічний сенс. По-перше, якби інсулін знаходився тільки у вільному вигляді, то він захоплювався б головним чином м'язовою тканиною і не встигав поступати в жирову тканину, де украй необхідний. По-друге, з'єднання інсуліну створює певний резерв гормону, який може бути мобілізований при надмірному постачанні або утворенні вільних вуглеводів. І, по-третє, скріплення інсуліну оберігає тканини від його надмірної дії, оскільки зв'язаний інсулін, що має молекулярну масу 50000--100000, не володіє такою здатністю проходити через судинну стінку, як вільний.

Крім вільного і зв'язаного інсуліну, описана ще одна форма гормону, умовно названа формою А (Л. До. Старосельцева, 1971--1972). Ця форма за біологічними і физико-хімічними властивостями займає як би проміжне положення між вільним і зв'язаним інсуліном. Передбачається, що форма А уцтворюється в тих випадках, коли потрібне швидке задоволення потребі організму в інсуліні.

Як указувалося, разом з інсуліном в кров поступають проінсулін і С-пептид.

Проінсулін реагує зі всіма інсулінчуттєвими тканинами, але биологічна активність його значно менша, ніж у инсуліна. У нормі в периферичній крові проінсулін складає не більше 20% загального іммунореактивного інсуліну, а в патологічних умовах кількість його і С-пептида може значно зростати. Відповідно знижується біологічний ефект інсуліну.

У здорової людини вміст інсуліну в плазмі крові натщесерце, визначуване радіоімунологічними методами, складає приблизно 5--26 мк МЕ/мл або 1,25±0,08 нг/мл. Попереднє голодування знижує його, а тривале надмірне введення їжі, особливо багатої на вуглеводи, збільшує.

Секретованний підшлунковою залозою інсулін поступає по комірній вені спочатку в печінку, де затримується близько 50% гормону.

Руйнування інсуліну здійснюється ферментом інсуліназою, що знаходиться в найбільшій кількості в печінці і нирках, а продукти розпаду виводяться з сечею. Біологічне значення цього ферменту полягає в тому, що він оберігає організм від надмірного надходження інсуліну в загальний круг кровообігу і пов'язаних з цим порушень обміну вуглеводів (гіпоглікемія). Цікаво, що активність інсулінузи виявляє вікові відмінності. У молодих статевонезрілих щурів активність інсулінузи значно менша, ніж у дорослих тварин. Мабуть, це має важливий фізіологічний сенс, оскільки «зберігає» інсулін для підвищених потреб організму, що росте (З. М. Лейтес, Н. П. Смирнов, 1959).

При старінні активність інсулінузи знижується (В. В. Фролькис і ін., 1968), що розцінюється як своєрідний пристосовний механізм, направлений на підтримку постійного рівня цукру в крові.

Регуляція секреції інсуліну здійснюється головним чином гуморальним шляхом. Найважливішим стимулом секреції інсуліну є рівень глюкози в крові. Підвищення його підсилює секрецію інсуліну, а зниження -- гальмує. Це можна показати навіть на ізольованій з організму підшлунковій залозі, поміщеною в живильне середовище. З цією метою через судини ізольованої залози пропускають розчини глюкози різної концентрації і визначають кількість виділеного інсуліну. При пропусканні рідини з концентрацією глюкози 40--50 мг% інсулін не виділяється, а при перфузії рідиною із змістом глюкози 300-- 500 мг% підшлункова залоза активно секретує його. Таким чином ?-клітини острівців Лангерганса чутливі до рівня цукру в крові. Після внутрішньовенного введення глюкози вміст інсуліну в крові підвищується вже через 1 хв.

Механізм стимулюючого впливу на секрецію інсуліну вивчений ще не повністю. Вважають, що глюкоза служить первинним сигналом, що запускає клітинні механізми секреції (Гродські і соавт., 1975). Разом з цим в ?-клітині утворюються метаболіти глюкози, які підтримують рівень секреції. Дія глюкози на секрецію інсуліну опосередкує через цАМФ і іонізований кальцій. Окрім глюкози секрецію інсуліну може збільшувати введення деяких амінокислот, особливо аргініну.

Показано також, що інтенсивність секреції інсуліну залежить від його рівня в крові: зниження служить могутнім стимулом секреції нових кількостей інсуліну. Отже, можна говорити про ауторегуляцю секреції інсуліну (Різер, 1967).

Виражений активуючий вплив на секрецію інсуліну роблять гормони травної системи -- секретін, гастрін, кишковий глюкагон (ентероглюкагон), холецистокинін -- панкреозимін.

З гормонів інших залоз внутрішньої секреції до стимуляторів секреції інсуліну відносять соматотропін, кортікотропін, глюкокортикоїди (гормони кори надниркових). Гальмують секрецію інсуліну соматостатін, кальцитонін, адреналін і норадреналін.

Нервова регуляція секреції інсуліну здійснюється через посредство блукаючого і симпатичного нервів. Збудження блукаючого нерва стимулює секрецію інсуліну, а симпатичних нервових волокон-- гальмує його.

Багатьма дослідниками вивчався вплив вищих відділів нервової системи на секрецію інсуліну. М. І. Митюшов (1964) отримав зниження рівня глюкози в крові у відповідь на дію умовних подразників, що сигналізують про харчове введення цукру. Їм же було показано, що гіпнотичне навіювання прийому цукру викликає пониження концентрації глюкози в крові. Оскільки зменшення рівня глюкози в крові -- типовий ефект інсуліну, ці результати тлумачили як показник стимулюючого впливу кіркових центрів на секрецію інсуліну. Виявлена також певна роль гіпоталамуса у впливі на островковий апарат. Проте до цих пір важко визначити, якою мірою відбувається передача нервових впливів до ?-кліток прямим нервово-провідниковим шляхом, в якій опосередковано через гуморальну ланку (зміна секреторній активності інших залоз, зрушення концентрації глюкози в крові). Потрібно вважати, що основоположне значення для секреції інсуліну має все ж таки гуморальна регуляція, оскільки перерізання гілок блукаючих нервів іннервуючих підшлункову залозу, а также хімічна блокада проведення нервових по вегетативним нервам тільки загальмовує, але не вимикає повністю секрецію інсуліну у відповідь на внутрішньовенне введення глюкози (І. А. Држевецкая, Н. Н. Транквілітаті, 1973).

Страницы: 1, 2, 3, 4