24691 0
Если интегральным показателем уровня углеводного обмена в животном организме является концентрация глюкозы в крови, то аналогичным показателем интенсивности жирового обмена служит концентрация НЭЖК. В состоянии покоя она составляет в среднем 500-600 мкмоль/100 мл плазмы. Этот параметр зависит от соотношения скоростей липолиза и липосинтеза в жировой ткани и печени, с одной стороны, и потребления свободных жирных кислот в качестве источника энергии в мышцах и других тканях — с другой.
Углеводы утилизируются и мобилизуются в организме легче и равномернее, чем триглицериды. Поэтому уровень глюкозы в крови более стабилен, чем концентрация НЭЖК. Если концентрация глюкозы в крови колеблется ± 30%, то концентрация свободных жирных кислот в некоторых ситуациях (голодание, интенсивная мышечная нагрузка, сильный стресс) может возрастать до 500% (Ньюсхолм, Старт, 1973).
Столь значительное повышение уровня НЭЖК в крови объясняется тем, что скорости реакций липолиза резко превышают скорости реакций утилизации НЭЖК. И хотя НЭЖК утилизируются в некоторых тканях медленнее, чем глюкоза или другие моносахариды, они вполне доступны для окисления в фукционирующих тканях и являются поэтому в ряде физиологических ситуаций важнейшими и даже первостепенными энергетическими источниками для многих типов клеток, в частности скелетных мышц, при нехватке глюкозы.
В миокарде же НЭЖК — главные топливные продукты при любых условиях. В отличие от моносахаридов скорость потребления жирных кислот во всех тканях зависит от их концентрации в крови и не зависит от проницаемости к ним клеточных мембран (Итон, Стейнберг, 1961).
Регуляторами липолиза и липосинтеза служат в основном те же гормоны, которые принимают участие и в регуляции углеводного обмена. При этом гормоны, стимулирующие гипергликемию, являются и гиперлипацидемическими, в то время как инсулин, обладающий гипогликемическим действием, предотвращает развитие гиперлипацидемии. Кроме того, в регуляции жирового обмена у позвоночных некоторое участие принимают АКТГ, липотропин и МСГ, оказывающие гиперлипацидемическое действие (рис. 99).
Рис. 99. Мультигормональная регуляция липолиза и липосинтеза:
Инсулин — единственный гормональный стимулятор липогенеза и ингибитор липолиза. Стимуляция липосинтеза гормоном в жировой ткани, а также в печени происходит за счет усиления поглощения и утилизации глюкозы (см. выше). Торможение же липолиза происходит, пo-видимому, в результате активации инсулином фосфодиэстеразы цАМФ, снижения концентрации циклического нуклеотида, снижения скорости фосфорилирования малоактивной липазы и уменьшения концентрации активной формы фермента — липазы а (Корбин и др., 1970). Помимо этого, ингибирование липолиза в жировой ткани под действием инсулина осуществляется вследствие торможения гидролиза триглицеридов продуктами усиленного гормоном гликолиза.
Глюкагон, адреналин, СТГ (у плодов также ХСМ), глюкокортикоиды, АКТГ и родственные ему гормоны — стимуляторы липолиза в жировой ткани и печени. Глюкагон и адреналин реализуют свои гиперлипацидемические эффекты посредством активации аденилатциклазы и усиления образования цАМФ, который повышает с помощью цАМФ-зависимой ПК, превращение липазы в активированную липазу а (Роюизон и др., 1971). Видимо, аналогичным образом действуют на липолиз АКТГ, липотропин и МСГ, СТГ (или его липолитический фрагмент) и глюкокортикоиды, и также ХСМ усиливают липолиз, вероятно, стимулируя синтез белков-ферментов на уровне транскритщии и трансляции (Фэйн, Синерстейн, 1970).
Латентный период повышения уровня НЭЖК в крови под влиянием глюкагона и адреналина составляет 10-20 мин, под влиянием же СТГ и кортикостероидов — 1ч или более. Следует напомнить, что АКТГ оказывает сложный эффект на липидный обмен. Он действует на жировую ткань непосредственно и через стимуляцию продукции глюкокортикоидов корой надпочечников, являясь, кроме того, прогормоном а-МСГ и срактора, стимулирующего секрецию инсулина (Белофф-Чэйн и др., 1976). Липолитическим эфсректом обладают также Тз и Т4.
Гормональная стимуляция липолиза в адипозной ткани и печени в условиях голодания или стресса и последующая гиперлипацидемия приводят не только к повышению оксиления НЭЖК, но и к торможению утилизации углеводов в мышцах и, возможно, других тканях. Тем самым глюкоза «сохраняется» для мозга, который предпочтительно утилизирует углеводы, а не жирные кислоты. Кроме того, значительная стимуляция липолиза в жировой ткани гормонами повышает образование кетоновых тел из жирных кислот в печени. Последние же и прежде всего ацетоуксусная и оксимасляная кислоты могут служить субстратами дыхания в мозге (Хокинс и др., 1971).
Другим интегральным показателем липидного обмена являются липопротеиды (ЛП) различной плотности, транспортирующие холестерин и другие липиды от печени к другим тканям и наоборот (Браун, Голдстейн, 1977-1985). ЛП низкой плотности — атерогенные (вызывающие атеросклероз), ЛП высокой плотности — антиатерогенные. Биосинтез холестерина в печени и метаболизм различных ЛП регулируются Тз, глюкокортикоидами и половыми гормонами. При этом Т3 и эстрогены предотвращают развитие атеросклероза сосудов.
Адаптивная роль гормонов, регулирующих межуточный метаболизм, и краткие сведения о его эндокринной патологии.
Уровень секреции комплекса гормонов, регулирующих углеводный и жировой метаболизм, находится в зависимости от потребностей организма в энергетических ресурсах. При голодании, мышечной и нервной нагрузке, а также других формах стресса, когда возрастает потребность в использовании углеводов и жиров, в здоровом организме происходит повышение скорости секреции тех гормонов, которые повышают мобилизацию и перераспределение запасных форм питательных веществ и обусловливают гипергликемию и гиперлипацидемию (рис. 100).
Одновременно при этом тормозится секреция инсулина (Хуссэй, 1963; Фоа, 1964, 1972). И, наоборот, прием пиши стимулирует преимущественно секрецию инсулина, который способствует синтезу гликогена в печени и мышцах, триглицеридов в адипозной ткани и печени, а также белка в разных тканях.
Рис 100. Участие гормонов в регуляция и саморегуляции межуточного углеводного и липидного обмена:
сплошными стрелками обозначена стимуляция, прерывистыми — торможение
Сигналами, стимулирующими секрецию инсулина, являются увеличение концентраций всасываемых в кровь глюкозы, жирных кислот и аминокислот, а также усиление секреции гормонов желудочно-кишечного тракта — секретина и панкреозимина. При этом секреция гормонов «мобилизации» тормозится. Однако СТГ, присутствуя даже в небольших концентрациях в крови на стадиях приема пищи, способствует поступлению глюкозы и аминокислот в мышечную и жировую ткани, а адреналин — в мышечную ткань. В то же время невысокие концентрации инсулина при голодании и стрессе, стимулируя вхождение глюкозы в мышцы, облегчают тем самым эффекты гипергликемических гормонов на мышечную ткань.
Одним из главных сигналов, модулирующих секрецию инсулина, глюкагона, адреналина и других гормонов, участвующих в адаптивной саморегуляции межуточного обмена углеводов, является, как уже отмечалось, уровень глюкозы в крови.
Повышение концентрации глюкозы в крови стимулирует по механизму обратной связи секрецию инсулина и тормозит секрецию глюкагона и других гипергликемических гормонов (Фоа, 1964, 1972; Рэндл, Хэйлс, 1972). Показано, что эффекты глюкозы на секреторную активность а- и /5 -леток поджелудочной железы, а также хромаффинных клеток являются в значительной степени результатом прямого взаимодействия гексозы со специфическими рецепторами мембран железистых клеток.
Вместе с тем эффекты глюкозы на секрецию других гормонов реализуются на уровне гипоталамуса или/и вышележащих отделов головного мозга. Аналогично глюкозе на поджелудочную железу и мозговой слой надпочечников, но не на головной мозг, по-видимому, могут действовать и жирные кислоты, обеспечивая саморегуляцию жирового обмена. Наряду с факторами саморегуляции секреции вышеуказанных гормонов на последнюю могут оказывать влияние многие внутренние н внешние стрессорные агенты.
С глубокими нарушениями углеводного и жирового обмена у человека связана тяжелейшая эндокринная болезнь — сахарный диабет. Одним из закономерных осложнений диабета является поражение мелких и крупных сосудов, что создает предпосылки у больных к развитию атеросклероза и других сосудистых нарушений. Таким образом, диабет способствует пополнению числа лиц, страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями.
Предполагали, что развитие сахарного диабета первично сопряжено с абсолютной инсулиновой недостаточностью. В настоящее время считают, что в основе патогенеза диабета лежит сочетанное нарушение регулирующего действия инсулина и, возможно, ряда других гормонов на ткани, в результате чего в организме возникает абсолютная или относительная недостаточность инсулина, сочетающаяся с абсолютным или относительным избытком глюкагона или других «диабетогенных» гормонов (Унтер, 1975).
Дисбаланс действия гормонов приводит соответственно к развитию устойчивой гипергликемии (концентрация сахара в крови выше 130 мг%), глюкозурии и полиурии. Последние два симптома и дали название заболеванию — сахарное мочеизнурение, или сахарный диабет. В условиях углеводной нагрузки (тест толерантности к глюкозе) гликемическая кривая у больных изменена: после приема 50 г глюкозы внутрь гипергликемия у больных по сравнению с нормой растянута во времени и достигает больших величин.
Наряду с нарушением утилизации и депонирования углеводов при диабете возникают соответствующие расстройства жирового обмена: усиление липолиза, торможение липогенеза, увеличение содержания НЭЖК в крови, повышение окисления их в печени, накопление кетоновых тел. Повышенное образование кетоновых тел (кетоз) приводит к снижению рН крови — ацидозу, который играет существенную роль в развитии заболевания (Ренолд и др., 1961).
Кетоацидозу принадлежит, вероятно, видное место в развитии поражений сосудов (микро- и макроангиопатий). Кроме того, кетоацидоз лежит в основе одного из наиболее тяжелых осложнений диабета — диабетической комы. При очень высоком содержании сахара в крови (800-1200 мг%) может развиться другого рода коматозное состояние. Оно возникает вследствие значительной потери с мочой воды и повышения осмотического давления крови при сохранении нормального ее рН (гиперосмолярная кома).
В результате длительных н разнообразных нарушений углеводного, жирового и белкового обменов, сопровождающихся нарушениями водно-солевого баланса, у больных развиваются разнообразные микро- и макроангиопатий, вызывающие заболевания сетчатки (ретинопатия) , почек (нефропатия), нервной системы (нейропатия), трофические язвы на коже, общий атеросклероз, психические расстройства.
Установлено, что сахарный диабет — полипатогенетическое заболевание. Оно исходно может быть обусловлено: первичной недостаточностью секреции инсулина и гиперсекрецией диабетогенных гормонов (инсулинчувствительные, или ювенильные, формы диабета); резко сниженной чувствительностью тканей-мишеней к инсулину (инсулинрезистентные формы, или «диабет пожилых, тучных»). В патогенезе первой формы болезни, составляющей 15-20% больных диабетом, определенную роль могут играть наследственный фактор и образование аутоантител к белкам островкового аппарата. В развитии второй формы заболевания (более 80% лиц, страдающих диабетом) существенное значение имеет избыточной прием углеводной пищи, ожирение, неподвижный образ жизни.
Для компенсации сахарного диабета применяют в качестве заместительной терапии различные препараты инсулина; малоуглеводную (иногда маложировую) диету и сахароснижающие синтетические препараты — сульфанилмочевинные и бигуанидные. Соответственно инсулин эффективен лишь при инсулинчувствительных формах заболевания. Кроме того, ведутся попытки создания «искусственной поджелудочной железы» — компактного электронно-механического аппарата, заряженного инсулином и глюкагоном, который при соединении с кровеносным руслом может вводить гормоны в зависимости от концентрации глюкозы к крови.
Симптомы сахарного диабета могут возникать и при ряде других заболеваний, первично не связанных с эндокринными функциями поджелудочной железы или действием инсулина и глюкагона (разные формы гиперкортицизма, акромегалия).
В.Б. Розен
Регуляция углеводного обмена осуществляется на всех его этапах нервной системой и гормонами. Помимо этого, активность ферментов отдельный путей метаболизма углеводов регулируется по принципу «обратной связи», в основе которого лежит аллостерический механизм взаимодействия фермента с эффектором. Регуляция углеводного обмена осуществляется на всех его этапах нервной системой и гормонами. Помимо этого, активность ферментов отдельный путей метаболизма углеводов регулируется по принципу «обратной связи», в основе которого лежит аллостерический механизм взаимодействия фермента с эффектором. К аллостерическим эффекторам можно отнести конечные продукты реакции, субстраты, некоторые метаболиты, адениловые мононуклеотиды. Важнейшую роль в направленности углеводного обмена (синтез или распад углеводов) играет соотношение коферментов НАД + / НАДН∙Н + и энергетический потенциал клетки.
Постоянство уровня глюкозы в крови – важнейшее условие поддержания нормальной жизнедеятельности организма. Нормогликемия является результатом слаженной работы нервной системы, гормонов и печени.
Печень – единственный орган, депонирующий глюкозу (в виде гликогена) для нужд всего организма. Благодаря активной фосфатазе глюкозо-6-фосфата гепатоциты способны образовывать свободную глюкозу, которая, в отличие от её фосфорилированных форм, может проникать через мембрану клеток в общий круг кровообращения.
Из гормонов выдающуюся роль играет инсулин . Инсулин оказывает свое действие только на инсулинзависимые ткани, прежде всего, на мышечную и жировую. Мозг, лимфатическая ткань, эритроциты относятся к инсулиннезависимым. В отличие от других органов, действие инсулина не связано с рецепторными механизмами его влияния на метаболизм гепатоцитов. Хотя глюкоза свободно проникает в печёночные клетки, но это возможно только при условии повышенной её концентрации в крови. При гипогликемии, напротив, печень отдаёт глюкозу в кровь (даже несмотря на высокий уровень инсулина в сыворотке).
Наиболее существенным действием инсулина на организм является снижение нормального или повышенного уровня глюкозы в крови – вплоть до развития гипогликемического шока при введении высоких доз инсулина. Уровень глюкозы в крови снижается в результате: 1. Ускорения поступления глюкозы в клетки. 2. Повышения использования глюкозы клетками.
Инсулин ускоряет поступление моносахаридов в инсулинзависимые ткани, особенно глюкозы (а также сахаров схожей конфигурации в положении С 1 -С 3), но не фруктозы. Связывание инсулина со своим рецептором на плазматической мембране приводит к перемещению запасных белков-переносчиков глюкозы (глют 4 ) из внутриклеточных депо и включению их в мембрану.
Инсулин активирует использование клетками глюкозы путём:
активирования и индукции синтеза ключевых ферментов гликолиза (глюкокиназы, фосфофруктокиназы, пируваткиназы).
Увеличения включения глюкозы в пентозофосфатный путь (активирование дегидрогеназ глюкозо-6-фосфата и 6-фосфоглюконата).
Повышения синтеза гликогена за счёт стимуляции образования глюкозо-6-фосфата и активирования гликогенсинтазы (одновременно инсулин ингибирует гликогенфосфорилазу).
Торможения активности ключевых ферментов глюконеогенеза (пируваткарбоксилазы, фосфоенол-ПВК-карбоксикиназы, бифосфатазы, глюкозо-6-фосфатазы) и реп-рессии их синтеза (уставлен факт репрессии гена фосфоенолПВКкарбоксикиназы).
Другие гормоны, как правило, способствуют увеличению содержания глюкозы в крови.
Глюкагон и адреналин приводят к росту гликемии путём активации гликогенолиза в печени (активирование гликогенфосфорилазы), однако в отличие от адреналина глюкагон не влияет на гликогенфосфорилазу мышц . Кроме того, глюкагон активирует глюконеогенез в печени, следствием чего также является увеличение концентрации глюкозы в крови.
Глюкокортикоиды способствуют повышению уровня глюкозы в крови за счёт стимуляции глюконеогенеза (ускоряя катаболизм белков в мышечной и лимфоидной тканях, эти гормоны увеличивают содержание в крови аминокислот, которые, поступая в печень, становятся субстратами глюконеогенеза). Кроме того, глюкокортикоиды препятствуют утилизации глюкозы клетками организма.
Гормон роста вызывает увеличение гликемии опосредованно: стимулируя распад липидов, он приводит увеличению уровня жирных кислот в крови и клетках, снижая тем самым потребность последних в глюкозе (жирные кислоты – ингибиторы использования глюкозы клетками).
Тироксин, особенно вырабатываемый в избыточных количествах при гиперфункции щитовидной железы, также способствует повышению уровня глюкозы в крови (за счёт увеличения гликогенолиза).
При нормальном уровне глюкозы в крови почки полностью её реабсорбируют и сахар в моче не определяется. Однако если гликемия превышает 9-10 ммоль/л (почечный порог ), то появляется глюкозурия . При некоторых поражениях почек глюкоза может обнаруживаться в моче и при нормогликемии.
Проверка способности организма регулировать содержание глюкозы в крови (толерантность к глюкозе ) используется для диагностики сахарного диабета при постановке перорального глюкозо-толерантного теста:
Первая проба крови берётся натощак после ночного голодания. Затём больному в течение 5 мин. дают выпить раствор глюкозы (75г глюкозы, растворённой в 300 мл воды). После этого каждые 30 мин. на протяжении 2-х часов определяют содержание глюкозы в крови
Рис. 10 “ Сахарная кривая “ в норме и при патологии
Министерство здравоохранения Республики Беларусь
Учреждение образования
«Гомельский государственный медицинский университет»
Кафедра биологической химии
Обсуждено на заседании кафедры (МК или ЦУНМС)____________________
Протокол № _______
По биологической химии
для студентов 2-го курса лечебного факультета
Тема: Углеводы 4. Патология углеводного обмена
Время__90 мин___________________
Учебная цель:
1.Сформировать представления о молекулярных механизмах основных нарушений углеводного обмена.
ЛИТЕРАТУРА
1.Биохимия человека:, Р.Марри, Д.Греннер, П.Мейес, В.Родуэлл.- М.книга,2004.- т.1.с. 205-211., 212-224.
2.Основы биохимии:А.Уайт, Ф.Хендлер,Э.Смит, Р.Хилл, И.Леман.-М. книга,
1981,т. -.2,.с. 639- 641,
3.Наглядная биохимия: Кольман., Рем К.-Г-М.книга 2004г.
4.Биохимические основы...под. ред. член- корр. РАН Е.С. Северина. М.Медицина,2000.-с.179-205.
МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
1.Мультимедийная презентация
РАСЧЕТ УЧЕБНОГО ВРЕМЕНИ
Всего: 90 мин
Введение. Задача регулирования и ограничения потребления углеводов с особой остротой возникает в связи с профилактикой и лечением диабета, а также выявлением корреляции между чрезмерным потреблением углеводов с частотой развития некоторых болезней - «спутников тучности», а также с развитием атеросклероза.
Энергетический гомеостаз обеспечивает энергетические потребности тканей с использованием различных субстратов. Т.к. углеводы являются основным источником энергии для многих тканей и единственным для анаэробных, регуляция углеводного обмена является важной составляющей энергетического гомеостаза организма.
Регуляция углеводного обмена осуществляется на 3 уровнях:
центральный.
межорганный.
клеточный (метаболический).
1. Центральный уровень регуляции углеводного обмена
Центральный уровень регуляции осуществляется с участием нейроэндокринной системы и регулирует гомеостаз глюкозы в крови и интенсивность метаболизма углеводов в тканях. К основным гормонам, поддерживающим нормальный уровень глюкозы в крови 3,3-5,5 мМоль/л, относят инсулин и глюкагон. На уровень глюкозы влияют также гормоны адаптации – адреналин, глюкокортикоиды и другие гормоны: тиреоидные, СДГ, АКТГ и т.д.
2. Межорганный уровень регуляции углеводного обмена
Глюкозо-лактатный цикл (цикл Кори) Глюкозо-аланиновый цикл
Глюкозо-лактатный цикл не требует наличие кислорода, функционирует всегда, обеспечивает: 1) утилизацию лактата, образующегося в анаэробных условиях (скелетные мышцы, эритроциты), что предотвращает лактоацидоз; 2) синтез глюкозы (печень).
Глюкозо-аланиновый цикл функционирует в мышцах при голодании. При дефиците глюкозы, АТФ синтезируется за счет распад белков и катаболизма аминокислот в аэробных условиях, при этом глюкозо-аланиновый цикл обеспечивает: 1) удаление азота из мышц в нетоксичной форме; 2) синтез глюкозы (печень).
3. Клеточный (метаболический) уровень регуляции углеводного обмена
Метаболический уровень регуляции углеводного обмена осуществляется с участием метаболитов и поддерживает гомеостаз углеводов внутри клетки. Избыток субстратов стимулирует их использование, а продукты ингибируют свое образование. Например, избыток глюкозы стимулирует гликогенез, липогенез и синтез аминокислот, дефицит глюкозы - глюконеогенез. Дефицит АТФ стимулирует катаболизм глюкозы, а избыток – наоборот ингибирует.
IV . Педфак . Возрастные особенности ПФШ и ГНГ, значение.
Лекция № 10 Тема: Структура и обмен инсулина, его рецепторов, транспорт глюкозы. Механизм действия и метаболические эффекты инсулина.
Гормоны поджелудочной железы
Поджелудочная железа выполняет в организме две важнейшие функции: экзокринную и эндокринную. Экзокринную функцию выполняет ацинарная часть поджелудочной железы, она синтезирует и секретирует панкреатический сок. Эндокринную функцию выполняют клетки островкового аппарата поджелудочной железы, которые секретируют пептидные гормоны, участвующие в регуляции многих процессов в организме.1-2 млн. островков Лангерганса составляют 1-2% массы поджелудочной железы.
В островковой части поджелудочной железы выделяют 4 типа клеток, секретирующих разные гормоны: А- (или α-) клетки (25%) секретируют глюкагон, В- (или β-) клетки (70%) - инсулин, D- (или δ-) клетки (<5%) - соматостатин, F-клетки (следовые количества) секретируют панкреатический полипептид. Глюкагон и инсулин в основном влияют на углеводный обмен, соматостатин локально регулирует секрецию инсулина и глюкагона, панкреатический полипептид влияет на секрецию пищеварительных соков. Гормоны поджелудочной железы выделяются в панкреатическую вену, которая впадает в воротную. Это имеет большое значение т.к. печень является главной мишенью глюкагона и инсулина.
Строение инсулина
Инсулин - полипептид, состоящий из двух цепей. Цепь А содержит 21 аминокислотный остаток, цепь В - 30 аминокислотных остатков. В инсулине 3 дисульфидных мостика, 2 соединяют цепь А и В, 1 соединяет 6 и 11 остатки в А цепи.
Инсулин может существовать в форме: мономера, димера и гексамера. Гексамерная структура инсулина стабилизируется ионами цинка, который связывается остатками Гис в положении 10 В-цепи всех 6 субъединиц.
Инсулины некоторых животных имеют значительное сходство по первичной структуре с инсулином человека. Бычий инсулин отличается от инсулина человека на 3 аминокислоты, а инсулин свиньи отличается только на 1 аминокислоту (ала вместо тре на С конце В-цепи).
Во многих положениях А и В цепи встречаются замены, не оказывающие влияния на биологическую активность гормона. В положениях дисульфидных связей, остатков гидрофобных аминокислот в С-концевых участках В-цепи и С- и N-концевых остатков А-цепи замены встречаются очень редко, т.к. эти участки обеспечивают формирование активного центра инсулина.
Биосинтез инсулина включает образование двух неактивных предшественников, препроинсулина и проинсулина, которые в результате последовательного протеолиза превращаются в активный гормон.
1. На рибосомах ЭПР синтезируется препроинсулин (L-В-С-А, 110 аминокислот), биосинтез его начинается с образования гидрофобного сигнального пептида L (24 аминокислот), который направляет растущую цепь в просвет ЭПР.
2. В просвет ЭПР препроинсулин превращается в проинсулин при отщеплении эндопептидазой I сигнального пептида. Цистеины в проинсулине окисляются с образованием 3 дисульфидных мостиков, проинсулин становиться «сложным», имеет 5% активности от инсулина.
3. «Сложный» проинсулин (В-С-А, 86 аминокислот) поступает в аппарат Гольджи, где под действием эндопептидазы II расщепляется с образованием инсулина (В-А, 51 аминокислот) и С-пептида (31 аминокислота).
4. Инсулин и С-пептид включаются в секреторные гранулы, где инсулин соединяется с цинком, образуя димеры и гексамеры. В секреторной грануле содержание инсулина и С-пептида составляет 94%, проинсулина, интермедиатов и цинка - 6%.
5. Зрелые гранулы сливаются с плазматической мембраной, а инсулин и С-пептид попадают во внеклеточную жидкость и далее в кровь. В крови олигомеры инсулина распадаются. За сутки в кровь секретируется 40-50 ед. инсулина, это составляет 20% от его общего запаса в поджелудочной железе. Секреция инсулина энергозависимый процесс, происходит с участием микротубулярно-ворсинчатой системы.
Схема биосинтеза инсулина в β-клетках островков Лангерганса
ЭПР - эндоплазматический ретикулум. 1 - образование сигнального пептида; 2 - синтез препроинсулина; 3 - отщепление сигнального пептида; 4 - транспорт проинсулина в аппарат Гольджи; 5 - превращение проинсулина в инсулин и С-пептид и включение инсулина и С-пептида в секреторные гранулы; 6 - секреция инсулина и С-пептида.
Ген инсулина находиться в 11 хромосоме. Выявлены 3 мутации этого гена, у носителей низкая активность инсулина, отмечается гиперинсулинемия, нет инсулинорезистентности.
Регуляция синтеза и секреции инсулина
Синтез инсулина индуцируют глюкоза и секреция инсулина. Репрессирует секрецию жирные кислоты.
Секрецию инсулина стимулируют: 1. глюкоза (главный регулятор), аминокислоты (особенно лей и арг); 2. гормоны ЖКТ(β-адренергические агонисты, через цАМФ):ГИП , секретин, холецистокинин, гастрин, энтероглюкагон; 3. длительно высокие концентрации СТГ, кортизола, эстрогенов, прогестинов, плацентарного лактогена, ТТГ, АКТГ; 4. глюкагон; 5. повышение К + или Са 2+ в крови; 6. лекарства, производные сульфонилмочевины (глибенкламид).
Под влиянием соматостатина секреция инсулина понижается. β-клетки также находятся под влиянием автономной нервной системы. Парасимпатическая часть (холинергические окончания блуждающего нерва) стимулирует выделение инсулина. Симпатическая часть (адреналин через α 2 -адренорецепторы) подавляет выделение инсулина.
Секреция инсулина осуществляется с участием нескольких систем, в которых основная роль принадлежит Са 2+ и цАМФ.
Поступление Са 2+ в цитоплазму контролируется несколькими механизмами:
1). При повышении концентрации глюкозы в крови выше 6-9 ммоль/л, она при участии ГЛЮТ-1 и ГЛЮТ-2 поступает в β-клетки и фосфорилируется глюкокиназой. При этом концентрация глюкозо-6ф в клетке прямо пропорциональна концентрации глюкозы в крови. Глюкозо-6ф окисляется с образованием АТФ. АТФ образуется также при окислении аминокислот и жирных кислот. Чем больше в β-клетке глюкозы, аминокислот, жирных кислот тем больше из них образуется АТФ. АТФ ингибирует на мембране АТФ-зависимые калиевые каналы, калий накапливается в цитоплазме и вызывает деполяризацию клеточной мембраны, что стимулирует открытие потенциалзависимых Са 2+ -каналов и поступление Са 2+ в цитоплазму.
2). Гормоны, активирующие инозитолтрифосфатную систему (ТТГ), выпускают Са 2+ из митохондрий и ЭПР.
цАМФ образуется из АТФ с участием АЦ, которая активируется гормонами ЖКТ, ТТГ, АКТГ, глюкагоном и Са 2+ -кальмодулиновым комплексом.
цАМФ и Са 2+ стимулируют полимеризацию субъединиц в микротубулы (микроканальцы). Влияние цАМФ на микроканальцевую систему опосредуется через фосфорилирование ПК А микроканальцевых белков. Микроканальцы способны сокращаться и расслабляться, перемещая гранулы по направлению к плазматической мембране обеспечивая экзоцитоз.
Секреция инсулина в ответ на стимуляцию глюкозой представляет собой двухфазную реакцию, состоящую из стадии быстрого, раннего высвобождения инсулина, называемую первой фазой секреции (начинается через 1 мин, продолжается 5-10 мин), и второй фазы (продолжительность ее до 25-30 мин).
Транспорт инсулина. Инсулин водорастворим и не имеет белка-переносчика в плазме. Т 1/2 инсулина в плазме крови составляет 3-10 мин, С-пептида - около 30 мин, проинсулина 20-23 мин.
Разрушение инсулина происходит под действием инсулинзависимой протеиназы и глутатион-инсулин-трансгидрогеназы в тканях мишенях: в основном в печени (за 1 проход через печень разрушается около 50% инсулина), в меньшей степени в почках и плаценте.
Гормональная регуляция и патологии углеводного обмена
Избыток глюкозы в крови, возникающий обычно после приема пищи, стимулирует синтез гормона поджелудочной железы инсулин а, который включает образование осмотически инертного гликогена в печени и в мышцах. Гликоген – это полимерная глюкоза, аналог крахмала у растений. Гликоген, в свою очередь, расщепляется до глюкозы под влиянием гормона глюкагона, секреция которого клетками поджелудочной железы очень быстро начинается при снижении уровня глюкозы в крови. Если резервы гликогена исчерпаны, то происходит стимуляция сложных биохимических систем образования глюкозы из аминокислот, причем каждая из аминокислот требует индивидуального цикла реакций. В норме этот процесс происходит постоянно, в связи с самообновлением белков. При сбалансированном питании аминокислоты пищевых белков обеспечивают около 10% энергетических потребностей организма. Синдромы, приводящие к нарушению баланса глюкозы в крови, диабет 1-го типа и диабет 2-го типа, являются в экономически развитых странах наиболее распространенными хроническими заболеваниями. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), в 2000 г. диабет был диагностирован у 171 млн человек, причем из всех стран мира максимальный уровень заболеваемости диабетом наблюдался в США – 17,7 млн случаев. В Российской Федерации диабет был диагностирован у 4,5 млн человек. Среди азиатских стран Индия (31,7 млн больных диабетом) значительно обгоняла Китай (20,7 млн). На всем африканском континенте, по данным ВОЗ, диабет обнаруживался у 7 млн человек .
Диабет-1, на долю которого в настоящее время приходится около 8% заболеваний углеводного обмена, – это генетическая аномалия, проявляющаяся уже в детском возрасте. В этом случае разрушены клетки поджелудочной железы, которые образуют инсулин, и организм теряет способность к регулированию уровня глюкозы в крови и переводу избыточной глюкозы в гликоген. Отсутствие гликогенового резерва глюкозы в печени делает концентрацию глюкозы в крови весьма неустойчивой, и большинство больных диабетом умирали в прошлом, не
Данный текст является ознакомительным фрагментом. Из книги Пропедевтика детских болезней автора О. В. Осипова Из книги Пропедевтика детских болезней: конспект лекций автора О. В. Осипова автора Михаил Борисович Ингерлейб Из книги Анализы. Полный справочник автора Михаил Борисович Ингерлейб Из книги Анализы. Полный справочник автора Михаил Борисович Ингерлейб Из книги Анализы. Полный справочник автора Михаил Борисович Ингерлейб Из книги О чем говорят анализы. Секреты медицинских показателей – для пациентов автора Евгений Александрович Гринь автора Юлия Сергеевна Попова Из книги Как перестать храпеть и дать спать другим автора Юлия Сергеевна Попова автора Михаил Борисович Ингерлейб Из книги Полный справочник анализов и исследований в медицине автора Михаил Борисович Ингерлейб Из книги Полный справочник анализов и исследований в медицине автора Михаил Борисович Ингерлейб Из книги Полный справочник анализов и исследований в медицине автора Михаил Борисович Ингерлейб Из книги Сахарный диабет. Новое понимание автора Марк Яковлевич Жолондз Из книги Диабет. Предупреждение, диагностика и лечение традиционными и нетрадиционными методами автора Виолетта Романовна Хамидова Из книги Учимся понимать свои анализы автора Елена В. Погосян
