Биохимия на хормона инсулин. Кой орган произвежда инсулин и как, механизъм на действие. Образуване на хормони в организма

(от лат. Инсула- остров) е пептиден хормон, произвеждан в бета клетките на Лангерхансовите острови в панкреаса. Засяга много аспекти на метаболизма в почти всички тъкани. Основният ефект на инсулина е да намали концентрацията на глюкоза в кръвта.

Инсулинът повишава пропускливостта на плазмените мембрани за глюкоза, активира ключовите ензими на гликолизата, стимулира превръщането на глюкозата в гликоген в черния дроб и мускулите и подобрява синтеза на мазнини и протеини. В допълнение, инсулинът инхибира активността на ензимите, които разграждат гликогена и мазнините. Тоест, освен анаболен ефект, инсулинът има и антикатаболен ефект.

Нарушената инсулинова секреция, дължаща се на разрушаване на бета-клетките – абсолютен инсулинов дефицит – е ключов елемент в патогенезата на захарен диабет тип 1. Нарушеното действие на инсулина върху тъканите - относителен инсулинов дефицит - играе важна роля в развитието на захарен диабет тип 2.

Структурата на молекулата на инсулина

Инсулинът е малък протеин с молекулно тегло 5,8 kDa. Състои се от две полипептидни вериги: А (21 аминокиселини) и В (30 аминокиселини). Молекулата на инсулина съдържа три дисулфидни връзки: две от тях свързват А и В веригите, а третата е разположена вътре в А веригата. Говеждият инсулин има следната първична структура:

Структурата на инсулина е останала почти непроменена в еволюцията на висшите гръбначни животни, по-специално позицията на дисулфидните връзки, аминокиселините и карбокси-терминалната област на А-веригата и хидрофобните аминокиселини близо до С-края на В; -вериги са неизменни. Човешкият инсулин се различава от говеждия по две аминокиселинни замени в А-веригата: на 8-ма позиция, треонин вместо аланин, и на 10-та позиция, изолевцин вместо валин. Свинският хормон е дори по-близък до човешкия, той се различава само по една аминокиселина: аланин на 30-та позиция на В-веригата вместо треонин.

В разреден разтвор инсулиновите молекули съществуват в мономерно състояние, като всяка такава молекула се състои от хидрофобно ядро ​​и предимно хидрофилна повърхност, с изключение на две неполярни области. Тези области участват в образуването на димери и хексамери. В концентрирани разтвори, като инжекционни препарати, и кристали, като вътре в секреторни везикули на β-клетки, шест инсулинови мономера заедно с два цинкови атома образуват хексамери. По този начин, след подкожно приложение на инсулин, той се абсорбира в кръвта бавно, тъй като е необходимо допълнително време, за да се дисоциират хексамерите.

Образуване и секреция

Синтез на инсулин в клетката

Инсулинът се синтезира в β-клетките на Лангерхансовите острови на панкреаса. Генът прекурсор на инсулина, препроинсулин, е локализиран при хората на късото рамо на хромозома 11. Съдържа 3 екзона и 2 интрона. Други животни, като мишки, плъхове и три вида риби, имат два инсулинови гена.

Човешкият препроинсулин се състои от 110 аминокиселини: 24 от тях съставляват хидрофобната N-терминална водеща последователност (сигнален пептид), последвана от B-точка, следвана от Arg-Arg последователността, свързващия С-пептид (от англ. Свързващ пептид- със „свързващ пептид“), последователността Lys-Arg и А веригата в С-края. Водещата последователност е необходима за котранслационния транспорт на препроинсулин в лумена на грапавия ендоплазмен ретикулум. След преминаване през мембраната лидерната последователност се отцепва от специална сигнална пептидаза и бързо се разгражда. Полученият проинсулин се състои от 86 аминокиселинни остатъка и няма хормонална активност. В ендоплазмения ретикулум той коагулира и образува три дисулфидни връзки вътре в молекулата.

След образуването на правилната пространствена структура, проинсулинът в транспортните везикули се прехвърля в цис-страни на комплекса Голджи. По време на движение, прохормон от цис- преди транс-Голджи се сортира в отделението на секреторните гранули. Тук, в незрели гранули, проинсулинът е обект на допълнителна модификация, а именно ограничена протеолиза, която започва с действието на две прохормон конвертази (РС2 и РС3). Тези ензими действат специфично върху карбоксикиновата страна на последователност от две положително заредени аминокиселини. Има две такива места в молекулата на проинсулина: Arg31-Arg32 (място на действие на PC2) и между Lys64-Arg65 (място на действие на PC3), където пептидните връзки се разкъсват. Веднага след прохормон конвертазите, карбоксипептидаза-Н проявява ензимна активност, която разцепва основните аминокиселини от образуваните краища. Крайните продукти на протеолизата са инсулинова молекула и С-пептид с дължина 31 аминокиселини. В сравнение с A- и B-веригите на инсулина, C-пептидът е много по-променлив при гръбначните, дължината му варира от 28 (при кравите) до 38 при представителите на семейството на морския дявол.

Зрелите β-клетъчни секреторни везикули съдържат кристален инсулин под формата на хексамери с цинкови атоми и еквимоларни количества С-пептид. Те представляват хормонален пул, предназначен за екзоцитоза в отговор на стимул. Полуживотът на β-гранулите е няколко дни и ако те не отделят съдържанието си, те подлежат на разграждане чрез сливане с лизозоми. При повишена нужда от инсулин в организма, разграждането става по-бавно.

Регулирането на инсулиновия синтез се извършва на няколко нива, по-специално на нивото на транскрипция, пре-mRNA сплайсинг, mRNA разграждане, транслация и пост-транслационна модификация. Най-силният стимулатор на тези процеси е глюкозата, но биосинтезата на проинсулин може да бъде включена и в други захари, аминокиселини, по-специално левцин, междинни продукти на гликолизата, кетонови тела, растежен хормон, глюкагон и някои други фактори.

Секреция на инсулин

Бета клетките на панкреаса, подобно на типичните ендокринни клетки, секретират по-голямата част (95%) от своя основен продукт, инсулин, по регулиран начин. Най-важният активатор на този път е глюкозата. Мембраните на бета клетките постоянно съдържат глюкозните транспортери GLUT2, през които тя може свободно да дифундира. Поради това повишаването на концентрацията на глюкоза в кръвта води до подобно повишаване на нейното ниво в бета клетките. Тук той веднага става субстрат за хексокиназната реакция, чийто продукт е глюкозо-6-фосфат. В инсулин-синтезиращите клетки на панкреаса се експресира един от хексокиназните изоензими - хексокиназа IV или глюкокиназа, характеризираща се с нисък афинитет към субстрата: константата на Михаелис е 10 mm, което надвишава нормалното ниво на кръвната захар (4-; 5 мм). Благодарение на това глюкокиназата може да работи като „сензор за глюкоза“, като се активира само при условия на хипергликемия.

Глюкозо-6-фосфатът влиза в реакции на гликолиза, чиито продукти се окисляват допълнително в митохондриите, което води до образуването на голямо количество АТФ в клетката. Увеличаването на концентрацията на АТФ води до затваряне на АТФ-зависимите калиеви канали. ATP-зависими K+ канали, KATP)в плазмалемата. Поради намаляване на изтичането на калий от клетката, мембраната се деполяризира и това води до отваряне на волтаж-зависими калциеви канали и приток на калций в клетката. Първоначалното повишаване на концентрацията на Ca 2+ йони в цитозола води до тяхното по-нататъшно освобождаване от ендоплазмения ретикулум. Калцият кара оградените с клатрин бета гранули да се слеят от плазмалемата и да освободят съдържанието си в междуклетъчното пространство, откъдето инсулинът навлиза в кръвта през фенестрациите на капилярните стени.

В допълнение към самия АТФ, активността на АТФ-зависимите калиеви канали може да бъде повлияна от други вещества. Тези трансмембранни протеини се състоят от осем субединици: четири идентични на Kir6.2 и четири идентични на SUR1. Първите образуват хидрофилен тунел и са отговорни за чувствителността към АТФ, а вторите са рецептори за сулфонилурея (англ. сулфонилов ureceptor) и може да инактивира канала след свързване с неговия лиганд. По този начин сулфонилуреите активират синтеза на инсулин, поради което се използват перорални хипогликемични лекарства при захарен диабет.

В допълнение към регулирания съществува т. нар. „конститутивен път“ на инсулинова секреция от бета-клетките, който работи при определени заболявания, като инсулином и диабет тип 2. В този случай голямо количество незрял хормон (проинсулин или междинни "разцепени" форми) се освобождава директно от везикули, образувани в ендоплазмения ретикулум.

Регулиране на инсулиновата секреция

Лангерхансовите острови са наблизо инервирани от автономни и пептидергични нервни влакна. Холинергичните окончания на букалния нерв, част от парасимпатиковата нервна система, стимулират секрецията на инсулин, докато адренергичните окончания на симпатиковата нервна система потискат този процес. Други нерви секретират вазоактивен интестинален пептид, който стимулира секрецията на всички хормони на панкреаса, и невропептид Y, който блокира освобождаването на инсулин.

Собствените хормони на панкреаса също влияят върху секрецията на инсулин: глюкагонът я стимулира, а соматостатинът я потиска. В допълнение, инсулинът действа автокринно, като активира транскрипцията на собствения си ген и гена на глюкокиназата.

По време на приема на храна секрецията на инсулин се увеличава не само под въздействието на глюкоза или въглехидрати, но и на аминокиселини, особено левцин и аргинин, някои хормони в храносмилателната система: холецистокинин, глюкозо-зависим инсулинотропен пептид, както и хормони като глюкагон, АКТХ, естроген и др. Също така секрецията на инсулин се засилва чрез повишаване на нивото на калий или калций, свободни мастни киселини в кръвната плазма.

Инкертинов ефект

Инкретиновият ефект е феноменът на освобождаване на значително по-големи количества инсулин в отговор на перорално поглъщане на глюкоза в сравнение с нейното приложение. Хормоните на храносмилателния тракт, секретирани по време на хранене, са отговорни за това явление и усилват стимулираното от глюкозата освобождаване на инсулин. Инкретиновите хормони включват по-специално глюкагоноподобен пептид-1 и стомашен инхибиторен полипептид, първият от които се секретира от L-клетки, а вторият от К-клетки на горната част на тънките черва.

Физиологично действие на инсулина

Ефект на инсулина върху нивата на кръвната захар

Метаболитен ефект	Целева молекула
Усвояване на глюкоза (мускулна и мастна тъкан)	Преносител на глюкоза GLUT4
Усвояване на глюкоза (черен дроб)	Глюкокиназа (свръхекспресия)
Синтез на гликоген (черен дроб и мускули)	Гликоген синтаза
↓ Разграждане на гликоген (черен дроб и мускули)	↓ гликоген фосфорилаза
Гликолиза, производство на ацетил-КоА (черен дроб и мускули)	Фосфофруктокиназа-1 (чрез PFC-2) пируват дехидрогеназен комплекс
Синтез на мастни киселини (черен дроб)	Ацетил-СОА карбоксилаза
Синтез на триацилглицероли (мастна тъкан)	Липопротеинова липаза

Основният физиологичен ефект на инсулина е да намалява кръвната захар, но не се ограничава до това; хормонът влияе и върху метаболизма на протеините и липидите. Един от основните ефекти на инсулина е, че той стимулира повишеното усвояване на глюкоза в мускулите и мастната тъкан, но не засяга този процес в черния дроб, бъбреците и мозъка, чиито клетки могат да транспортират глюкоза дори при липса на хормонална стимулация. Инсулинът също така блокира онези метаболитни пътища, чийто краен продукт е глюкозата, по-специално глюконеогенезата и разграждането на гликогена, и стимулира тези, в които се използва. Първият приоритет в този случай е задоволяването на енергийните нужди, по-специално хода на гликолизата, чийто краен продукт е пируват, и по-нататъшното окисление на пирувата до ацетил-КоА, който може да се използва в цикъла на трикарбоксилната киселина. Останалата част от глюкозата се използва за попълване на запасите от гликоген в черния дроб и мускулите. В черния дроб инсулинът също така стимулира синтеза на мастни киселини с ацетил-КоА; необходимият за това NADPH се произвежда по пътя на пентозофосфата. След това мастните киселини се транспортират под формата на триглицериди до мастната тъкан. Инсулинът също влияе индиректно на метаболизма чрез мозъка. Той засяга ядрата на хипоталамуса по начин, който потиска приема на храна и засилва термогенезата.

В мускулната тъкан инсулинът стимулира усвояването на аминокиселини и синтеза на протеини. Останалата част от аминокиселините се превръща в черния дроб в пируват и ацетил-КоА и се използва за синтеза на мазнини.

Усвояването на калий в клетките също се активира от инсулина. Поради това неговите препарати, заедно с глюкоза, се използват за временно намаляване на хиперкалцемията при пациенти с бъбречна недостатъчност. Точният молекулен механизъм на това действие на инсулина не е ясен, но е известно, че той може да активира Na + / K + -ATPases.

Дългосрочните ефекти на инсулина върху тялото включват ускорен растеж, който се дължи на неговите общи анаболни ефекти и ефекти на съхранение на протеини. Следователно децата с диабет тип 1 изпитват забавяне на растежа. Инсулинът може да стимулира растежа при незрели хипофизектомирани плъхове с почти същата интензивност като растежния хормон, при условие че те консумират големи количества въглехидрати. Известно е също, че в клетъчната култура инсулинът ускорява клетъчното делене, подобно на пептидните растежни фактори, като епидермален растежен фактор, фибробластен растежен фактор и тромбоцитен растежен фактор, и в допълнение може да засили техните биологични ефекти.

Свързани заболявания

Въпреки това, в контекста на разглеждания проблем, трябва да се отбележи специалната роля на инсулина в регулирането на енергийния метаболизъм като цяло, включително метаболизма не само на въглехидратите, но и на мазнините. Това се отнася до механизмите за координирано съхранение и използване на горивни молекули в мастната тъкан, черния дроб и скелетните мускули. След храносмилането на храната в тялото навлиза голямо количество въглехидрати, но концентрацията им в периферната кръв и междуклетъчното пространство поради активирането на отделянето на инсулин не достига критични стойности. Този хормон стимулира притока на глюкоза в инсулинозависимите органи и тъкани и в същото време потиска образуването на ендогенна глюкоза поради потискане на глюконеогенезата и гликогенолизата. Успоредно с това инсулинът стимулира синтеза на гликоген. Инсулинът също има подобен ефект върху метаболизма на мазнините. Това се проявява чрез стимулиране на натрупването на мазнини в мастната тъкан и инхибиране на мобилизирането на мазнини от депото в резултат на активиране на липопротеин липаза от инсулин, помага за пречистване на кръвта от триглицериди и инхибиране на активността на хормон-чувствителната липаза. В същото време инсулинът стимулира навлизането на глюкоза в липоцитите и стимулира синтеза на вътреклетъчни триглицериди, т.е. активира липогенезата. В тази връзка мастната тъкан изпълнява своеобразна буферна функция, като осигурява нормализиране на концентрацията на мазнини в плазмата, особено в постпрандиалния период. В състояние на покой или краткотраен глад концентрацията на инсулин в кръвта намалява, нивото на контринсуларните хормони се повишава и се стимулира функцията на симпатиковата нервна система, което води до мобилизиране на чернодробна глюкоза и активиране на липолизата. с освобождаването на неестерифицирани FFA от адипоцитите в кръвообращението. При тези условия глюкозата се използва предимно от инсулинонезависими тъкани като нервната система и червените кръвни клетки, докато скелетните мускули също получават енергия чрез окисляването на мастни киселини. По време на продължително състояние на глад черният дроб допълнително превръща мастните киселини в кетонови тела и ацетил-КоА в глюкоза. Подобни промени настъпват при физическа активност на тялото, но с увеличаване на притока на глюкоза в мускулите. И така, натрупването и изразходването на мазнини е динамичен процес, който протича по различен начин в зависимост от състоянието на тялото и неговите енергийни нужди. Трябва също така да се отбележи, че инсулинът не е единственият хормон, който регулира енергийния метаболизъм. Съществуват редица противоинсуларни хормони (глюкагон, адреналин, растежен хормон и глюкокортикоиди), чиято активност е насочена към повишаване на концентрацията на глюкоза в кръвообращението. Допълнителен антагонист на инсулина е симпатиковата нервна система, чието стимулиране води до освобождаване на IVF от мастните клетки. Наличието на такъв сложен регулаторен механизъм осигурява възможността за увреждане или намалена чувствителност на тъканите към регулаторни фактори в процесите на натрупване и използване на енергийни ресурси на различни нива.

Използване на инсулин като лекарство

Откриване на ендокринната функция на панкреаса

През 1869 г. в Берлин 22-годишният студент по медицина Лангерханс, използвайки нов микроскоп за изследване на структурата на панкреаса, привлича вниманието към неизвестни преди това групи от клетки, равномерно разпределени в тъканта му. Той не направи никакви предположения за тяхната цел. Едва през 1893 г. Едуард Лагес открива, че те са отговорни за ендокринната функция на панкреаса и ги нарича "островчета на Лангерханс" в чест на откривателя.

През 1889 г. Оскар Минковски и Йозеф фон Меринг изследват функциите на панкреасната жлеза. Те извършиха панкреатомия на здраво куче и в рамките на няколко дни животното започна да проявява симптоми на диабет, включително повишена жажда, повишено производство на урина с високо съдържание на захар, прекомерен прием на храна и загуба на тегло. След известно време изследователите успяха да „излекуват“ кучето чрез трансплантация на панкреатична тъкан под кожата.

Следващата важна стъпка е направена през 1901 г., Юджийн Опи (Юджийн Опи)ясно показа това „Захарният диабет се причинява от разрушаването на островите на панкреаса и се появява само когато тези малки тела са частично или напълно унищожени.“Връзката между захарния диабет и панкреаса беше известна и преди, но дотогава не беше ясно дали диабетът е свързан конкретно с Лангерхансовите острови. Това, както и много други изследвания на патологии на панкреаса, доведоха учени като Jean de Meyer (1909) и Edward Charpy-Schafer (1916) до заключението, че островите на Langenhars трябва да произвеждат вещество с хипогликемичен ефект. Майер го нарече инсулин от лат. Инсула- остров.

Първи опити за изолиране на инсулин

През следващите две десетилетия бяха направени няколко опита да се изолират островните секрети като потенциално лекарство. През 1907 г. Георг Зулцер (Георг Лудвиг Зюлцер)постигна известен успех в понижаването на нивата на кръвната захар при опитни кучета с екстракт от панкреаса и дори успя да спаси един пациент в диабетна кома. Въпреки това, лекарството му имаше тежки странични ефекти, вероятно поради лошо пречистване, което доведе до изоставянето му.

Ърнест Скот, между 1911 и 1912 г. в Чикагския университет, използвал воден екстракт от панкреас и отбелязал „известно подобрение на глюкозурията“, но не успял да убеди своя ръководител във важността на тези изследвания и експериментите скоро били изоставени . Същият ефект е демонстриран от Израел Клайнер в университета Рокфелер през 1919 г., но работата му е прекъсната от избухването на Първата световна война и той не успява да я завърши. Подобна работа, след експерименти във Франция, е публикувана през 1921 г. от Никола Паулеско, професор по физиология в румънския факултет по медицина, и мнозина, особено в Румъния, го смятат за откривателя на инсулина.

Дело на Бантинг и Бест

Повечето от екстрактите от панкреаса, направени от различни изследователи в периода преди 1921 г., имаха същия проблем: те съдържаха много примеси, включително продукти от екзокринната част на жлезата, и причиняваха абсцеси при пациентите. За първи път група учени от университета в Торонто успяха да го изолират и пречистят до ниво, подходящо за използване в терапията на хора през 1921 г.

Фредерик Бантинг след края на Първата световна война работи като ортопедичен хирург и изнася лекции в Университета на Западно Онтарио. Една от темите на тези лекции беше въглехидратният метаболизъм. Докато се запознава с темата, Бантинг прочита работата на д-р Мозес Барън, в която той описва смъртта на екзокринната част на панкреаса в случаите, когато неговият канал е блокиран от камъни. Това му дава идеята за нов метод за изолиране на ендокринните секрети на панкреаса, пише в своите бележки:

С идеята си Бантинг се обръща към Джон Маклауд, професор в университета в Торонто и международно признат изследовател на въглехидратния метаболизъм. Маклауд беше наясно с трудностите, с които са се сблъскали предишни изследователи, опитвайки се да изолират лечебен екстракт от панкреаса, но вярваше, че дори отрицателен резултат от работата на Бантинг би бил полезен и затова се съгласи да му предостави лабораторно пространство, експериментални кучета и един помощник. Двама студенти по физиология, Чарлз Бест и Кларк Нобъл, кандидатстваха за ролята на асистент. За да решат кой от тях ще помогне на Бантинг, те хвърлиха монета. Въпреки че беше широко разпространено мнението, че Бест е спечелил, неговият познат Робърт УОЛ настоя, че той е загубил, защото никой от студентите не иска да работи с меланхоличния, раздразнителен Бънтинг.

През лятото на 1921 г. Бантинг и Бест започват своите експерименти и след кратко забавяне панкреасът атрофира. Екстрактът се получава по следния начин: тъканта се нарязва на парчета, стрива се в хаван и разтворът се филтрира, след което се прилага на кучета с диабет. Въпреки че успяха да намалят нивото на глюкозата в кръвта на животните, Бантинг и Бест се сблъскаха със същия проблем като техните предшественици: стерилен абсцес, развит на мястото на инжектиране и обща интоксикация. През късното лято и есента на 1921 г. те откриват, че екстракт от атрофирал панкреас на кучета няма предимство пред екстракт от фетални жлези на телета от кланицата. И така те започнаха да използват тази тъкан, която беше много по-лесна за получаване.

В края на 1921 г. Маклауд кани биохимика Джеймс Колип да се присъедини към групата на Бантинг и Бест и да работи върху нови методи за пречистване на екстракта. Collipom се съгласи и впоследствие също показа, че екстрактът от панкреаса стимулира отлагането на гликоген в черния дроб, намалява кетоацидозата при животни с диабет и намалява нивата на кръвната захар при здрави животни. След това той използва нормални зайци, а не панкреатични кучета, за да тества лекарството. През ноември 1921 г. Бантинг и Маклауд присъстват на среща на Американското физиологично дружество, където представят своите резултати.

На 11 януари 1922 г. Бантинг и Бест за първи път тестват един от активните екстракти от телешки панкреас, който на английски наричат ​​„айлетин“. остров- остров, на пациента - 14-годишният Леонарди Томпсън. Той беше инжектиран с 7,5 ml от лекарството във всеки глутеален мускул и получи очаквания резултат: нивото на глюкозата в кръвта намаля, но се разви абсцес и общо отравяне. Няколко седмици след този провал Collipom докладва на Banting, че най-накрая е успял да получи нетоксичен екстракт, но не желае да разкрие подробности за процеса (вероятно се надява на бъдещ патент), което почти доведе до битка между изследователите.

Collip MacLeod дава на новия екстракт името „инсулин“ (вероятно без да знае, че същото име е използвано от Meyer 1909). Тестван е на 23 януари при същия пациент. Този път лечението е успешно: нивата на кръвната захар на Thompson падат от 520 на 120 mg/dL и не се наблюдават странични ефекти. Но по-късно се оказа, че Collipom е забравил протокола за приготвяне на инсулин. През следващите няколко седмици, с помощта на Eli Lilly, той се опитва да преоткрие метода, което най-накрая успява.

Сред първите пациенти, лекувани от Бантинг и Бест, е Елизабет Хюз, дъщеря на държавния секретар Чарлз Хюз. Тя описа промяната в здравето си след инсулиновата инжекция като „неописуемо чудесна“. Известните диабетолози от онова време Елиът Джослин и Фредерик Алън също са изумени от силата на новото лекарство. Описвайки впечатленията си, Джослин сравнява действието на инсулина със сцена от библейския Ез. 37:1-10:

Ръката на Господа беше върху мен и Господ ме изведе в духа и ме постави в средата на полето, което беше пълно с кости... бяха много сухи и ми каза: „Сине на човека!“ Ще оживеят ли тези кости? Казах: Господи Боже! Ти знаеш И ми каза: пророкувай върху костите и им кажи: Костите са сухи! Чуйте словото Господне...Пророчество според заповедта. И шумът спря, когато предсказах, и ето, имаше рев, кости се събираха, кост до кост. И видях, и ето, те живееха върху тях, и плътта растеше, и кожата беше опъната върху тях отгоре, но нямаше дух в тях. И той ми каза: Пророкувай на духа, сине човешки, и кажи на духа: Така казва Господ Бог: Ела, духо, от четирите ветрища и духни върху тези убити, и те ще оживеят пророкувах, както ми заповяда, и влязох в духа им, и те оживяха и се изправиха на краката си, много, много големи...

За революционното откритие на инсулина Маклауд и Бантинг са удостоени с Нобелова награда за физиология или медицина през 1923 г. Бънтинг първоначално беше много възмутен, че неговият асистент Бест не беше номиниран за наградата заедно с него и отначало дори решително отказа наградата, но след това все пак се съгласи да приеме наградата и тържествено сподели своя дял с Бест. Маклауд направи същото, разделяйки наградата си според Колип. Патентът за производството на телешки инсулин е получен от Бест и Колип, като немедицински членове на групата, тъй като участието на лекари в търговските дела се счита за неетично. Те възлагат патента на университета в Торонто, който го лицензира на много медицински фирми по света. По-специално, в САЩ фармацевтичната компания Eli Lilly получи правото да произвежда инсулин в Европа, компанията, основана в Дания, Август Крог, стана най-големият производител.

Изследване на структурата на инсулина

Инсулинът беше първата протеинова молекула, за която аминокиселинната последователност, тоест първичната структура, беше напълно установена. Тази работа е извършена през 1953 г. от британския молекулярен биолог Sanger, за което той получава Нобелова награда за химия през 1958 г. И почти 40 години по-късно Дороти Кроуфут Ходжкин, използвайки метода на рентгенова дифракция, определи пространствената структура (третична структура) на молекулата на инсулина. Работата й е удостоена и с Нобелова награда.

От 80-те години на миналия век човешкият инсулин се създава чрез генно инженерство с помощта на клетки от E. coli или бирена мая.

Инсулин (от лат. инсула- остров) е протеиново-пептиден хормон, произвеждан от β-клетките на Лангерхансовите острови в панкреаса. При физиологични условия в β-клетките инсулинът се образува от препроинсулин, едноверижен прекурсорен протеин, състоящ се от 110 аминокиселинни остатъка. След като бъде транспортиран през грапавата мембрана на ендоплазмения ретикулум, сигнален пептид от 24 аминокиселини се разцепва от препроинсулин, за да образува проинсулин. Дългата верига от проинсулин в апарата на Голджи е пакетирана в гранули, където четири основни аминокиселинни остатъка се разцепват чрез хидролиза, за да образуват инсулин и С-терминален пептид (физиологичната функция на С-пептида е неизвестна).

Молекулата на инсулина се състои от две полипептидни вериги. Единият от тях съдържа 21 аминокиселинни остатъка (верига А), вторият - 30 аминокиселинни остатъка (верига Б). Веригите са свързани с два дисулфидни моста. Третият дисулфиден мост се образува във верига А. Общото молекулно тегло на инсулиновата молекула е около 5700. Аминокиселинната последователност на инсулина се счита за консервативна. Повечето видове имат един инсулинов ген, кодиращ един протеин. Изключение правят плъховете и мишките (те имат два инсулинови гена), те произвеждат два инсулина, които се различават по два аминокиселинни остатъка на B-веригата.

Първичната структура на инсулина при различни биологични видове, вкл. и сред различните бозайници, варира донякъде. Най-близката структура до човешкия инсулин е свинският инсулин, който се различава от човешкия инсулин по една аминокиселина (в своята В верига вместо аминокиселинния остатък треонин съдържа аланинов остатък). Говеждият инсулин се различава от човешкия по три аминокиселинни остатъка.

Историческа справка.През 1921 г. Фредерик Г. Бантинг и Чарлз Г. Бест, работещи в лабораторията на Джон Дж. Р. Маклауд в Университета на Торонто, изолират екстракт от панкреаса (по-късно установено, че съдържа аморфен инсулин), който понижава нивата на кръвната захар при кучета с експериментални захарен диабет. През 1922 г. екстракт от панкреаса е приложен на първия пациент, 14-годишния Леонард Томпсън, диабетик, и по този начин спасява живота му. През 1923 г. Джеймс Б. Колип разработва метод за пречистване на екстракта, изолиран от панкреаса, което впоследствие прави възможно получаването на активни екстракти от панкреаса на прасета и говеда, които дават възпроизводими резултати. През 1923 г. Бантинг и Маклауд са удостоени с Нобелова награда за физиология или медицина за откриването на инсулина. През 1926 г. J. Abel и V. Du Vigneault получават кристален инсулин. През 1939 г. инсулинът е одобрен за първи път от FDA (Администрация по храните и лекарствата). Фредерик Сангер напълно дешифрира аминокиселинната последователност на инсулина (1949-1954 г.) През 1958 г. Сангер получава Нобелова награда за работата си по дешифрирането на структурата на протеините, особено на инсулина. През 1963 г. е синтезиран изкуствен инсулин. Първият рекомбинантен човешки инсулин е одобрен от FDA през 1982 г. Бързодействащ инсулинов аналог (инсулин лиспро) е одобрен от FDA през 1996 г.

Механизъм на действие.При осъществяването на ефектите на инсулина водеща роля играе взаимодействието му със специфични рецептори, локализирани върху плазмената мембрана на клетката и образуването на инсулин-рецепторен комплекс. В комбинация с инсулиновия рецептор, инсулинът навлиза в клетката, където влияе върху процесите на фосфорилиране на клетъчните протеини и предизвиква множество вътреклетъчни реакции.

При бозайниците инсулиновите рецептори се намират в почти всички клетки - както в класическите инсулинови прицелни клетки (хепатоцити, миоцити, липоцити), така и в кръвните клетки, мозъка и половите жлези. Броят на рецепторите на различни клетки варира от 40 (еритроцити) до 300 хиляди (хепатоцити и липоцити). Инсулинът се синтезира и разгражда непрекъснато, полуживотът му е 7-12 часа.

Инсулиновият рецептор е голям трансмембранен гликопротеин, състоящ се от две α-субединици с молекулно тегло 135 kDa (всяка съдържаща 719 или 731 аминокиселинни остатъка, в зависимост от сплайсинга на иРНК) и две β-субединици с молекулно тегло 95 kDa (всеки съдържа 620 аминокиселинни остатъка). Субединиците са свързани една с друга чрез дисулфидни връзки и образуват хетеротетрамерна β-α-α-β структура. Алфа субединиците са разположени извънклетъчно и съдържат инсулин-свързващи места, като са разпознаващата част на рецептора. Бета субединиците образуват трансмембранен домен, имат тирозин киназна активност и изпълняват функции на сигнална трансдукция. Свързването на инсулин с α-субединиците на инсулиновия рецептор води до стимулиране на тирозинкиназната активност на β-субединиците чрез автофосфорилиране на техните тирозинови остатъци, агрегиране на α,β-хетеродимери и бързо интернализиране на комплексите хормон-рецептор. Активираният инсулинов рецептор отключва каскада от биохимични реакции, вкл. фосфорилиране на други протеини в клетката. Първата от тези реакции е фосфорилирането на четири протеина, наречени инсулинови рецепторни субстрати - IRS-1, IRS-2, IRS-3 и IRS-4.

Фармакологични ефекти на инсулина.Инсулинът засяга почти всички органи и тъкани. Основните му цели обаче са черният дроб, мускулите и мастната тъкан.

Ендогенният инсулин е най-важният регулатор на въглехидратния метаболизъм, екзогенният инсулин е специфичен агент за понижаване на захарта. Ефектът на инсулина върху въглехидратния метаболизъм се дължи на факта, че той подобрява транспортирането на глюкоза през клетъчната мембрана и нейното използване от тъканите и насърчава превръщането на глюкозата в гликоген в черния дроб. Освен това инсулинът инхибира ендогенното производство на глюкоза чрез потискане на гликогенолизата (разграждането на гликогена до глюкоза) и глюконеогенезата (синтеза на глюкоза от невъглехидратни източници - например от аминокиселини, мастни киселини). В допълнение към хипогликемичния, инсулинът има редица други ефекти.

Ефектът на инсулина върху метаболизма на мазнините се проявява в инхибирането на липолизата, което води до намаляване на потока на свободни мастни киселини в кръвта. Инсулинът предотвратява образуването на кетонови тела в тялото. Инсулинът засилва синтеза на мастни киселини и последващата им естерификация.

Инсулинът участва в протеиновия метаболизъм: увеличава транспорта на аминокиселини през клетъчната мембрана, стимулира синтеза на пептиди, намалява консумацията на протеини от тъканите и инхибира превръщането на аминокиселините в кетокиселини.

Действието на инсулина е придружено от активиране или инхибиране на редица ензими: стимулират се гликоген синтетаза, пируват дехидрогеназа, хексокиназа, инхибират се липази (както хидролизиращи липиди от мастната тъкан, така и липопротеин липаза, което намалява "мътността" на кръвния серум след хранене богата на мазнини храна).

Във физиологичната регулация на биосинтезата и секрецията на инсулин от панкреаса основната роля играе концентрацията на глюкоза в кръвта: когато съдържанието й се увеличи, секрецията на инсулин се увеличава, а когато намалява, се забавя. В допълнение към глюкозата, секрецията на инсулин се влияе от електролити (особено Ca 2+ йони), аминокиселини (включително левцин и аргинин), глюкагон и соматостатин.

Фармакокинетика.Инсулиновите препарати се прилагат подкожно, интрамускулно или интравенозно (венозно се прилагат само краткодействащи инсулини и само при диабетна прекома и кома). Инсулиновите суспензии не трябва да се прилагат интравенозно. Температурата на прилагания инсулин трябва да бъде стайна, т.к студеният инсулин се абсорбира по-бавно. Най-оптималният метод за продължителна инсулинова терапия в клиничната практика е подкожното приложение.

Пълнотата на абсорбция и началото на действието на инсулина зависи от мястото на инжектиране (обикновено инсулинът се инжектира в корема, бедрата, задните части, горната част на ръцете), дозата (обемът на въведения инсулин), концентрацията на инсулин в лекарството и др.

Скоростта на абсорбция на инсулин в кръвта от мястото на подкожно инжектиране зависи от редица фактори - вида на инсулина, мястото на инжектиране, скоростта на локалния кръвен поток, локалната мускулна активност, количеството на въведения инсулин (това е препоръчва се да се прилагат не повече от 12-16 единици от лекарството на едно място). Инсулинът навлиза в кръвта най-бързо от подкожната тъкан на предната коремна стена, по-бавно от областта на раменете, предната част на бедрото и още по-бавно от подлопатката и седалището. Това се дължи на степента на васкуларизация на подкожната мастна тъкан на изброените области. Профилът на действие на инсулина е обект на значителни колебания както между различните хора, така и в рамките на едно и също лице.

В кръвта инсулинът се свързва с алфа и бета глобулини, обикновено 5-25%, но свързването може да се увеличи по време на лечението поради появата на серумни антитела (производството на антитела срещу екзогенен инсулин води до инсулинова резистентност; при използване на съвременни високопречистени лекарства инсулинова резистентност се появява рядко). T1/2 от кръвта е по-малко от 10 минути. По-голямата част от инсулина, който навлиза в кръвния поток, претърпява протеолитичен разпад в черния дроб и бъбреците. Бързо се елиминира от тялото чрез бъбреците (60%) и черния дроб (40%); по-малко от 1,5% се екскретира непроменен в урината.

Използваните в момента инсулинови препарати се различават по много начини, включително по източник на произход, продължителност на действие, pH на разтвора (киселинно и неутрално), наличие на консерванти (фенол, крезол, фенол-крезол, метилпарабен), концентрация на инсулин - 40, 80, 100, 200, 500 U/ml.

Класификация.Инсулините обикновено се класифицират по произход (говежди, свински, човешки и аналози на човешки инсулин) и продължителност на действие.

В зависимост от източника на производство има инсулини от животински произход (основно свински инсулинови препарати), полусинтетични човешки инсулинови препарати (получени от свински инсулин чрез ензимна трансформация) и генетично модифицирани човешки инсулинови препарати (рекомбинантна ДНК, получена чрез генно инженерство). ).

За медицинска употреба преди това инсулинът се е получавал главно от панкреаса на говедата, след това от панкреаса на свинете, като се има предвид, че свинският инсулин е по-близо до човешкия. Тъй като говеждият инсулин, който се различава от човешкия инсулин в три аминокиселини, доста често причинява алергични реакции, той практически не се използва днес. Свинският инсулин, който се различава от човешкия по една аминокиселина, е по-малко вероятно да причини алергични реакции. Ако инсулиновите препарати не са достатъчно пречистени, може да има примеси (проинсулин, глюкагон, соматостатин, протеини, полипептиди), които могат да причинят различни нежелани реакции. Съвременните технологии позволяват получаването на пречистени (монопикови - хроматографски пречистени за изолиране на "пика" на инсулина), високо пречистени (монокомпонентни) и кристализирани инсулинови препарати. Сред инсулиновите препарати от животински произход се предпочита монопиковият инсулин, получен от панкреаса на прасетата. Инсулинът, получен с помощта на методи на генно инженерство, напълно съответства на аминокиселинния състав на човешкия инсулин.

Инсулиновата активност се определя чрез биологичен метод (чрез способността му да понижава нивата на кръвната захар при зайци) или чрез физикохимичен метод (чрез хартиена електрофореза или хартиена хроматография). Една единица действие, или международна единица, е активността на 0,04082 mg кристален инсулин. Човешкият панкреас съдържа до 8 mg инсулин (приблизително 200 единици).

Инсулиновите препарати въз основа на продължителността на тяхното действие се разделят на лекарства с кратко и ултра кратко действие - имитират нормалната физиологична секреция на инсулин от панкреаса в отговор на стимулация, лекарства със средно действие и лекарства с продължително действие - имитират базалната (фонова) секреция на инсулин, както и комбинирани лекарства (комбинират и двете действия) .

Разграничават се следните групи:

(хипогликемичният ефект се развива 10-20 минути след подкожно приложение, пикът на действие се постига средно след 1-3 часа, продължителността на действие е 3-5 часа):

Инсулин лиспро (Humalog);

Инсулин аспарт (NovoRapid Penfill, NovoRapid FlexPen);

Инсулин глулизин (Apidra).

Краткодействащи инсулини(начало на действие обикновено след 30-60 минути; максимално действие след 2-4 часа; продължителност на действие до 6-8 часа):

Разтворим инсулин [човешки генетично модифициран] (Actrapid HM, Gensulin R, Rinsulin R, Humulin Regular);

Разтворим инсулин [човешки полусинтетичен] (Biogulin R, Humodar R);

Разтворим инсулин [свински монокомпонентен] (Actrapid MS, Monodar, Monosulin MK).

Инсулинови препарати с продължително действие- включват лекарства със средносрочно действие и лекарства с продължително действие.

(начало след 1,5-2 часа; пик след 3-12 часа; продължителност 8-12 часа):

Инсулин изофан [човешки генетично модифициран] (Biosulin N, Gansulin N, Gensulin N, Insuman Bazal GT, Insuran NPH, Protafan NM, Rinsulin NPH, Humulin NPH);

Инсулин-изофан [човешки полусинтетичен] (Biogulin N, Humodar B);

Инсулин-изофан [свински монокомпонентен] (Monodar B, Protafan MS);

Суспензионно съединение инсулин-цинк (Monotard MS).

Дългодействащи инсулини(начало след 4-8 часа; пик след 8-18 часа; обща продължителност 20-30 часа):

Инсулин гларжин (Lantus);

Инсулин детемир (Levemir Penfill, Levemir FlexPen).

Комбинирани инсулинови препарати(двуфазни лекарства) (хипогликемичният ефект започва 30 минути след подкожно приложение, достига максимум след 2-8 часа и продължава до 18-20 часа):

Бифазен инсулин [човешки полусинтетичен] (Biogulin 70/30, Humodar K25);

Двуфазен инсулин [човешки генетично модифициран] (Gansulin 30R, Gensulin M 30, Insuman Comb 25 GT, Mixtard 30 NM, Humulin M3);

Двуфазен инсулин аспарт (NovoMix 30 Penfill, NovoMix 30 FlexPen).

Ултра-късодействащи инсулини- аналози на човешкия инсулин. Известно е, че ендогенният инсулин в β-клетките на панкреаса, както и хормоналните молекули в произведени краткодействащи инсулинови разтвори, са полимеризирани и представляват хексамери. При подкожно приложение хексамерните форми се абсорбират бавно и не може да се създаде пикова концентрация на хормона в кръвта, подобна на тази при здрав човек след хранене. Първият краткодействащ аналог на инсулина, който се абсорбира от подкожната тъкан 3 пъти по-бързо от човешкия инсулин, беше инсулин лиспро. Инсулин лиспро е производно на човешки инсулин, получено чрез пренареждане на два аминокиселинни остатъка в инсулиновата молекула (лизин и пролин в позиции 28 и 29 на В веригата). Модификацията на инсулиновата молекула нарушава образуването на хексамери и осигурява бързо освобождаване на лекарството в кръвта. Почти веднага след подкожно приложение в тъканите, молекулите на инсулин лиспро под формата на хексамери бързо се дисоциират в мономери и навлизат в кръвта. Друг инсулинов аналог, инсулин аспарт, е създаден чрез заместване на пролин в позиция B28 с отрицателно заредена аспарагинова киселина. Подобно на инсулин лиспро, след подкожно приложение той също бързо се разгражда на мономери. В инсулин глулизин заместването на аминокиселината аспарагин на човешкия инсулин на позиция B3 с лизин и лизин на позиция B29 с глутаминова киселина също насърчава по-бързото усвояване. Бързодействащите инсулинови аналози могат да се прилагат непосредствено преди или след хранене.

Краткодействащи инсулини(те се наричат ​​също разтворими) са разтвори в буфер с неутрални стойности на рН (6,6-8,0). Те са предназначени за подкожно, по-рядко интрамускулно приложение. При необходимост се прилагат и интравенозно. Те имат бърз и сравнително краткотраен хипогликемичен ефект. Ефектът след подкожно инжектиране настъпва след 15-20 минути, достигайки максимум след 2 часа; общата продължителност на действие е приблизително 6 часа. Използват се предимно в болницата за установяване на необходимата доза инсулин на пациента, както и когато е необходим бърз (спешен) ефект - при диабетна кома и прекома. При интравенозно приложение T1/2 е 5 минути, следователно при диабетна кетоацидотична кома инсулинът се прилага интравенозно. Краткодействащите инсулинови препарати се използват и като анаболни средства и се предписват като правило в малки дози (4-8 единици 1-2 пъти на ден).

Инсулини с междинно действиепо-малко разтворими, абсорбират се по-бавно от подкожната тъкан, в резултат на което имат по-дълготраен ефект. Дългосрочният ефект на тези лекарства се постига чрез наличието на специален пролонгатор - протамин (изофан, протафан, базал) или цинк. Забавянето на инсулиновата абсорбция в препарати, съдържащи инсулин-цинкова композитна суспензия, се дължи на наличието на цинкови кристали. NPH инсулин (неутрален протамин Hagedorn или изофан) е суспензия, състояща се от инсулин и протамин (протаминът е протеин, изолиран от рибено мляко) в стехиометрично съотношение.

Към дългодействащи инсулиниинсулин гларжин е аналог на човешки инсулин, получен чрез ДНК рекомбинантна технология - първият инсулинов препарат, който няма изразен пик на действие. Инсулин гларжин се произвежда чрез две модификации в инсулиновата молекула: заместване на А веригата (аспарагин) с глицин в позиция 21 и добавяне на два аргининови остатъка към С-края на В веригата. Лекарството е бистър разтвор с рН 4. Киселинното рН стабилизира инсулиновите хексамери и осигурява дълготрайна и предвидима абсорбция на лекарството от подкожната тъкан. Въпреки това, поради киселинното си pH, инсулин гларжин не може да се комбинира с краткодействащи инсулини, които имат неутрално pH. Единична доза инсулин гларжин осигурява 24-часов гликемичен контрол без пикови стойности. Повечето инсулинови препарати имат т.нар “пиково” действие, наблюдавано, когато концентрацията на инсулин в кръвта достигне своя максимум. Инсулин гларжин няма ясно изразен пик, тъй като се освобождава в кръвта с относително постоянна скорост.

Дългодействащите инсулинови препарати се предлагат в различни лекарствени форми, които имат хипогликемичен ефект с различна продължителност (от 10 до 36 часа). Продължителният ефект ви позволява да намалите броя на ежедневните инжекции. Обикновено се произвеждат под формата на суспензии, които се прилагат само подкожно или интрамускулно. При диабетна кома и прекоматозни състояния не се използват лекарства с продължително действие.

Комбинирани инсулинови препаратиса суспензии, състоящи се от неутрален разтворим инсулин с кратко действие и инсулин изофан (средно действащ) в определени пропорции. Тази комбинация от инсулини с различна продължителност на действие в един препарат позволява на пациента да се спестят две инжекции, когато се използват лекарствата поотделно.

Показания.Основното показание за приложение на инсулин е захарен диабет тип 1, но при определени състояния се предписва и при захарен диабет тип 2, вкл. с резистентност към перорални хипогликемични средства, с тежки съпътстващи заболявания, в подготовка за хирургични интервенции, диабетна кома, с диабет при бременни жени. Инсулините с кратко действие се използват не само при захарен диабет, но и при някои други патологични процеси, например при общо изтощение (като анаболен агент), фурункулоза, тиреотоксикоза, стомашни заболявания (атония, гастроптоза), хроничен хепатит, начални форми. при цироза на черния дроб, както и при някои психични заболявания (прилагане на големи дози инсулин - т.нар. хипогликемична кома); понякога се използва като компонент на "поляризиращи" разтвори, използвани за лечение на остра сърдечна недостатъчност.

Инсулинът е основното специфично лечение на захарния диабет. Лечението на захарния диабет се извършва по специално разработени схеми с инсулинови препарати с различна продължителност на действие. Изборът на лекарство зависи от тежестта и характеристиките на хода на заболяването, общото състояние на пациента и скоростта на настъпване и продължителността на хипогликемичния ефект на лекарството.

Всички инсулинови препарати се използват при задължително спазване на диетичен режим с ограничаване на енергийната стойност на храната (от 1700 до 3000 kcal).

При определяне на дозата инсулин те се ръководят от нивото на гликемия на празен стомах и през деня, както и от нивото на глюкозурия през деня. Окончателният избор на дозата се извършва под контрола на намаляване на хипергликемията, глюкозурията, както и общото състояние на пациента.

Противопоказания.Инсулинът е противопоказан при заболявания и състояния, свързани с хипогликемия (например инсулином), остри заболявания на черния дроб, панкреаса, бъбреците, язва на стомаха и дванадесетопръстника, декомпенсирани сърдечни дефекти, остра коронарна недостатъчност и някои други заболявания.

Употреба по време на бременност.Основното медицинско лечение на захарен диабет по време на бременност е инсулиновата терапия, която се провежда под строго наблюдение. При захарен диабет тип 1 лечението с инсулин продължава. При захарен диабет тип 2 пероралните хипогликемични средства се спират и се провежда диетична терапия.

Гестационният захарен диабет (диабет при бременни жени) е нарушение на въглехидратния метаболизъм, което се появява за първи път по време на бременност. Гестационният захарен диабет е придружен от повишен риск от перинатална смъртност, честота на вродени деформации, както и риск от прогресия на диабета 5-10 години след раждането. Лечението на гестационния захарен диабет започва с диетична терапия. Ако диетата е неефективна, се използва инсулин.

За пациенти с предшестващ или гестационен захарен диабет е важно да се поддържа адекватна регулация на метаболитните процеси през цялата бременност. Нуждата от инсулин може да намалее през първия триместър на бременността и да се увеличи през втория и третия триместър. По време и веднага след раждането нуждата от инсулин може рязко да намалее (рискът от хипогликемия се увеличава). При тези състояния е от съществено значение внимателното проследяване на нивата на кръвната захар.

Инсулинът не преминава плацентарната бариера. Въпреки това, майчините IgG антитела срещу инсулин преминават през плацентата и има вероятност да причинят хипергликемия в плода чрез неутрализиране на секретирания от него инсулин. От друга страна, нежеланата дисоциация на комплексите инсулин-антитяло може да доведе до хиперинсулинемия и хипогликемия в плода или новороденото. Доказано е, че преходът от говежди/свински инсулинови препарати към монокомпонентни препарати е придружен от намаляване на титъра на антителата. В тази връзка по време на бременност се препоръчва да се използват само човешки инсулинови препарати.

Инсулиновите аналози (подобно на други наскоро разработени средства) се използват с повишено внимание по време на бременност, въпреки че няма надеждни доказателства за неблагоприятни ефекти. В съответствие с общоприетите препоръки на FDA (Администрация по храните и лекарствата), които определят възможността за употреба на лекарства по време на бременност, инсулиновите препарати за техния ефект върху плода принадлежат към категория B (проучванията за репродукция при животни не показват никакви неблагоприятни ефекти върху плода и не са провеждани адекватни и строго контролирани проучвания при бременни жени жени), или категория C (проучванията върху репродукцията при животни са разкрили неблагоприятен ефект върху плода и не са провеждани адекватни и строго контролирани проучвания при бременни жени, но потенциалните ползи, свързани с употребата на лекарството при бременни жени, могат да оправдаят употребата му, въпреки възможния риск). Така инсулин лиспро принадлежи към клас В, а инсулин аспарт и инсулин гларжин принадлежат към клас С.

Усложнения на инсулиновата терапия. Хипогликемия.Въвеждането на твърде високи дози, както и липсата на прием на въглехидрати от храната, могат да причинят нежелано хипогликемично състояние; може да се развие хипогликемична кома със загуба на съзнание, конвулсии и потискане на сърдечната дейност. Хипогликемия може също да се развие поради допълнителни фактори, които повишават инсулиновата чувствителност (напр. надбъбречна недостатъчност, хипопитуитаризъм) или увеличават усвояването на глюкоза от тъканите (упражнение).

Ранните симптоми на хипогликемия, които до голяма степен са свързани с активиране на симпатиковата нервна система (адренергични симптоми), включват тахикардия, студена пот, треперене, с активиране на парасимпатиковата система - силен глад, гадене и усещане за изтръпване на устните и езика . При първите признаци на хипогликемия са необходими спешни мерки: пациентът трябва да изпие сладък чай или да изяде няколко бучки захар. При хипогликемична кома 40% разтвор на глюкоза се инжектира във вената в количество от 20-40 ml или повече, докато пациентът излезе от кома (обикновено не повече от 100 ml). Хипогликемията може също да бъде облекчена чрез интрамускулно или подкожно приложение на глюкагон.

Качване на теглос инсулинова терапия е свързано с елиминиране на глюкозурия, увеличаване на действителното съдържание на калории в храната, повишаване на апетита и стимулиране на липогенезата под въздействието на инсулин. При спазване на принципите на рационалното хранене този страничен ефект може да бъде избегнат.

Използването на съвременни високопречистени хормонални препарати (особено генно-инженерни препарати на човешки инсулин) сравнително рядко води до развитие на инсулинова резистентности явления алергии, но такива случаи не са изключени. Развитието на остра алергична реакция изисква незабавна десенсибилизираща терапия и заместване на лекарството. Ако се развие реакция към говежди/свински инсулинови препарати, те трябва да бъдат заменени с човешки инсулинови препарати. Локалните и системните реакции (сърбеж, локален или системен обрив, образуване на подкожни възли на мястото на инжектиране) са свързани с недостатъчно пречистване на инсулина от примеси или с използването на говежди или свински инсулин, който се различава по аминокиселинна последователност от човешкия инсулин.

Най-честите алергични реакции са кожни реакции, медиирани от IgE антитела. Рядко се наблюдават системни алергични реакции и инсулинова резистентност, медиирана от IgG антитела.

Зрителни увреждания.Преходните нарушения на рефракцията на окото се появяват в самото начало на инсулиновата терапия и изчезват сами след 2-3 седмици.

оток.В първите седмици от терапията се появяват и преходни отоци на краката поради задържане на течности в организма, т.нар. инсулинов оток.

Местните реакции включват липодистрофияна мястото на многократни инжекции (рядко усложнение). Различават се липоатрофия (изчезване на подкожни мастни натрупвания) и липохипертрофия (увеличени подкожни мастни натрупвания). Тези две състояния са от различен характер. Липоатрофията, имунологична реакция, причинена главно от прилагането на лошо пречистени инсулинови препарати от животински произход, практически не се среща в момента. Липохипертрофията се развива и при използване на високо пречистени препарати от човешки инсулин и може да възникне при нарушаване на техниката на приложение (студен препарат, проникване на алкохол под кожата), както и поради анаболния локален ефект на самото лекарство. Липохипертрофията създава козметичен дефект, който е проблем за пациентите. В допълнение, поради този дефект, абсорбцията на лекарството е нарушена. За да се предотврати развитието на липохипертрофия, се препоръчва постоянно да се променят местата на инжектиране в една и съща област, като се оставя разстояние от най-малко 1 cm между две пункции.

Могат да се появят локални реакции като болка на мястото на инжектиране.

Взаимодействие.Инсулиновите лекарства могат да се комбинират помежду си. Много лекарства могат да причинят хипо- или хипергликемия или да променят реакцията на пациент с диабет към лечението. Трябва да се има предвид взаимодействието, което е възможно, когато инсулинът се използва едновременно с други лекарства. Алфа-адренергичните блокери и бета-адренергичните агонисти повишават секрецията на ендогенен инсулин и засилват ефекта на лекарството. Хипогликемичният ефект на инсулина се засилва от перорални хипогликемични средства, салицилати, МАО инхибитори (включително фуразолидон, прокарбазин, селегилин), АСЕ инхибитори, бромокриптин, октреотид, сулфонамиди, анаболни стероиди (особено оксандролон, метандиенон) и андрогени (увеличават чувствителността на тъканите към инсулин и повишаване на резистентността на тъканите към глюкагон, което води до хипогликемия, особено в случай на инсулинова резистентност, може да се наложи намаляване на дозата на инсулина), аналози на соматостатин, гванетидин, дизопирамид, клофибрат, кетоконазол, литиеви препарати, мебендазол, пентамидин, пиридоксин; , пропоксифен, фенилбутазон, флуоксетин, теофилин, фенфлурамин, литиеви препарати, калциеви препарати, тетрациклини. Хлорохинът, хинидинът и хининът намаляват разграждането на инсулина и могат да повишат концентрациите на инсулин в кръвта и да увеличат риска от хипогликемия.

Инхибиторите на карбоанхидразата (особено ацетазоламид), като стимулират β-клетките на панкреаса, насърчават освобождаването на инсулин и повишават чувствителността на рецепторите и тъканите към инсулин; Въпреки че едновременната употреба на тези лекарства с инсулин може да увеличи хипогликемичния ефект, ефектът може да бъде непредсказуем.

Редица лекарства причиняват хипергликемия при здрави хора и влошават хода на заболяването при пациенти с диабет. Хипогликемичният ефект на инсулина се отслабва от: антиретровирусни лекарства, аспарагиназа, орални хормонални контрацептиви, глюкокортикоиди, диуретици (тиазид, етакринова киселина), хепарин, Н2 рецепторни антагонисти, сулфинпиразон, трициклични антидепресанти, добутамин, изониазид, калцитонин, ниацин, симпатикомиметици, даназол , ding , CCB, диазоксид, морфин, фенитоин, соматотропин, тиреоидни хормони, фенотиазинови производни, никотин, етанол.

Глюкокортикоидите и епинефринът имат обратен ефект на инсулина върху периферните тъкани. Следователно, дългосрочната употреба на системни глюкокортикоиди може да причини хипергликемия, включително захарен диабет (стероиден диабет), който може да се появи при приблизително 14% от пациентите, приемащи системни кортикостероиди в продължение на няколко седмици или при продължителна употреба на локални кортикостероиди. Някои лекарства инхибират секрецията на инсулин директно (фенитоин, клонидин, дилтиазем) или чрез намаляване на калиеви резерви (диуретици). Хормоните на щитовидната жлеза ускоряват метаболизма на инсулина.

Най-значимите и чести ефекти върху действието на инсулина са бета-блокери, перорални хипогликемични средства, глюкокортикоиди, етанол и салицилати.

Етанолът инхибира глюконеогенезата в черния дроб. Този ефект се наблюдава при всички хора. В тази връзка трябва да се има предвид, че злоупотребата с алкохол по време на инсулинова терапия може да доведе до развитие на тежко хипогликемично състояние. Малки количества алкохол, приети с храна, обикновено не причиняват проблеми.

Бета-блокерите могат да инхибират инсулиновата секреция, да променят въглехидратния метаболизъм и да повишат периферната инсулинова резистентност, което води до хипергликемия. Въпреки това, те могат също да инхибират ефектите на катехоламините върху глюконеогенезата и гликогенолизата, което носи риск от тежки хипогликемични реакции при пациенти с диабет. Освен това всеки от бета-блокерите може да маскира адренергичните симптоми, причинени от понижаване на нивата на кръвната захар (включително тремор, сърцебиене), като по този начин възпрепятства навременното разпознаване на хипогликемия от пациента. Селективните бета 1-блокери (включително ацебутолол, атенолол, бетаксолол, бисопролол, метопролол) проявяват тези ефекти в по-малка степен.

НСПВС и салицилатите във високи дози инхибират синтеза на простагландин Е (който инхибира секрецията на ендогенен инсулин) и по този начин засилват базалната инсулинова секреция и повишават чувствителността на панкреатичните β-клетки към глюкоза; хипогликемичният ефект при едновременна употреба може да изисква коригиране на дозата на НСПВС или салицилати и/или инсулин, особено при продължителна съвместна употреба.

В момента се произвеждат значителен брой инсулинови препарати, вкл. получени от панкреаса на животни и синтезирани с помощта на методи на генно инженерство. Лекарствата на избор за инсулинова терапия са генетично модифицирани, високо пречистени човешки инсулини, които имат минимална антигенност (имуногенна активност), както и аналози на човешки инсулин.

Инсулиновите препарати се произвеждат в стъклени бутилки, херметически затворени с гумени запушалки с алуминиева облицовка, в специални т.нар. инсулинови спринцовки или писалки. Когато се използват писалки за спринцовки, лекарствата се съдържат в специални бутилки с патрони (penfills).

Разработват се интраназални форми на инсулин и инсулинови препарати за орално приложение. Когато инсулинът се комбинира с детергент и се прилага като аерозол върху носната лигавица, ефективните плазмени нива се постигат толкова бързо, колкото при IV болус. Инсулиновите препарати за интраназално и перорално приложение са в процес на разработка или са в процес на клинични изпитвания.

лекарства

лекарства - 797 ; Търговски наименования - 129 ; Активни съставки - 22

Активно вещество	Търговски наименования
Липсва информация

Свиване

Всичко за инсулина. Каква функция е предназначен да изпълнява инсулинът в човешкото тяло и как това лекарство сега може да помогне за справяне с такова ужасно заболяване като диабета.

Какво е инсулин и защо е толкова необходим за хората? Отговорът на този въпрос лежи буквално на повърхността в статията по-долу.

Инсулинът - произлиза от латинската дума Insula (остров), е определено протеиново вещество, синтезирано от определени клетки на панкреаса или по-скоро неговите образувания. В медицинската терминология те се означават като острови на Лангерханс-Соболев.

Този панкреатичен хормон има огромно влияние върху всички метаболитни процеси, протичащи в тъканите, които са присъщи на човешкото тяло. Принадлежи към пептидната серия, той качествено насища човешките клетки с всички необходими за него вещества, транспортирайки калий, различни аминокиселини и, разбира се, глюкоза през хемопоетичната система. Тъй като именно благодарение на глюкозата в човешкото тяло се поддържа определен баланс на въглехидрати.

Ето как се случва: когато храната се абсорбира в човешкото тяло, количеството глюкоза се увеличава, което влияе върху нивото на описаното вещество в кръвта и неговото повишаване.

Химична и структурна формула

Конструктивният ефект на това вещество е свързан с неговата молекулярна структура. Именно това предизвика интереса на учените от самото начало на откриването на този хормон. Тъй като точната химична формула на това синтезирано вещество би позволила то да бъде изолирано химически.

Естествено, една химична формула сама по себе си не е достатъчна, за да опише нейната структура. Но също така е вярно, че науката не стои неподвижна и днес нейната химическа природа вече е известна. И това ни позволява да подобряваме все повече и повече нови разработки на лекарства, насочени към лечение на захарен диабет при хората.

Структурата, неговият химичен произход включва аминокиселини и е вид пептиден хормон. Неговата молекулярна структура има две полипептидни вериги, в образуването на които участват аминокиселинни остатъци, чийто общ брой е 51. Тези вериги, свързани с дисулфидни мостове, условно се определят като "А" и "В". Група „А” има 21 аминокиселинни остатъка, „В” 30.

Самата структура и ефективност на примерите на различни биологични видове се различават един от друг. При хората тази структура напомня повече не на тази, която се образува в тялото на маймуна, а на тази, която е оборудвана в прасе. Разликите между структурата на прасето и човека са само в единичен аминокиселинен остатък, който се намира във веригата В, подобен по структура, е бик, с разлика в структурата на три аминокиселини остатъци. При бозайниците молекулите на това вещество се различават още повече в аминокиселинните остатъци.

Функции и какво влияе хормонът

При хранене протеинът инсулин, който е пептиден хормон, не се усвоява като всеки друг в червата, но изпълнява много функции. И така, това, което прави това вещество, главно инсулин, е да понижи концентрацията на глюкоза в кръвта. А също и за увеличаване на пропускливостта на клетъчните мембрани за глюкоза.

Въпреки че инсулинът изпълнява и други също толкова важни функции в тялото:

• Стимулира появата на гликоген в черния дроб и мускулната структура - определена форма на съхранение на глюкоза в животинските клетки;
• Повишава синтеза на гликоген;
• Намалява активността на определени ензими, които разграждат мазнините и гликогените;
• Позволява на инсулина да увеличи синтеза на протеини и мазнини;
• Поддържа други човешки системи под контрол и влияе върху правилното усвояване на аминокиселините от клетките;
• Потиска появата на кетонни тела;
• Потиска разграждането на липидите.

Инсулинът е хормон, който регулира метаболизма на въглехидратите в човешкото тяло. Ролята му като протеиново вещество при навлизане в кръвта е да понижава нивата на кръвната захар.

Нарушаването на секрецията на инсулин в човешкото тяло, причинено от разпадането на бета-клетките, често води до пълен инсулинов дефицит и до диагностициране на захарен диабет тип 1. Нарушаването на взаимодействието на това вещество върху тъканта води до развитие на захарен диабет тип 2.

Миризма

Как мирише това вещество? Симптомът на диабета, който на първо място привлича вниманието, е миризмата на ацетон от устата. Поради дефицита на описания хормон, глюкозата не прониква в клетките. Във връзка с това клетките започват да изпитват истински глад. А натрупаната глюкоза започва да образува кетонови тела, което засилва миризмата на ацетон от кожата и урината. Ето защо, ако се появи такава миризма, трябва незабавно да се консултирате с лекар.

Идентифицирането и производството на това вещество през 20 век под формата на лекарство за диабетици даде шанс на много хора не само да удължат живота си с това заболяване, но и да му се насладят напълно.

Образуване на хормони в организма

Само "В" клетките са отговорни за производството на това вещество в човешкото тяло. Хормонът инсулин регулира захарта и влияе на мастните процеси. Когато тези процеси са нарушени, диабетът започва да се развива. Във връзка с това учените в областта на медицината, биохимията, биологията и генното инженерство са изправени пред задачата да разберат всички нюанси на биосинтезата и действието на инсулина върху тялото за по-нататъшен контрол върху тези процеси.

И така, за какво са отговорни "В" клетките - за производството на две категории инсулин, едната от които е стара, а другата е подобрена, нова. В първия случай се образува проинсулин - той не е активен и не изпълнява хормонална функция. Количеството на това вещество се определя на 5% и каква роля играе в организма все още не е ясно.

Хормонът инсулин се секретира първо от “В” клетките, като хормона, описан по-горе, с единствената разлика, че впоследствие се изпраща до комплекса на Голджи, където се обработва допълнително. От вътрешността на този клетъчен компонент, който е предназначен за синтеза и натрупването на различни вещества, С-пептидът се отделя с помощта на ензими.

И тогава в резултат на това се образува инсулин и неговото натрупване, опаковане за по-добро съхранение в секреторни контейнери. След това, ако има нужда от инсулин в тялото, което е свързано с повишаване на глюкозата, "В" клетките бързо освобождават този хормон в кръвта.

Ето как човешкото тяло произвежда описания хормон.

Необходимостта и ролята на описания хормон

Защо човек се нуждае от инсулин в тялото, защо и каква роля играе това вещество в него? За правилното и нормално функциониране човешкото тяло винаги ви казва какво е необходимо на всяка негова клетка в даден момент:

• Насищайте се с кислород;
• Хранителните вещества, от които се нуждае;
• Глюкоза.

Така се поддържат жизнените му функции.

А глюкозата, под формата на определен източник на енергия, произведена от черния дроб и постъпваща в тялото с храната, се нуждае от помощ, за да влезе във всяка клетка от кръвта. В този процес инсулинът играе ролята на проводник в човешкото тяло, като по този начин осигурява транспортна функция за навлизане на глюкозата в клетките.

И, разбира се, дефицитът на това вещество е буквално фатален за тялото и неговите клетки, но излишъкът може да причини заболявания като диабет тип 2, затлъстяване, да наруши работата на сърцето и кръвоносните съдове и дори да доведе до развитие на на рак.

Във връзка с гореизложеното нивото на инсулин при човек с диабет трябва да се проверява възможно най-често, като се вземат тестове и се търси медицинска помощ.

Производство и компонент на веществото

Естественият инсулин се произвежда в панкреаса. Лекарството, описано в тази статия, като жизненоважно лекарство, направи истинска революция сред хората, които страдат и страдат от диабет.

И така, какво е това и как инсулинът се произвежда фармацевтично?

Инсулиновите препарати за диабетици се различават един от друг:

• Почистване в една или друга степен;
• Произход (инсулинът може да бъде говежди, свински, човешки);
• Второстепенни компоненти;
• Концентрация;
• pH – разтвор;
• Възможност за смесване на лекарства (кратко и дългодействащи).

Инсулинът се прилага със специални спринцовки, калибрирането на които се изразява в следния процес: при вземане на 0,5 ml от лекарството със спринцовка пациентът приема 20 единици, 0,35 ml се равнява на 10 единици и т.н.

• Лекарства от животински произход;
• Биосинтетичен;
• Генното инженерство;
• Генно модифицирани;
• Синтетичен.

Свинският хормон е използван най-дълго време. Но такъв инсулинов състав, който беше напълно различен от естествените хормони, нямаше абсолютно ефективен резултат. Във връзка с това истинският успех и ефект при лечението на диабета беше механизмът на действие на рекомбинантния инсулин, чиито свойства почти 100% удовлетворяваха хората, страдащи от диабет, и от различни възрастови категории.

Островчетата в панкреаса са открити през 1860 г. Лангерханс, на когото принадлежи това откритие, няма представа каква е тяхната функция; Нито Меринг, нито Минковски, които през 1889 г. установиха, че отстраняването на панкреаса води до захарен диабет, не знаеха това. Тясната връзка между островите и диабета е предложена от de Meyer през 1909 г. и Sharpey-Schaffer през 1917 г., но едва през 1921 г. Banting и Best я доказват. Чрез екстракция на панкреатична тъкан с подкислен етанол те изолират определен фактор с мощен хипогликемичен ефект. Този фактор беше наречен инсулин. Скоро беше открито, че инсулинът, съдържащ се в панкреатичните острови на говеда и свине, е активен и при хората. Измина по-малко от година, откакто това лекарство започна да се използва широко и успешно за лечение на диабет.

Говежди и свински инсулин може лесно да се произвежда в големи количества, което е съществено изискване за успешни биохимични изследвания. Именно инсулинът се оказва първият протеин с доказана хормонална активност, първият протеин, получен в кристална форма (Abel, 1926), първият протеин, чиято аминокиселинна последователност е установена (Sanger et al, 1955), първият синтезиран протеин чрез химични методи (Du et al .; Katsoyanis, 1964). За инсулина беше показано за първи път, че молекулата може да бъде синтезирана като по-голям прекурсор (Steiner et al., 1967). В допълнение, инсулинът е първият протеин, произведен в търговската мрежа с помощта на рекомбинантна ДНК технология. Но въпреки тези впечатляващи „първи“, механизмът на действие на инсулина на молекулярно ниво е по-малко проучен, отколкото за повечето други хормони.

Химични свойства

Молекулата на инсулина е полипептид, състоящ се от две вериги, А и В, свързани помежду си с два дисулфидни моста, свързващи остатък А7 с остатък В7 и остатък А20 с остатък В19. Третият дисулфиден мост свързва остатъци 6 и 11 от А веригата. Локализацията и на трите дисулфидни моста е постоянна, а А- и В-веригите при представители на повечето видове имат съответно 21 и 30 аминокиселини. Ковалентната структура на човешки инсулин (молекулно тегло 5734) е показана на фиг. 51.1, информацията за замествания на аминокиселини в различни видове инсулин се съдържа в табл. 51.2. И в двете вериги има замествания в много позиции, които не засягат биологичната активност на хормона, но най-честите замествания са в позиции 8,9 и 10 на А-веригата. От това следва, че тази област на молекулата не е критична за биологичната активност на инсулина. Въпреки това, някои участъци и региони на инсулиновата молекула са силно запазени.

Ориз. 51.1. Ковалентна структура на човешки инсулин. (Възпроизведено, с разрешение, от Ganong W.F. Review of Medical Physiology, 13-то издание, Appleton and Lange, 1987.)

Ориз. 51.2. Областта на инсулиновата молекула, отговорна за нейната биологична активност. Тази диаграма на инсулиновата молекула се основава на резултатите от рентгенова кристалография. Защрихованата зона съответства на частта от инсулина, която играе основна роля в биологичната активност на хормона. Phe остатъците в позиции B24 и B25 са онези места, в които мутациите засягат биологичната активност на инсулина. N-терминалните краища на А- и В-веригите на инсулина са показани със знак „+“, докато С-терминалните краища са показани със знак „-“. (Преначертано и възпроизведено, с разрешение, от Tager H.S. Abnormal products of the human insulin gen, Diabetes, 1984, 33, 693.)

Те включват 1) позициите на трите дисулфидни моста, 2) хидрофобни остатъци в С-крайната област на В веригата и 3) С- и N-терминалните области на А веригата. Използването на химически модификации и замествания на отделни аминокиселини в шест от тези региони помогна да се идентифицира комплексното активно място (фиг. 51.2). Хидрофобната област, разположена в С-края на В веригата, също участва в димеризацията на инсулина.

Както става ясно от таблицата. 51.2, между човешки инсулин,

Таблица 51.2. Разлики в структурата на инсулина при представители на различни видове бозайници. (Променено и възпроизведено, с разрешение, от Banong W. F.: Преглед на медицинската физиология. 13-то издание, Appleton and Lange, 1987.)

Има големи прилики между прасетата и биковете.

Свинският инсулин се различава от човешкия инсулин по еднократна аминокиселинна замяна: вместо треонин има аланин на позиция 30 от В веригата. Освен това в говеждия инсулин треонин А8 е заменен с аланин, а изолевцин А10 е заменен с валин. Тези замествания практически нямат ефект върху биологичната активност на хормона и много малко ефект върху неговите антигенни свойства. Въпреки че повечето пациенти, лекувани с хетероложен инсулин, имат ниски титри на циркулиращи антитела срещу прилагания хормон, някои пациенти показват клинично значими титри на антитела. Докато човешкият инсулин не беше произведен чрез методите на генното инженерство, говеждият и свинският инсулин обикновено се използваха за терапевтични цели. Въпреки значителните разлики в първичната структура, и трите инсулина имат сходна биологична активност (25-30 IU/mg сухо тегло).

Инсулинът образува много интересни сложни структури. Цинкът, чиято концентрация в В-клетките достига високи нива, образува комплекси с инсулин и проинсулин. Инсулините на всички гръбначни животни образуват изоложни димери, използвайки водородни връзки между пептидните групи на остатъци В24 и В26 на двата мономера, които при високи концентрации на свой ред се реорганизират в хексамери, съдържащи по два цинкови атома. Наличието на такава силно подредена структура улесни изследването на кристалната структура на инсулина. При физиологични концентрации инсулинът вероятно е в мономерна форма.

Биосинтеза

А. Инсулинови прекурсори. Инсулинът се синтезира като препрохормон (молекулно тегло 11 500). Той

Ориз. 51.3. Биосинтеза на инсулин с образуването на краткотраен прекурсор. Буквите A, B и C означават A и B веригите на инсулина и свързващия (C) пептид. Водещата последователност от 23 аминокиселини, кодирана в сегмента на тРНК, разположен до сегмента, който определя В веригата (прекъсната линия), се отцепва след образуването, вероятно дори преди завършването на синтеза на останалата част от проинсулиновата молекула. (Възпроизведено, с разрешение, от Steiner D. F. Erros in insulin biosynthesis, N. Engl. J. Med., 1976, 294, 952.)

Ориз. 51.4. Структура на човешкия проинсулин. Молекулите на инсулина и С-пептида са свързани една с друга с помощта на два дипептидни линкера, разположени от двете страни на С-пептида. (Леко модифицирано и възпроизведено, с разрешение, от Karam J.H., Sabler P.R., Forsham P.H. Панкреатични хормони и захарен диабет. В: Основна и клинична ендокринология, 2-ро издание, Greenspan F.S., Forsham P.H. (eds.), Appleton and Lange, 1986 .)

може да служи като пример за пептид, образуван в резултат на различни трансформации от по-голяма прекурсорна молекула. Последователността и субклетъчната локализация на съответните биохимични трансформации са показани на фиг. 51.3. Хидрофобна лидерна последователност (предварителен фрагмент), състояща се от 23 аминокиселини, насочва прекурсорната молекула към резервоара на ендоплазмения ретикулум и се отделя там. В резултат на това се образува проинсулинова молекула (молекулно тегло 9000), която приема необходимата конформация за образуването на необходимите дисулфидни мостове. Както е показано на фиг. 51.4, молекулата на проинсулина има следната структура, като се брои от амино края:

Молекулата на проинсулина се разцепва на няколко специфични места, за да се получат еквимоларни количества зрял инсулин и С-пептид. Тези ензимни трансформации, показани схематично на фиг. 51.5, започват с протеиназа с трипсиноподобна активност - ензим, който отцепва две основни аминокиселини от всяка страна на С-пептида: дипептида Arg31-Arg32 в N-края на С-пептида и Lys64-Arg65 дипептид в С-края на С-пептида2.

Б. Предшественици на други островни клетъчни хормони. Синтезът на други островни клетъчни хормони също изисква ензимно превръщане на прекурсорни молекули с по-високо молекулно тегло. Структурата на молекулите на панкреатичния полипептид, глюкагон и соматостатин в сравнение със структурата на инсулина е показана схематично на фиг. 51.6. Различни комбинации от ендопротеолитични (подобни на трипсин) и екзопротеолитични (подобни на карбоксипептидаза-В) ензими участват в образуването на тези хормони, тъй като тези с хормонална активност

Ориз. 51.5. Етапите на разцепване на човешкия проинсулин под комбинираното действие на протеинази като трипсин и карбоксипептидаза В. Стрелките показват къде се разцепва молекулата. (Преначертано и възпроизведено, с разрешение, от Steiner D. F., Tager H. S. p. 927. В: Endocrinology, том 2., DeGroot L. J. (ed.), Grune and Stratton, 1979.)

последователностите могат да бъдат открити в различни части на прекурсорната молекула: соматостатин - в карбоксилния край на молекулата, панкреатичен полипептид - в амино края, инсулин - в двата края и глюкагон - в средната част.

Б. Субклетъчна локализация на инсулиновия синтез и образуването на гранули. Синтезът на инсулин и опаковането му в 1 ранула се извършва в определен ред (фиг. 51.7). Проинсулинът се синтезира върху рибозомите на грапавия ендоплазмен ретикулум. След това в цистерните на този органел се извършва ензимно разцепване на водещата последователност (предсегмент), образуване на дисулфидни мостове и нагъване на молекулата (фиг. 51.3). След това молекулата на проинсулина се прехвърля в апарата на Голджи, където започва протеолизата и опаковането в секреторни гранули. Узряването на гранулите продължава, докато те се движат през цитоплазмата към плазмената мембрана. И проинсулинът, и инсулинът се свързват с цинка, за да образуват хексамери, но тъй като около 95% от проинсулина се превръща в инсулин, кристалите на последния са тези, които придават на гранулите техните морфологични характеристики. Заедно с инсулина, гранулите съдържат и еквимоларни количества С-пептид, но тези молекули не образуват кристални структури.

Ориз. 51.6. Схема на структурата на четирите основни продукта на ендокринните клетки на панкреаса. Черните ивици показват частта от прекурсорната молекула, съответстваща на посочения в надписа хормон; тънка линия показва останалите участъци от пептидната верига на прекурсорната молекула. Местоположението на двуосновните аминокиселини (аргинин или лизин), където прекурсорната молекула се разцепва, е обозначено с черни кръгове. Молекулата на проинсулина е изобразена като линейна структура, в която не са показани дисулфидни връзки. В действителност молекулата на проинсулина има последователността: В-верига - С-пептид - А-верига. (Преначертано и възпроизведено, с разрешение, от Tager H. S. Анормални продукти на човешкия инсулинов ген. Диабет. 1984. 33. 693.)

Когато са правилно стимулирани, зрелите гранули се сливат с плазмената мембрана, освобождавайки съдържанието си в извънклетъчната течност чрез емоцитоза.

Г. Свойства на проинсулин и С-пептид. Дължината на проинсулините варира от 78 до 86 аминокиселини, като тези разлики се дължат на дължината на С-пептида. Проинсулинът има същата разтворимост и изоелектрична точка като инсулина. Той също така образува хексамери с цинкови кристали и реагира с инсулинов антисерум. Биологичната активност на проинсулина е по-малко от 5% от биологичната активност на инсулина. От това следва, че по-голямата част от инсулиновия активен център в прекурсорната молекула е маскиран. Част от проинсулина се секретира заедно с инсулина и в определени ситуации (тумори на островни клетки) се освобождава в по-големи количества от нормалното. Тъй като полуживотът на проинсулин в плазмата е значително по-висок от този на инсулина и проинсулинът силно реагира кръстосано с инсулинов антисерум, нивото на "инсулин", определено чрез радиоимуноанализ, може в някои случаи да надвишава съдържанието на биологично активния хормон.

Ориз. 51.7. Структурни компоненти на В-клетките на панкреаса, участващи в индуцираната от глюкоза биосинтеза и секреция на хормони. На диаграмата секреторните гранули са съседни на микрофиламенти, които се свиват под въздействието на калций. (Въз основа на данни, представени от Orci L. A portrait of the pancreatic B cell, Diabetologia, 1974, 10, 163.) (Променено и възпроизведено, с разрешение, от Junqueira L.C., Carneiro J., Long J.A., Basic Histology. 5-то издание ., Апълтън и Ланге, 1986 г.)

Не е открита биологична активност на С-пептида. Тази молекула има различни антигенни свойства от инсулина и проинсулина, така че имунологичното определяне на С-пептида позволява да се разграничи ендогенно секретираният инсулин от администрирания хормон и дава възможност да се прецени количеството на ендогенния инсулин в случаите, когато директното му определяне е невъзможно поради наличието на инсулинови антитела. С-пептидите от представители на различни видове се характеризират с висока честота на аминокиселинни замествания, което потвърждава вероятната липса на биологична активност в този фрагмент.

D. Прекурсори на инсулин-свързани пептиди. Структурната организация на молекулата на прохормона е неспецифична за прекурсора на инсулина. Прекурсорите на пептидните хормони, тясно свързани с инсулина (релаксин и инсулиноподобни растежни фактори), имат същата организация (фиг. 51.8). Във всички тези хормони последователностите на А- и В-веригата в прекурсорната молекула имат силно хомоложни области в карбоксилния и амино краищата, свързани един с друг чрез свързващ пептид. В пептидните прекурсори на инсулин и релаксин две основни аминокиселини са разположени от двете страни на свързващия пептид, свързвайки го с А- и В-веригите. След образуването на дисулфидни мостове между А и В веригите, свързващият пептид се изрязва в резултат на ендопротеолиза и молекулата се превръща в пептиден хормон, състоящ се от две (А и В) вериги. Инсулиноподобните растежни фактори, тъй като са силно хомоложни на инсулина и релаксина в тяхната първична структура, въпреки това имат една важна разлика: в молекулата на техния прекурсор няма места, където свързващият пептид да се разцепи, и следователно активните хормони запазват структурата на единична полипептидна верига.

E. Ген на човешки инсулин. Генът на човешкия инсулин (фиг. 51.9) е разположен на късото рамо на хромозома 11. Повечето бозайници експресират един инсулинов ген, организиран като човешкия ген, но плъховете и мишките имат два неалелни гена. Всеки от тях кодира специален проинсулин, пораждайки две различни активни инсулинови молекули. Понастоящем е разработен метод за производство на човешки инсулин в бактериални експресионни системи, използвайки рекомбинантна ДНК технология. По този начин проблемът с получаването на този хормон в количествата, необходими за пациенти с диабет, може да се счита за решен.

Ж. Анормални генни продукти на човешки инсулин. Познаване на структурата на инсулиновия ген и инсулина

Ориз. 51.8. Схематично представяне на структурата на свързаните с инсулин пептидни прекурсори. Хомоложни региони на релаксин, инсулин и инсулиноподобен растежен фактор са изобразени като черни ленти. Аминокиселинните последователности, свързващи В и А веригите в молекулата на прекурсорите на релаксин и инсулин, са обозначени със светли ивици. Тъй като прекурсорите се обработват, за да образуват съответните двуверижни продукти, тези свързващи последователности се отстраняват (вертикални стрелки). Аминокиселинната последователност на инсулиноподобния растежен фактор, съответстваща на такива свързващи пептиди, но не отстранена по време на обработката, е изобразена с пунктирана област. Свързаният с инсулин растежен фактор се състои само от една пептидна верига. (Преначертано и възпроизведено, с разрешение, от Tager H. S. Abnormal products of the human insulin gen, Diabetes, 1984, 33, 693.)

Молекулата дава възможност да се идентифицират анормални генни продукти, което от своя страна предоставя допълнителна информация за функцията на даден хормон. Идентифицирани са три мутации на този ген и за всяка от тях е идентифицирана молекулярната основа на дефекта. В единия случай, в резултат на една единствена мутация, серинът се появява на мястото на фенилаланин-B24, в другия (отново в резултат на една единствена мутация) фенилаланин-B25 е заменен с левцин. В третия случай преработката на проинсулин в активния хормон се промени: мутацията наруши разцепването на третия край на С-пептида на границата с А-веригата. Този дефект се основава на заместването на дипептида Lys-Arg в тази точка на полипептидната верига с Lys-X, в резултат на което подобно на трипсин разцепване е невъзможно.

Ориз. 51.9. Схематично представяне на структурата на гена на човешкия инсулин. Регионите, оцветени с диагонални линии, съответстват на нетранслирани региони на иРНК. Светлите зони съответстват на вмъкнати последователности, а пунктираните зони съответстват на кодиращи последователности. Буквите L, B, C и A показват последователностите, кодиращи водещия (сигналния) пептид, инсулиновата B верига. Инсулин С-пептид и А-верига, съответно. Обърнете внимание, че кодиращата последователност за С-пептида е разделена от инсерционна последователност. Мащабът в диаграмата е последователен. (Преначертано и възпроизведено, с разрешение. от Tager H. S. Abnormal products of the human insulin gen. Diabetes, 1984, 33, 639.)

Идентифицирането на описаните мутации е улеснено от тяхната локализация в активния център на инсулиновата молекула, в резултат на което съответните носители 1) имат хиперинсулинемия, 2) няма признаци на инсулинова резистентност, 3) биологичната активност на инсулина циркулиращият в кръвта е намален и 4) има нормална реакция към екзогенния инсулин. Най-малко още четири нуклеотидни замествания са идентифицирани при здрави индивиди. Тези мутации са локализирани в инсерционни (т.е. некодиращи) последователности и не повлияват функционалната активност на инсулиновата молекула.

Регулиране на инсулиновата секреция

Човешкият панкреас отделя до 40-50 единици. инсулин на ден, което отговаря на 15-20% от общото количество хормон в жлезата. Секрецията на инсулин е енергийно зависим процес, който протича с участието на микротубулната и микрофиламентната система на островните В клетки и редица медиатори.

А. Глюкоза. Увеличаването на концентрацията на кръвната захар е основният физиологичен стимул за секрецията на инсулин. Прагът за секреция на инсулин е концентрация на глюкоза на гладно от 80-100 mg%, а максималният отговор се постига при концентрация на глюкоза от 300-500 mg%. Секрецията на инсулин в отговор на повишени концентрации на глюкоза е двуфазна (фиг. 51.10). Незабавният отговор или първата фаза на реакцията започва в рамките на 1 минута след повишаване на концентрацията на глюкоза и продължава 5-10 минути. След това започва по-бавна и по-дълга втора фаза, която завършва веднага след отстраняването на глюкозния стимул. Съгласно съществуващите концепции, наличието на две фази на инсулиновия отговор отразява съществуването на две различни вътреклетъчни компартменти или басейни от инсулин. Абсолютната плазмена концентрация на глюкоза не е единствената

Ориз. 51.10. Двуфазен характер на секрецията на инсулин в отговор на повишени плазмени концентрации на глюкоза.

детерминанта на секрецията на инсулин. В-клетките също реагират на скоростта на промяна в концентрацията на плазмената глюкоза.

Когато глюкозата се прилага перорално, има много по-силно стимулиране на секрецията на инсулин, отколкото когато се прилага интравенозно. От това следва, че в допълнение към глюкозата, секрецията на инсулин също се влияе от различни хормони на стомашно-чревния тракт, като секретин, холецистокинин, гастрин и ентероглюкагон. Но най-голямата роля в този процес принадлежи на стомашния инхибиторен полипептид (GIP).

Предлагат се два различни механизма за регулиране на секрецията на инсулин от глюкоза. Според една хипотеза, глюкозата взаимодейства с рецептор, вероятно локализиран върху повърхностната мембрана на В-клетката, което води до активиране на механизма на секреция. Втората хипотеза е, че вътреклетъчните метаболити или скоростта на метаболитните пътища като пентозофосфатния шънт, цикъла на лимонената киселина или гликолизата участват в стимулирането на инсулиновата секреция. И двете хипотези намериха експериментално потвърждение.

Б. Хормонални фактори. Освобождаването на инсулин се влияе от много хормони. α-адренергичните агонисти, особено епинефринът, потискат секрецията на инсулин дори когато този процес се стимулира от глюкоза. -Адренергичните агонисти стимулират секрецията на инсулин, вероятно чрез повишаване на вътреклетъчните концентрации на cAMP (виж по-долу). Именно този механизъм изглежда е в основата на действието на стомашния инхибиторен пептид, който повишава секрецията на инсулин, както и ефектите от високите концентрации на TSH, ACTH, гастрин, секретин, холецистокинин и ентероглюкагон.

При хронично излагане на излишни количества растежен хормон, кортизол, плацентарен лактоген, естрогени и прогестини, секрецията на инсулин също се увеличава. Ето защо не е изненадващо, че в края на бременността инсулиновата секреция се увеличава значително.

Б. Фармакологични средства. Много лекарства стимулират секрецията на инсулин, но най-често за терапевтични цели се използват сулфонилурейни производни. За лечение на диабет тип II (неинсулинозависим) широко се използват лекарства като толбутамид, които стимулират секрецията на инсулин по начин, различен от глюкозата.

Г. Вътреклетъчни секреционни медиатори. Когато секрецията на инсулин се стимулира от глюкоза, потреблението на O и употребата на ATP се увеличават. Това е свързано с индуцирана деполяризация на мембраната, което води до бързо проникване в клетката през волтаж-зависим канал. Сливането на секреторни гранули, съдържащи инсулин, с плазмената мембрана и получената секреция на инсулин е калций-зависим процес. Стимулирането на секрецията на инсулин от глюкоза също се осъществява с участието на метаболити на фосфатидилинозитол (глава 44).

Инсулиновата секреция участва и потенцира ефектите на глюкозата и аминокиселините. Този нуклеотид може да стимулира освобождаването от вътреклетъчните органели или да активира киназа, която фосфорилира някои компоненти на системата микрофиламент-микротубул (което определя неговата чувствителност и способност за свиване). Заместването на извънклетъчния с някакъв друг едновалентен катион отслабва ефектите на глюкозата и други стимуланти на инсулиновата секреция; вероятно регулира вътреклетъчната концентрация чрез ко-транспортна система.

Метаболизъм на инсулина

За разлика от инсулиноподобните растежни фактори, инсулинът няма протеинов носител в плазмата. Следователно, обикновено неговият полуживот не достига 3-5 минути. Метаболитните трансформации на инсулин се извършват главно в черния дроб, бъбреците и плацентата. Около 50% от този хормон изчезва от плазмата при едно преминаване през черния дроб. Две ензимни системи участват в метаболизма на инсулина. Първият е инсулинът, специфична протеиназа, открита в много тъкани, но в най-голяма концентрация в изброените по-горе органи. Тази протеиназа се изолира от скелетните мускули и се пречиства. Установено е, че неговата активност зависи от сулфхидрилните групи и се проявява при физиологични стойности на глутатион-инсулинова трансхидрогеназа. Този ензим намалява дисулфидните мостове, след което разделените една от друга А- и В-вериги бързо се разцепват. Кой от двата механизма е най-активен при физиологични условия не е ясно; Не е ясно и дали всеки от тях е регламентиран.

Физиологични ефекти на инсулина

Значението на инсулина във въглехидратния, протеиновия и липидния метаболизъм се демонстрира най-ясно от последствията от инсулиновия дефицит при хората. Основният симптом на захарния диабет е хипергликемия, която се развива в резултат на 1) намалено проникване на глюкоза в клетките, 2) намалено използване на глюкоза от различни тъкани.

и 3) увеличаване на производството на глюкоза (глюконеогенеза) в черния дроб. По-долу ще разгледаме всички тези процеси по-подробно.

Полиурия, полидипсия и загуба на тегло въпреки адекватен калориен прием са основните симптоми на инсулинов дефицит. Какво ги обяснява? Ако обикновено нивото на плазмената глюкоза при човек рядко надвишава 120 mg%, тогава при пациенти с инсулинов дефицит обикновено е много по-високо. Когато плазмената глюкоза достигне определени стойности (обикновено над 180 mg при хора), максималният капацитет за реабсорбция на глюкоза в бъбречните тубули се надвишава и захарта се екскретира в урината (глюкозурия). Обемът на урината се увеличава поради осмотична диуреза, която непременно е придружена първо от загуба на течност (полиурия), след това от дехидратация, жажда и прекомерна консумация на вода (полидипсия). Глюкозурията причинява значителна загуба на калории (4,1 kcal за всеки грам екскретирана глюкоза), което, съчетано със загуба на мускулна и мастна тъкан, води до драматична загуба на тегло, въпреки повишения апетит (полифагия) и нормалния или увеличен калориен прием.

При липса на инсулин биосинтезата на протеини намалява, което отчасти се обяснява с намаляването на транспорта на аминокиселини в мускулите (аминокиселините служат като субстрати за глюконеогенезата). По този начин инсулиновият дефицит при хората е придружен от отрицателен азотен баланс. Липсата на антилиполитичното действие на инсулина, както и неговото липогенно действие, характерно за тази ситуация, води до повишаване на съдържанието на мастни киселини в плазмата. Когато достигне ниво, което надвишава способността на черния дроб да окислява мастни киселини, Р-хидроксимаслената киселина и ацетооцетната киселина се натрупват в кръвта (кетоза). Първоначално организмът компенсира натрупването на тези органични киселини чрез увеличаване на количеството издишван въздух, но ако развитието на кетоза не се възпре чрез прилагане на инсулин, тогава се развива тежка метаболитна ацидоза и пациентът умира от диабетна кома. Механизмът на инсулинов дефицит е представен схематично на фиг. 51.11.

A. Ефект върху транспорта на глюкоза през мембраната.

Вътреклетъчната концентрация на свободна глюкоза е значително по-ниска от нейната извънклетъчна концентрация. Повечето налични доказателства сочат, че скоростта на транспортиране на глюкоза през плазмената мембрана на мускулните и мастните клетки определя скоростта на фосфорилиране на глюкозата и нейния последващ метаболизъм. D-глюкоза и други захари с подобна конфигурация (галактоза, D-ксилоза и L-арабиноза) навлизат в клетките чрез медиирана от носител улеснена дифузия. В много клетки инсулинът засилва този процес (фиг. 51.12), което се дължи по-скоро на увеличаване на броя на транспортерите (-ефект), отколкото на увеличаване на афинитета на свързване (-ефект).

Ориз. 51.11. Патофизиология на инсулиновия дефицит. (С любезното съдействие на R. J. Havel.)

Според наличните данни в мастните клетки това се случва чрез мобилизиране на глюкозни транспортери от техния неактивен пул в апарата на Голджи с по-нататъшното им насочване към активното място на плазмената мембрана. Тази транслокация на транспортери е процес, зависим от температурата и енергията и независим от протеиновия синтез (фиг. 51.13).

Чернодробните клетки представляват важно изключение от този модел. Инсулинът не стимулира улеснената дифузия на глюкоза в хепатоцитите, но увеличава нейния приток индиректно чрез индуциране на глюкокиназа, ензим, който превръща глюкозата в глюкозо-6-фосфат. В резултат на бързото фосфорилиране концентрацията на свободна глюкоза в хепатоцитите се поддържа на много ниско ниво, което улеснява проникването на глюкоза в клетките чрез проста дифузия по концентрационния градиент.

Ориз. 51.12. Проникване на глюкоза в мускулните клетки.

Ориз. 51.13. Транслокация на глюкозни транспортери под влияние на инсулин. (Възпроизведено, с разрешение, от Karnieli E. et al. Insulin-stimulated translocation of glucose transport systems in the isolated rat adipose cell, J. Biol, Chem., 1981, 256, 4772, С любезното съдействие на S. Cushman.)

Инсулинът също така насърчава проникването на аминокиселини в клетките (особено мускулните) и стимулира движението на нуклеозиди и органични фосфати. Тези ефекти са независими от ефекта на инсулина върху навлизането на глюкоза в клетката.

Б. Ефект върху усвояването на глюкозата. Както е показано по-долу, инсулинът влияе върху вътреклетъчното използване на глюкоза по различни начини.

Обикновено приблизително половината от абсорбираната глюкоза влиза в пътя на гликолизата и се превръща в енергия, другата половина се съхранява под формата на мазнини или гликоген. При липса на инсулин интензивността на гликолизата отслабва и анаболните процеси на гликогенеза и липогенеза се забавят. Наистина, при инсулинов дефицит само 5% от абсорбираната глюкоза се превръща в мазнини.

Инсулинът повишава интензивността на гликолизата в черния дроб, повишавайки активността и концентрацията на редица ключови ензими, като глюкокиназа, фосфофруктокиназа и пируват киназа. По-интензивната гликолиза е придружена от по-активно използване на глюкоза и следователно косвено допринася за намаляване на освобождаването на глюкоза в плазмата. Инсулинът също инхибира активността на глюкозо-6-фосфатазата, ензим, открит в черния дроб, но не и в мускулите. В резултат на това глюкозата се задържа в черния дроб, тъй като плазмената мембрана е непропусклива за глюкозо-6-фосфат.

В мастната тъкан инсулинът стимулира липогенезата чрез 1) притока на ацетил-CoA и NADPH, необходими за синтеза на мастни киселини, 2) поддържане на нормални нива на ензима ацетил-CoA карбоксилаза, който катализира превръщането на ацетил-CoA в малонил -CoA и 3) приток на глицерол, участващ в синтеза на триацилглицероли. При дефицит на инсулин всички тези процеси са отслабени и в резултат на това интензивността на липогенезата намалява. Друга причина за намаляване на липогенезата при инсулинов дефицит е фактът, че мастните киселини, освободени в големи количества под въздействието на определени хормони, които не се противодействат на инсулина, потискат собствения си синтез чрез инхибиране на ацетил-КоА карбоксилазата. От всичко казано следва, че общият ефект на инсулина върху мазнините е анаболен.

Механизмът на действие на инсулина върху усвояването на глюкозата включва и друг анаболен процес. В черния дроб и мускулите инсулинът стимулира превръщането на глюкозата в глюкозо-6-фосфат, който след това претърпява изомеризация в глюкозо-1-фосфат и в тази форма се включва в гликогена под действието на ензима гликоген синтаза (активността му също е стимулирани от инсулин). Това действие е двойно и непряко. Инсулинът намалява вътреклетъчното ниво на сАМР чрез активиране на фосфодиестераза. Тъй като cAMP-зависимото фосфорилиране инактивира гликоген синтазата, когато нивото на този нуклеотид е ниско, ензимът е в активна форма. Инсулинът също така активира фосфатазата, която катализира дефосфорилирането на гликоген синтазата, като по този начин активира този ензим. И накрая, инсулинът инхибира фосфорилазата чрез механизъм, включващ AMP и фосфатаза, както е описано по-горе. В резултат на това освобождаването на глюкоза от гликогена намалява. По този начин ефектът на инсулина върху метаболизма на гликогена също е анаболен.

Б. Ефект върху образуването на глюкоза (глюконеогенеза). Ефектът на инсулина върху глюкозния транспорт, гликолизата и гликогенезата настъпва за секунди

или минути, тъй като първичните реакции на това влияние се свеждат до активиране или инактивиране на ензими чрез тяхното фосфорилиране или дефосфорилиране. По-дълготрайният ефект на инсулина върху плазмената глюкоза е свързан с инхибиране на глюконеогенезата. Образуването на глюкоза от невъглехидратни прекурсори възниква в резултат на редица ензимни реакции, много от които се стимулират от глюкагон (чието действие се медиира от сАМР), глюкокортикоидни хормони и в по-малка степен α- и β-адренергични агенти - ангиотензин II и вазопресин Ролята на ключовия ензим на глюконеогенезата в черния дроб принадлежи на фосфоенолпируват карбоксикиназата (PEPKK), която катализира превръщането на оксалоацетат във фосфоенолпируват че под влияние на инсулина количеството на този ензим намалява в резултат на селективно инхибиране на транскрипцията на гена, кодиращ иРНК за.

D. Ефект върху метаболизма на глюкозата. Крайният ефект от всички горепосочени ефекти на инсулина е намаляване на нивата на кръвната захар. Това действие на инсулина се противодейства от ефектите на редица хормони, което несъмнено отразява един от най-важните защитни механизми на тялото, тъй като продължителната хипогликемия може да причини промени в мозъка, които са несъвместими с живота и следователно не трябва да се допускат.

D. Ефект върху липидния метаболизъм. Липогенният ефект на инсулина вече беше обсъден в раздела, посветен на неговия ефект върху усвояването на глюкозата. В допълнение, инсулинът е мощен инхибитор на липолизата в черния дроб и мастната тъкан, като по този начин упражнява индиректен анаболен ефект. Това може да е отчасти следствие от способността на инсулина да намалява сАМР (нивото на който в тъканите се повишава под въздействието на липолитичните хормони глюкагон и адреналин), както и способността на инсулина да инхибира активността на хормон-чувствителната липаза. Основата на това инхибиране изглежда е активирането на фосфатаза, която дефосфорилира и по този начин инактивира липаза или cAMP-зависима протеин киназа. В резултат на това инсулинът намалява мастните киселини в кръвта. Това от своя страна допринася за ефекта на инсулина върху въглехидратния метаболизъм, тъй като мастните киселини инхибират гликолизата на няколко етапа и стимулират глюконеогенезата. Този пример показва, че когато се обсъжда регулирането на метаболизма, не може да се вземе предвид действието само на един хормон или метаболит. Регулацията е сложен процес, при който трансформациите по специфичен метаболитен път са резултат от сложни взаимодействия на редица хормони и метаболити.

При пациенти с инсулинов дефицит се повишава активността на липазата, което води до повишена липолиза и повишаване на концентрацията на мастни киселини в плазмата и черния дроб. Съдържанието на глюкагон при такива пациенти също се увеличава, а това също увеличава освобождаването на свободни мастни киселини в кръвта. (Глюкагонът противодейства на много от ефектите на инсулина, а метаболитният статус при диабет отразява връзката между нивата на глюкагон и инсулин.) Част от свободните мастни киселини се метаболизира до ацетил-КоА (обръщане на липогенезата) и след това в цикъла на лимонената киселина - до. При инсулинов дефицит капацитетът на този процес бързо се превишава и ацетил-КоА се превръща в ацетоацетил-КоА и. след това в ацетооцетна и -хидроксимаслена киселини. Под въздействието на инсулина настъпват обратни трансформации.

Изглежда, че инсулинът влияе върху образуването или клирънса на липопротеини с много ниска плътност и липопротеини с ниска плътност, тъй като при пациенти с лошо компенсиран диабет съдържанието на тези частици и следователно съдържанието на холестерол често е повишено. Именно този метаболитен дефект очевидно е в основата на такова сериозно усложнение като ускорената атеросклероза, наблюдавана при много пациенти с диабет.

Ефектът на инсулина върху метаболитните процеси е илюстриран на фиг. 51.14, който изобразява редица от най-важните метаболитни трансформации при липса на инсулин.

Д. Ефект върху протеиновия метаболизъм. Инсулинът като цяло има анаболен ефект върху протеиновия метаболизъм, тъй като стимулира протеиновия синтез и намалява разграждането на протеините. Инсулинът стимулира мускулното усвояване на неутрални аминокиселини тип А, ефект, който не е свързан с усвояването на глюкоза или последващото включване на аминокиселини в протеините. Ефектът на инсулина върху протеиновия синтез в скелетните и сърдечните мускули изглежда се проявява на ниво транслация на иРНК.

През последните години беше доказано, че инсулинът влияе върху синтеза на специфични протеини, като причинява промени в съответните иРНК. Това може да обясни ефекта на хормона върху активността или количеството на отделните протеини. (Този въпрос е разгледан по-подробно по-долу.)

Ж. Ефект върху клетъчната репродукция. Инсулинът стимулира пролиферацията на редица клетки в културата. Може също така да участва в регулирането на растежа in vivo. При изследване на регулацията на растежа най-често се използват фибробластни култури. В такива клетки инсулинът повишава способността на фибробластния растежен фактор (FGF), тромбоцитния растежен фактор (TGF), епидермалния растежен фактор (EGF), стимулиращ

Ориз. 51.14. Метаболитни последици от инсулинов дефицит. Мастни киселини без FFA.

туморен растеж на форболови естери, простагландин вазопресин и аналози на сАМР активират пролиферацията на клетки, задържани в G фазата в резултат на отстраняване на серума от средата.

Преходната нужда от различни фактори на растежа е в основата на концепцията, че има два класа такива фактори. Един от тях, който включва TGF, FGF, PGE2 и форболови естери, очевидно причинява някои биохимични промени в ранната G-фаза, които, възникнали, елиминират по-нататъшната нужда на клетката от тези фактори и я правят способна за репликация. Растежните фактори от клас II (включително инсулин) спомагат за задвижването на клетката към и през S фаза и трябва да присъстват през цялото време. Този модел описва процесите, протичащи в 3TZ фибробластите, и неговата универсалност не е доказана. Също така не е известно дали ефектът на инсулина е свързан с неговото взаимодействие с неговия собствен рецептор или с рецептора на инсулиноподобния растежен фактор (IGF) (особено след като IGF-1 също е фактор за „промоция“).

Инсулинът подпомага растежа и репликацията на много клетки от епителен произход, включително хепатоцити, хепатомни клетки, надбъбречни туморни клетки и клетки на карцином на гърдата. Много ниски концентрации на инсулин стимулират репликацията (очевидно чрез инсулиновия рецептор), често в отсъствието на други пептидни растежни фактори. Наистина, инсулинът е основен компонент на всички известни среди за тъканни култури, така че значението му за растежа и репликацията на клетките е безспорно.

Биохимичният механизъм на ефекта на инсулина върху клетъчната репликация не е ясен; предполага се, че се основава на анаболния ефект на хормона.

Възможно е ефектите върху абсорбцията на глюкоза, фосфат, неутрални аминокиселини тип А и катиони да играят роля тук. Хормонът може да стимулира репликацията, като използва способността си да активира или инактивира ензими чрез регулиране на скоростта и степента на протеиново фосфорилиране или чрез регулиране на ензимния синтез.

Много интересна нова област на изследване включва изследването на активността на тирозин киназата. Инсулиновият рецептор, подобно на рецепторите на много други растежни фактори, включително TGF и EGF, има тирозин киназна активност. Важно е да се отбележи, че най-малко 10 онкогенни продукта (много от които вероятно участват в насърчаването на злокачествена клетъчна репликация) също са тирозин кинази. Клетките на бозайниците съдържат аналози на тези онкогени (протоонкогени), чиито продукти могат да участват в репликацията на нормалните клетки. Предположението за ролята на протоонкогените се подкрепя от скорошна работа, показваща, че експресията на най-малко два продукта се увеличава след добавяне на суроватка към клетъчна култура със спрян растеж. Доказано е също, че TGF стимулира образуването на специфични иРНК. Остава да се види дали механизмът на действие на инсулина е подобен.

Механизъм на действие на инсулина

А. Инсулинов рецептор. Действието на инсулина започва със свързването му със специфичен гликопротеинов рецептор на повърхността на таргетната клетка. Различните ефекти на този хормон (фиг. 51.15) могат да се появят или в рамките на секунди или минути (транспорт, протеиново фосфорилиране, ензимно активиране и инхибиране, РНК синтез) или в рамките на часове (протеинов и ДНК синтез и клетъчен растеж).

Инсулиновият рецептор е подробно изследван с биохимични методи и рекомбинантна ДНК технология. Това е хетеродимер, състоящ се от две субединици (а и р) в конфигурация, свързана с дисулфидни мостове (фиг. 51.15). И двете субединици съдържат много гликозилови остатъци. Отстраняването на сиалова киселина и галактоза намалява както способността за свързване на инсулина, така и активността на този хормон. Всяка от гликопротеиновите субединици има специална структура и специфична функция. α-субединицата (молекулно тегло 135 000) е разположена изцяло извън клетката и свързването на инсулин вероятно се медиира от богат на цистин домен. -Субединица (молекулно тегло 95 000) е трансмембранен протеин, който изпълнява втората важна функция на рецептора (глава 44), т.е. трансформация

Ориз. 51.15. Връзката между инсулиновия рецептор и неговото действие. (С любезното съдействие на S. R. Kahn.)

Ориз. 51.16. Схема на структурата на липопротеините с ниска плътност (LDL), епидермалния растежен фактор (EGF) и инсулиновите рецептори. Във всеки от тези рецептори амино краищата са разположени в частта на молекулата, която излиза от клетката. Кутийките показват богати на цистеин области, за които се смята, че участват в свързването на лиганда. Всеки рецептор (~25 аминокиселини) има къс домен, обхващащ плазмената мембрана (защрихована лента) и вътреклетъчен домен с различна дължина. EGF и инсулиновите рецептори имат тирозин киназна активност, локализирана в цитоплазмения домен; В допълнение, този домейн съдържа области, където се извършва автофосфорилиране. Инсулиновият рецептор е хетеротетрамер, чиито отделни вериги (вертикални ивици) са свързани помежду си с дисулфидни мостове.

сигнал. Цитоплазмената част на 13-субединица има тирозин киназна активност и съдържа място за автофосфорилиране. Смята се, че и двете са важни за трансдукцията и действието на инсулинов сигнал (вижте по-долу). Поразителното сходство между трите рецептора, които изпълняват различни функции, е илюстрирано на фиг. 51.16. Наистина, последователностите на някои области на Р субединицата са хомоложни на тези в EGF рецептора.

Рецепторът за инсулин непрекъснато се синтезира и разгражда; неговият полуживот е 7-12 часа, синтезира се като едноверижен пептид в грапавия ендоплазмен ретикулум и бързо се гликозилира в апарата на Голджи. Предшественикът на човешкия инсулинов рецептор се състои от 1382 аминокиселини, мол. масата е 190 000 при разцепване, образува зрели а- и Р-субединици. При хората генът на инсулиновия рецептор е локализиран на хромозома 19.

Инсулиновите рецептори се намират на повърхността на повечето клетки на бозайници. Тяхната концентрация достига 20 000 на клетка и често се откриват върху клетки, които не са типични инсулинови мишени. Обхватът на метаболитните ефекти на инсулина е добре известен. Въпреки това, инсулинът също участва в процеси като клетъчен растеж и репликация (виж по-горе), органогенеза и диференциация в плода, както и в процесите на заздравяване и регенерация на тъканите. Структурата на инсулиновия рецептор и способността на различните инсулини да се свързват с рецепторите и да предизвикват биологични реакции са почти идентични в клетки от всички видове и видове. Така свинският инсулин почти винаги е 10-20 пъти по-ефективен от свинския проинсулин, който от своя страна е 10-20 пъти по-ефективен от инсулина на морско свинче дори при самото морско свинче. Изглежда инсулиновият рецептор има силно запазена структура, дори по-консервирана от структурата на самия инсулин.

Когато инсулинът се свърже с рецептора, настъпват следните събития: 1) конформацията на рецептора се променя, 2) рецепторите се свързват един с друг, образувайки микроагрегати, петна или петна, 3) рецепторът претърпява интернализация и 4) някакъв вид се генерира сигнал. Значението на рецепторните конформационни промени е неизвестно, но интернализацията вероятно служи като средство за регулиране на броя и оборота на рецепторите. При условия на висок плазмен инсулин, като затлъстяване или акромегалия, броят на инсулиновите рецептори намалява и чувствителността на целевите тъкани към инсулин намалява. Тази „регулация надолу“ се дължи на загубата на рецептори в резултат на тяхната интернализация, т.е. процесът на проникване на инсулинови рецепторни комплекси в клетката чрез ендоцитоза с помощта на покрити с клатрин везикули (виж Глава 41). Регулирането надолу отчасти обяснява инсулиновата резистентност при затлъстяване и захарен диабет тип II.

Б. Вътреклетъчни медиатори. Въпреки че механизмът на действие на инсулина е изследван повече от 60 години, някои критични въпроси, като природата на вътреклетъчния сигнал, остават неразрешени и инсулинът не е изключение в това отношение. Вътреклетъчните посредници не са идентифицирани за много хормони (Таблица 44.1). Много различни молекули се считат за възможни вътреклетъчни вторични посредници или медиатори. Те включват самия инсулин, калций, циклични нуклеотиди (cAMP, cGMP), пептиди с мембранен произход, мембранни фосфолипиди, моновалентни катиони и тирозин киназа (инсулинов рецептор). Нито едно от предположенията не беше потвърдено.

Фокусът на съвременните изследвания е върху факта, че самият инсулинов рецептор е инсулин-чувствителен ензим, тъй като претърпява автофосфорилиране, когато свързва инсулина. Тази функция се изпълнява от P субединицата, която, действайки като протеин киназа, пренася γ-фосфат от ATP към тирозинов остатък в β субединицата. Инсулинът повишава стойността на тази ензимна реакция, а двувалентните катиони я намаляват особено за АТФ.

Фосфорилирането на тирозин е нетипично за клетките на бозайниците (фосфотирозинът представлява само 0,03% от фосфоаминокиселините, съдържащи се в нормалните клетки) и е напълно възможно наличието на тирозин киназна активност в EGF, TGF и IGF-1 рецепторите да не е случайно . Има предположение, че активността на тирозинкиназата е важен фактор в действието на продуктите на редица вирусни онкогени. Тяхната връзка с клетъчните аналози на онкогени, които имат подобни свойства при злокачествен и нормален клетъчен растеж, беше обсъдена по-горе. Изследването на структурата на тези компоненти разкрива висока степен на хомология между рецепторите и онкогените, например между EGF рецептора и между TGF рецептора и и между инсулиновия рецептор и v-rav.

Участието на тирозин киназата в трансформацията на сигнала на инсулиновия рецептор не е доказано, но може да се състои във фосфорилиране на специфичен протеин, който инициира действието на инсулина, в задействане на каскадата фосфорилиране-дефосфорилиране, в промяна на някои свойства на клетката мембрана или при образуването на някакъв мембранно свързан продукт, например фосфолипид.

Б. Фосфорилиране-дефосфорилиране на протеини.

Много от метаболитните ефекти на инсулина, особено тези, които се появяват бързо, са медиирани от неговото влияние върху реакциите на фосфорилиране-дефосфорилиране на протеини, което от своя страна засяга ензимната активност на този протеин. Списъкът на ензимите, чиято активност се регулира по този начин, е даден в табл. 51.3. В някои случаи инсулинът намалява вътреклетъчното съдържание на cAMP (чрез активиране на cAMP фосфодиестераза), което води до намаляване на активността на cAMP-зависимата протеин киназа. Такива ефекти са характерни за гликоген синтазата и фосфорилазата. В други случаи действието на инсулина не зависи от AMP и се свежда до активиране на други протеин кинази (например в случай на инсулинова рецепторна тирозин киназа), инхибиране на трети протеин кинази (Таблица 44.4) или (по-често ) за стимулиране на фосфопротеин фосфатазите. Дефосфорилирането повишава активността на редица ключови ензими (Таблица 51.3). Такива ковалентни модификации осигуряват почти мигновени промени в ензимните активности.

Таблица 51.3. Ензими, чиято степен на фосфорилиране и активност се регулират от инсулин. (Модифицирано и възпроизведено, с разрешение, от Denton R. M. et al: частичен изглед на механизма на действие на инсулина. Diabetologia 1981, 21, 347.)

D. Ефект върху транслацията на иРНК. Известно е, че инсулинът влияе върху изобилието и активността на най-малко 50 протеина в различни тъкани, като много от тези ефекти се дължат на ковалентна модификация. Идеята за ролята на инсулина в транслацията на иРНК се основава главно на данни за рибозомния протеинов компонент 86 на рибозомната субединица. Такъв механизъм може да осигури общ ефект на инсулина върху синтеза на протеини в черния дроб, скелетните и сърдечните мускули.

D. Ефект върху генната експресия. Всички описани ефекти на инсулина се реализират на нивото на плазмената мембрана или в цитоплазмата. Въпреки това, инсулинът е в състояние да повлияе (очевидно чрез своя вътреклетъчен медиатор) някои специфични ядрени процеси. Ензимът фосфоенолпнруват карбоксилаза (PEPCK) катализира ограничаващата скоростта реакция на глюконеогенезата. Синтезът на PEPKK под въздействието на инсулин намалява и следователно интензивността на глюконеогенезата намалява. Сравнително наскоро беше показано, че когато се добави инсулин към хепатомна клетъчна култура, в рамките на няколко минути скоростта на транскрипция на гена FEPKK се намалява селективно (фиг. 51.17). В резултат количеството както на първичните, така и на зрелите транскрипти намалява, което от своя страна води до намаляване на синтеза на PEPKK. Този ефект възниква при физиологични концентрации на инсулин, медииран е от инсулиновия рецептор и изглежда се дължи на намаляване на скоростта на синтез

Ориз. 51.17. Влиянието на инсулиновия ген върху транскрипцията на специфичен ген. При добавяне на инсулин към хепатомна клетъчна култура, скоростта на транскрипция на гена PEPKK бързо намалява, което е придружено от намаляване на количеството на първичния транскрипт в зрелия, когато количеството на цитоплазмения намалява, скоростта на протеина PEPKK синтезът също намалява. (Възпроизведено, с разрешение, от Sasaki K. et al. Multihormonal adjustment of phosphoenolpyruvate carboxykinase gen transcription, J. Biol. Chem., 1984, 259, 15242.)

Ефектът на инсулина върху генната транскрипция е открит за първи път при изучаване на механизма на регулиране на FEPKK, но сега са известни и други примери. Освен това изглежда вероятно регулирането на синтеза на иРНК да е основен ефект на инсулина. Инсулинът засяга синтеза на много специфични иРНК (Таблица 51.4), включително все още неидентифицирани иРНК в черния дроб, мастната тъкан и мускулите (скелетни и сърдечни). Ефектът на инсулина върху транскрипцията на гените за овалбумин, албумин и казеин е доказан.

Действието на инсулина се простира до ензимите, останали в клетките, до секретираните ензими и протеини, до протеините, участващи в процесите на възпроизводство, и до структурните протеини (Таблица 51.4). Тези ефекти са регистрирани в много органи и тъкани и в много видове. Регулирането на транскрипцията на специфични иРНК от инсулин в момента е извън съмнение. Този път на модулиране на ензимната активност не е по-малък по важност от механизма на фосфорилиране-дефосфорилиране. Това е влиянието на инсулина върху генната транскрипция, което вероятно обяснява неговата роля в ембриогенезата, диференциацията, както и клетъчния растеж и делене.

Таблица 51.4. Протеини, чиито информационни РНК се регулират от инсулин

Патофизиология

Захарният диабет се развива при липса на инсулин или резистентност към неговото действие. Приблизително 90% от пациентите с диабет имат инсулинозависим захарен диабет тип II (NIDDM). Такива пациенти се характеризират със затлъстяване, повишени плазмени нива на инсулин и намаляване на броя на инсулиновите рецептори. Останалите 10% от пациентите са с диабет тип I, т.е. инсулинозависим захарен диабет тип I (IDDM). Обсъдените по-горе метаболитни нарушения са по-типични за диабет тип I.

Редица редки състояния илюстрират важни характеристики на инсулиновото действие. Някои хора развиват антитела срещу инсулиновите рецептори. Тези антитела пречат на инсулина да се свърже с рецептора и в резултат на това такива индивиди развиват синдром на тежка инсулинова резистентност (виж Таблица 43.2). При тумори от В клетки се появяват хиперинсулинемия и синдром, характеризиращ се с тежка хипогликемия. Важната роля на инсулина (или може би IGF-1 или IGF-2) в органогенезата се доказва от редки случаи на нанизъм. Този синдром се характеризира с ниско тегло при раждане, ниска мускулна маса, ниски подкожни мазнини, много малки черти на лицето, инсулинова резистентност със значително увеличение на плазмения биоактивен инсулин и ранна смърт. Някои от тези пациенти или нямат или имат дефектни инсулинови рецептори.

Всеки е чувал за диабета. За щастие много хора нямат това състояние. Въпреки че често се случва болестта да се развие много тихо, незабележимо, показвайки лицето си само по време на рутинен преглед или в спешна ситуация. Диабетът зависи от нивото на определен хормон, произведен и усвоен от човешкото тяло. Какво представлява инсулинът, как работи и какви проблеми може да причини неговият излишък или дефицит, ще разгледаме по-долу.

Хормони и здраве

Ендокринната система е един от компонентите на човешкото тяло. Много органи произвеждат сложни вещества - хормони. Те са важни за качественото осигуряване на всички процеси, от които зависи човешкият живот. Едно от тези вещества е хормонът инсулин. Неговият излишък засяга не само функционирането на много органи, но и самия живот, тъй като рязък спад или повишаване на нивото на това вещество може да причини кома или дори смърт на човек. Следователно, определена група хора, страдащи от нарушение на нивото на този хормон, постоянно носят със себе си спринцовка с инсулин, за да могат да си направят жизненоважна инжекция.

Хормонален инсулин

Какво представлява инсулинът? Този въпрос е от интерес за тези, които са запознати с неговия излишък или дефицит от първа ръка, както и за тези, които не са засегнати от проблема с инсулиновия дисбаланс. Хормон, произвеждан от панкреаса и получил името си от латинската дума „insula“, което означава „остров“. Това вещество получи името си поради зоната на образуване - островите на Лангерханс, разположени в тъканите на панкреаса. В момента учените са проучили този хормон най-пълно, тъй като той засяга всички процеси, протичащи във всички тъкани и органи, въпреки че основната му задача е да понижи нивата на кръвната захар.

Инсулинът като структура

Структурата на инсулина вече не е тайна за учените. Изследването на този важен за всички органи и системи хормон започва в края на 19 век. Трябва да се отбележи, че клетките на панкреаса, които произвеждат инсулин, островите на Лангерханс, са получили името си на студента по медицина, който пръв обърна внимание на натрупванията на клетки в тъканта на органа на храносмилателната система, изследван под микроскоп. Отне почти век от 1869 г. преди фармацевтичната индустрия да започне масово производство на инсулинови продукти, за да помогне на хората с диабет значително да подобрят качеството си на живот.

Структурата на инсулина е комбинация от две полипептидни вериги, състоящи се от аминокиселинни остатъци, свързани с така наречените дисулфидни мостове. Молекулата на инсулина съдържа 51 аминокиселинни остатъка, условно разделени на две групи - 20 под индекс "А" и 30 под индекс "В". Разликите между човешкия и свинския инсулин, например, са налице само в един остатък под индекса "B"; човешкият инсулин и говеждият панкреатичен хормон се различават в три остатъка под индекса "B". Следователно естественият инсулин от панкреаса на тези животни е един от най-често срещаните компоненти за лекарства за диабет.

Научно изследване

Взаимозависимостта на лошата функция на панкреаса и развитието на диабет, заболяване, придружено от повишени нива на глюкоза в кръвта и урината, е забелязана от лекарите доста отдавна. Но едва през 1869 г. студент по медицина от Берлин, 22-годишният Пол Лангерханс, открива групи панкреатични клетки, които преди това са били неизвестни на учените. И именно от името на младия изследовател те получиха името си - островите на Лангерханс. След известно време, по време на експерименти, учените доказаха, че секрецията на тези клетки засяга храносмилането и липсата му рязко повишава нивото на захарта в кръвта и урината, което има отрицателен ефект върху състоянието на пациента.

Началото на двадесети век бе белязано от откритието на руския учен Иван Петрович Соболев за зависимостта на въглехидратния метаболизъм от активността на производството на секреция на островите на Лангерханс. Доста дълго време биолозите дешифрираха формулата на този хормон, за да могат да го синтезират изкуствено, защото има много, много хора с диабет и броят на хората с това заболяване непрекъснато расте.

Едва през 1958 г. е определена последователността на аминокиселините, от които се образува инсулиновата молекула. За това откритие британският молекулярен биолог Фредерик Сангър беше удостоен с Нобелова награда. Но пространственият модел на молекулата на този хормон през 1964 г., използвайки метода на рентгенова дифракция, е определен от Дороти Кроуфут-Ходжкин, за което тя също получава най-високата научна награда. Инсулинът в кръвта е един от основните показатели за човешкото здраве и неговото колебание извън определени стандартни показатели е причина за обстоен преглед и конкретна диагноза.

Къде се произвежда инсулин?

За да разберете какво е инсулин, е необходимо да разберете защо човек се нуждае от панкреаса, тъй като това е органът, свързан с ендокринната и храносмилателната система, който произвежда този хормон.

Структурата на всеки орган е сложна, тъй като освен отделите на органа, той съдържа и различни тъкани, състоящи се от различни клетки. Особеност на панкреаса са Лангерхансовите острови. Това са специални клъстери от клетки, произвеждащи хормони, разположени по цялото тяло на органа, въпреки че основното им местоположение е опашката на панкреаса. При възрастен, според биолозите, има около един милион такива клетки, а общата им маса е само около 2% от масата на самия орган.

Как се произвежда "сладкият" хормон?

Инсулинът в кръвта, съдържащ се в определено количество, е един от показателите за здраве. За да стигнат до такава концепция, която е очевидна за съвременните хора, учените се нуждаеха от десетки години усърдни изследвания.

Първоначално са изолирани два вида клетки, изграждащи Лангерхансовите острови – клетки тип А и клетки тип В. Тяхната разлика се състои в производството на секрети, които са различни по своята функционална ориентация. Клетките тип А произвеждат глюкагон, пептиден хормон, който подпомага разграждането на гликогена в черния дроб и поддържа постоянно ниво на кръвната захар. Бета клетките отделят инсулин, пептиден хормон от панкреаса, който понижава нивата на глюкозата, като по този начин засяга всички тъкани и съответно органи на човешкото или животинското тяло. Тук има ясна връзка - А-клетките на панкреаса потенцират появата на глюкоза, което от своя страна кара В-клетките да работят, отделяйки инсулин, който намалява нивата на захарта. От островите на Лангерханс се произвежда "сладкият" хормон, който навлиза в кръвта на няколко етапа. Препроинсулинът, който е инсулинов прекурсорен пептид, се синтезира върху рибозомите на късото рамо на хромозома 11. Този изходен елемент се състои от 4 вида аминокиселинни остатъци – А-пептид, В-пептид, С-пептид и L-пептид. Той навлиза в ендоплазмения ретикулум на еукариотната мрежа, където L-пептидът се отделя от него.

Така препроинсулинът се превръща в проинсулин, който прониква в така наречения апарат на Голджи. Това е мястото, където настъпва узряването на инсулина: проинсулинът губи С-пептид, разделяйки се на инсулин и биологично неактивен пептиден остатък. От островите на Лангерханс инсулинът се отделя от глюкозата в кръвта, която навлиза в В-клетките. Там, в резултат на цикъл от химични реакции, секретираният преди това инсулин се освобождава от секреторни гранули.

Каква е ролята на инсулина?

Действието на инсулина е изследвано дълго време от физиолози и патофизиолози. В момента това е най-изследваният хормон в човешкото тяло. Инсулинът е важен за почти всички органи и тъкани, участвайки в по-голямата част от метаболитните процеси. Специална роля се отрежда на взаимодействието на панкреатичния хормон и въглехидратите.

Глюкозата е производно вещество в метаболизма на въглехидратите и мазнините. Той навлиза в В-клетките на Лангерхансовите острови и ги кара да секретират активно инсулин. Този хормон върши максималната си работа, когато транспортира глюкозата в мастната и мускулната тъкан. Какво представлява инсулинът за метаболизма и енергията в човешкото тяло? Той потенцира или блокира много процеси, като по този начин засяга функционирането на почти всички органи и системи.

Пътят на хормона в тялото

Един от най-важните хормони, който влияе върху всички системи на тялото, е инсулинът. Нивото му в телесните тъкани и течности служи като индикатор за здравословно състояние. Пътят, който този хормон изминава от производството до елиминирането, е много сложен. Екскретира се главно от бъбреците и черния дроб. Но медицинските учени провеждат изследвания върху клирънса на инсулина в черния дроб, бъбреците и тъканите. Така че в черния дроб, преминавайки през порталната вена, така наречената портална система, около 60% от инсулина, произведен от панкреаса, се разгражда. Останалото количество, което е останалите 35-40%, се отделя от бъбреците. Ако инсулинът се прилага парентерално, той не преминава през порталната вена, което означава, че основното елиминиране се извършва от бъбреците, което се отразява на тяхната работа и, така да се каже, износване.

Основното нещо е балансът!

Инсулинът може да се нарече динамичен регулатор на процесите на образуване и използване на глюкоза. Няколко хормона повишават нивата на кръвната захар, например глюкагон, соматотропин (хормон на растежа) и адреналин. Но само инсулинът намалява нивата на глюкозата и в това той е уникален и изключително важен. Ето защо се нарича още хипогликемичен хормон. Характерен индикатор за някои здравословни проблеми е кръвната захар, която пряко зависи от производството на секрети от Лангерхансовите острови, тъй като инсулинът е този, който намалява глюкозата в кръвта.

Нормалното ниво на кръвната захар на гладно за здрав възрастен варира от 3,3 до 5,5 mmol/l. В зависимост от това колко отдавна човек е консумирал храна, тази цифра варира между 2,7 - 8,3 mmol/l. Учените са установили, че яденето на храна провокира скок в нивата на глюкозата няколко пъти. Продължителното, устойчиво повишаване на кръвната захар (хипергликемия) показва развитието на захарен диабет.

Хипогликемия - намаляването на този показател може да причини не само кома, но и смърт. Ако нивото на захарта (глюкозата) падне под физиологично приемливата стойност, се активират хипергликемични (контраинсулинови) хормони, които освобождават глюкоза. Но адреналинът и други хормони на стреса значително потискат освобождаването на инсулин, дори на фона на повишени нива на захар.

Хипогликемия може да се развие, когато количеството глюкоза в кръвта намалее поради излишък от лекарства, съдържащи инсулин, или поради излишък от производство на инсулин. Хипергликемията, напротив, задейства производството на инсулин.

Инсулинозависими заболявания

Повишеният инсулин провокира намаляване на нивата на кръвната захар, което при липса на спешни мерки може да доведе до хипогликемична кома и смърт. Това състояние е възможно при неоткрито доброкачествено новообразувание от бета клетките на Лангерхансовите острови в панкреаса - инсулином. Еднократна свръхдоза инсулин, приложена умишлено, се използва от известно време при лечението на шизофрения за потенциране на инсулиновия шок. Но дългосрочното приложение на големи дози инсулинови лекарства причинява комплекс от симптоми, наречен синдром на Somogyi.

Продължителното повишаване на нивата на кръвната захар се нарича захарен диабет. Експертите разделят това заболяване на няколко вида:

• Диабет тип 1 се основава на недостатъчното производство на инсулин от клетките на панкреаса; инсулинът при диабет тип 1 е жизненоважно лекарство;
• диабет тип 2 се характеризира с намаляване на прага на чувствителност на инсулинозависимите тъкани към този хормон;
• Диабетът MODY е цял комплекс от генетични дефекти, които заедно водят до намаляване на количеството секреция от В-клетките на Лангерхансовите острови;
• Гестационният захарен диабет се развива само при бременни жени, след раждането или изчезва, или намалява значително.

Характерен признак на всеки вид това заболяване е не само повишаване на нивото на кръвната захар, но и нарушаване на всички метаболитни процеси, което води до сериозни последствия.

Трябва да се живее с диабет!

Не толкова отдавна захарният диабет в инсулинозависима форма се смяташе за нещо, което сериозно влошава качеството на живот на пациента. Но днес са разработени много устройства за такива хора, които значително опростяват ежедневните рутинни задачи за поддържане на здравето. Например инсулиновата писалка се превърна в незаменим и удобен атрибут за редовно приемане на необходимата доза инсулин, а глюкомерът ви позволява независимо да следите нивата на кръвната захар, без да напускате дома си.

Видове съвременни инсулинови препарати

Хората, на които им се налага да приемат лекарства с инсулин, знаят, че фармацевтичната индустрия ги произвежда в три различни позиции, характеризиращи се с продължителност и вид работа. Това са така наречените видове инсулин.

1. Свръхкъсите инсулини са новост във фармакологията. Те действат само 10-15 минути, но през това време успяват да играят ролята на естествен инсулин и да задействат всички метаболитни реакции, от които тялото се нуждае.
2. Късите или бързодействащи инсулини се приемат непосредствено преди хранене. такова лекарство започва да действа 10 минути след перорално приложение, а продължителността на действието му е максимум 8 часа от момента на приемане. Този тип се характеризира с пряка зависимост от количеството на активното вещество и продължителността на неговата работа - колкото по-голяма е дозата, толкова по-дълго действа. Инжекциите с краткодействащ инсулин се прилагат подкожно или интравенозно.
3. Средните инсулини представляват най-голямата група хормони. Те започват да действат 2-3 часа след въвеждане в организма и действат 10-24 часа. Различните междинни инсулинови препарати могат да имат различни пикове на активност. Лекарите често предписват сложни лекарства, които включват краткосрочен и средносрочен инсулин.
4. Инсулините с продължително действие се считат за основни лекарства, които се приемат веднъж дневно и затова се наричат ​​основни. Дългодействащият инсулин започва да действа само след 4 часа, така че при тежки форми на заболяването не се препоръчва да се пропуска дозата му.

Лекуващият лекар може да реши кой инсулин да избере за конкретен случай на захарен диабет, като вземе предвид много обстоятелства и хода на заболяването.

Какво представлява инсулинът? Жизненоважният, най-задълбочено проучен хормон на панкреаса, който е отговорен за понижаването на нивата на кръвната захар и участва в почти всички метаболитни процеси, протичащи в по-голямата част от телесните тъкани.