Эндокринология (молекулярные механизмы секреции инсулина и его действия на клетки)
молекулярные механизмы секреции инсулина и его действия на клеткиВступлениеИнсулин полипептидный гормон, образованный 51 аминокислотами. Он секретируется в кровь -клетками островков Лангерганса поджелудочной железы. Главная функция инсулина регуляция метаболизма белков, жиров, углеводов. Это анаболический гормон. Его эффекты на мышцы, печень и адипозную ткань: стимуляция захвата клетками глюкозы, аминокислот, жирных кислот; усиление синтеза гликогена, белков, триглицеридов; стимуляция гликолиза; а также торможение глюконеогенеза и распада гликогена, белков и триглицеридов. Секреция инсулина минимальна при голодании, мышечной и нервной нагрузке, а также других формах стресса, когда возрастает потребность в использовании углеводов и жиров, и максимальна после приема пищи. Секреция инсулинаСекреция инсулина контролируется изменениями концентраций циркулирующих в крови нутриентов (глюкозы, аминокислот, жирных кислот), гормонами желудочно-кишечного тракта, секретируемыми в нервно-гуморальную фазу сокоотделения (например, ГИП, гастрин, секретин) и различными нейромедиаторами (помимо классического ацетилхолина можно назвать такие пептидные медиаторы, как ВИП и холецистокинин). Перечисленные гормоны и медиаторы обуславливают так называемые энтероинсулярные стимулы секреции инсулина. Следует отметить, что их значение второстепенно; т. е. главными стимулами служат "пищевые" стимулы. По мере того, как концентрация, например, глюкозы в крови увеличивается [обычно достигая уровня 6-9 ммоль/л (норма: 5 ммоль/л)], стимулируется секреция инсулина, и этот эффект усиливается гормонами желудочно-кишечного тракта. Показано, что эффекты нутриентов на секреторную активность -клеток поджелудочной железы являются результатом их прямого взаимодействия с клеточными мембранами железистых клеток. Глюкоза и другие подвергающиеся метаболизму питательные вещества (включая некоторые аминокислоты и жирные кислоты) транспортируются в -клетки островков Лангерганса, где в процессе их метаболизма образуется АТФ. Считается, что продукция АТФ обеспечивает стимул для начала секреции инсулина изменением мембранного потенциала, в конечном итоге обеспечивающим поток ионов Са2+ в цитоплазму. В состоянии покоя мембранный потенциал (ПП) на внутренней поверхности мембраны равен -50-70мВ. Как известно, изменения ПП в большей степени контролируются изменением мембранной проницаемости для калия. В мембранах -клеток существуют 2 типа калиевых каналов (АТФ-чувствительные и Са-чувствительные), оба из которых участвуют в секреции инсулина. Образовавшийся АТФ вызывает закрытие АТФ-чувствительных калиевых каналов. Это предотвращает выход К+ из клетки, что является результатом накопления в ней положительных зарядов и, соответственно, деполяризации мембраны. По достижении порога (снижение потенциала на 15 мВ) открываются потенциал-чувствительные Са каналы, обеспечивая поток ионов Са2+ в клетки. Са-чувствительные калиевые каналы открываются по мере того, как Са2+ поступает в клетку, благодаря чему К+ выходит из нее, восстанавливая ПП. Ионы Са2+ обеспечивают секрецию инсулина из секреторных гранул несколькими путями: 1) Положительно заряженные ионы Са2+ облегчают экзоцитоз (инсулин секретируется из клеток именно таким путем), уменьшая электростатическое отталкивание между отрицательно заряженными поверхностями плазматической мембраны и мембран секреторных гранул. 2) Са2+ облегчает передвижение гранул внутри клеток, т. к. влияет на функцию сократительных белков, содержащих актин и тубулин (микротрубочек и микрофиламентов). 3) Са2+ связывается с калмодулином; это активирует фермент аденилатциклазу, катализирующую превращение АТФ в цАМФ. Этот вторичный посредник также образуется в результате прямой активации АЦ гормонами желудочно-кишечного тракта. Циклический АМФ потенциирует секрецию инсулина путем увеличения чувствительности -клеток к стимулирующему действию кальция. О клеточных процессах, лежащих в основе увеличения чувствительности -клеток к Са2+, известно мало. Предполагается, что активируются ферменты (такие как протеинкиназы), влияющие на функционирование митротрубочек и микрофиламентов. 4) Чувствительность -клеток к Са2+ увеличивается и другими вторичными мессенджерами (инозитолтрифосфатом и диацилглицеролом) предположительно таким же путем. Эти вторичные посредники образуются при взаимодействии нейромедиаторов энтероинсулярной оси (асh, холецистокинин) с фосфолипазой С, встроенной в плазматическую мембрану. Еще раз следует подчеркнуть, что вышеперечисленные вторичные мессенджеры служат для увеличения секреции инсулина; тогда как главным стимулом служит увеличение концентрации глюкозы. Действие инсулина на клеткиПосле секреции инсулина в межклеточное пространство он проходит через эндотелиальный барьер и попадает в кровь. Недавно стал известен механизм захвата глюкозы клетками. В этих клетках имеются небольшие везикулы, содержащие специфические белковые макромолекулы, которые называются транспортерами глюкозы. Инсулин стимулирует сплавление мембран везикул с плазматической мембраной и активирует транспортеры глюкозы, которые переносят глюкозу в клетку. Инсулин отвечает за синтез фермента гексокиназы, который фосфорилирует глюкозу, как только она проникает в клетку. Эффекты гормона на клеточном уровне достигаются путем активации или, наоборот, торможения активности ферментов или же изменением скорости синтеза ферментов на уровне транскрипции и трансляции. Путь трансмембранного проведения гормонального сигнала тирозинкиназный. Инициация действия инсулина обуславливается взаимодействием гормон-рецептор. Рецепторы инсулина относятся к семейству гетеротетрамерных рецепторов тирозинкиназы. Они образованы двумя парами и субъединиц, скрепленными дисульфидными мостиками. Две субъединицы формируют один связывающий центр для лиганда. Образование Г-Р комплекса обуславливает аутофосфорилирование ферментов, "вмонтированных" в субъединицы, по остаткам тирозина; в результате чего повышается ферментативная (тирозинкиназная) активность рецептора. Сигнал передается дальше посредством каскадных реакций: 1) Каскад ферментов (киназ и фосфатаз) приводит к усилению или торможению активности ферментов, обуславливающих эффекты инсулина, путем фосфорилирования или дефосфорилирования. Например, инсулин оказывает стимулирующий эффект на гликогенобразование, повышая активность гликогенсинтетазы (дефосфорилированием) и ингибируя гликогенфосфорилазу. 2) Эффекты инсулина, как уже упоминалось, могут также модулироваться изменением скорости синтеза ферментов на уровне транскрипции и трансляции. Этот путь включает в себя: фосфорилирование каскада МАР-киназ фосфорилирование с-myc (или c-fos) взаимодействие с-myc (или с-fos) с с-myc(с-fos)-зависимыми элементами ДНК изменение скорости синтеза ферментов. Патологические процессы, связанные с нарушением молекулярных механизмов секреции инсулина и его действия на клеткиС глубокими нарушениями углеводного и жирового обмена у человека связана тяжелейшая эндокринная болезнь сахарный диабет. В настоящее время считают, что в основе патогенеза диабета лежит соче...
Другие файлы:
Молекулярные механизмы секреции инсулина и его действия на клетки
Секреция инсулина контролируется изменениями концентраций циркулирующих в крови нутриентов (глюкозы, аминокислот, жирных кислот), гормонами желудочно-...
Реабилитация при сахарном диабете
Повышение качества жизни больных сахарным диабетом. Расчет состава пищевого рациона. Назначение инсулина, расчет его дозы, распределение инсулина в те...
Биоэнергетика: преобразование энергии в биологических системах и роль нарушений энергетики клетки в патологических процессах
Современные представления о структуре организации электрон-транспортной цепи митохондрий и молекулярные преобразователи в клетках. Роль нарушений энер...
Инсулин как гормон жизни
История открытия инсулина. Строение молекулы препарата. Процесс биосинтеза инсулина, особенности его метаболизма. Биологическое действие лекарства. По...
Молекулярные основы действия антибиотиков
Эта монография, написанная коллективом авторов во главе с одним из основоположников изучения механизма действия антибиотиков, известным английским уче...
