Универсальный план изучения гормонов
Раздел эндокринологии в биохимии содержит десятки гормонов, и для каждого требуется знать структуру, регуляцию синтеза, механизм действия на клетку-мишень и связанные патологии. Чтобы систематизировать материал, удобно характеризовать любой гормон по единому плану из семи пунктов:
- Структура и название — обязательна для стероидных гормонов и производных аминокислот; для пептидных достаточно числа аминокислот.
- Классификация по строению — отнесение к пептидно-белковым, стероидным или производным аминокислот.
- Место и схема синтеза — с указанием ферментов и формул.
- Сигнал к секреции — внешний или внутренний стимул, запускающий выделение.
- Механизм передачи сигнала — тип рецептора и каскад внутриклеточных реакций.
- Основные эффекты в клетке-мишени.
- Патологии при гипо- и гиперфункции.
Структура и синтез инсулина
Инсулин — пептидно-белковый гормон, состоящий из двух полипептидных цепей (А и В), соединённых дисульфидными мостиками. Синтез происходит в β-клетках островков Лангерганса поджелудочной железы (в α-клетках синтезируется глюкагон).
На рибосомах сначала образуется препроинсулин с сигнальным пептидом, направляющим белок в эндоплазматический ретикулум. После отщепления сигнального пептида получается проинсулин, который транспортируется в аппарат Гольджи. Там от молекулы отщепляется С-пептид, и формируется зрелый инсулин. Готовый инсулин и С-пептид упаковываются в секреторные везикулы и выделяются в кровь в эквимолярных количествах.
Клиническое значение С-пептида: он сохраняется в кровотоке дольше инсулина, поэтому его уровень используют для дифференциальной диагностики сахарного диабета 1 и 2 типов.
Сигнал к секреции и механизм действия
Главный стимул выделения инсулина — повышение концентрации глюкозы в плазме крови после приёма пищи. Гормон обеспечивает поступление глюкозы в клетки и её утилизацию.
Основные клетки-мишени — гепатоциты, адипоциты и миоциты. Инсулин связывается с мембранным инсулиновым рецептором тирозинкиназной природы. Активация рецептора запускает каскад фосфорилирования и дефосфорилирования белков, в результате чего:
- в плазматическую мембрану встраивается транспортёр ГЛЮТ-4, обеспечивающий вход глюкозы в клетку;
- активируются ферменты дефосфорилирования ключевых метаболических ферментов;
- изменяется экспрессия генов через регуляторные белки.
Основные метаболические эффекты
Эффекты инсулина связывают тему гормонов со всеми остальными разделами биохимии — обменом углеводов и липидов:
- усиление транспорта глюкозы в клетки за счёт ГЛЮТ-4;
- индукция синтеза глюкокиназы — регуляторного фермента гликолиза в печени;
- повышение активности регуляторных ферментов гликолиза, в том числе фосфофруктокиназы;
- активация гликогенсинтазы и стимуляция синтеза гликогена;
- активация ферментов синтеза жирных кислот (липогенез);
- подавление мобилизации жиров за счёт ингибирования гормон-чувствительной триацилглицероллипазы.
Таким образом, инсулин является анаболическим гормоном, направляющим энергетические субстраты на запасание.
Патологии: сахарный диабет
Основное заболевание, связанное с нарушением функции инсулина, — сахарный диабет, обусловленный абсолютным или относительным дефицитом гормона.
Сахарный диабет 1 типа — абсолютный дефицит инсулина. Возникает из-за разрушения β-клеток, в том числе под действием β-цитотропных вирусов (вирус Коксаки, краснухи, паротита и др.) на фоне генетической предрасположенности. Чаще развивается у детей и подростков, поэтому условно называется «молодым» диабетом.
Сахарный диабет 2 типа — относительный дефицит инсулина. Гормон синтезируется, но его действие нарушено: возможен сбой в секреции, ускоренная деградация инсулина или дефект инсулинового рецептора с развитием инсулинорезистентности. Это приобретённая форма, развивающаяся обычно после 40 лет.
Ключевые моменты
- Изучение любого гормона удобно строить по плану из семи пунктов: структура, классификация, синтез, сигнал секреции, механизм действия, эффекты, патологии.
- Инсулин — пептидно-белковый гормон из двух цепей, соединённых дисульфидными мостиками.
- Синтезируется в β-клетках островков Лангерганса через стадии препроинсулина и проинсулина с отщеплением сигнального пептида и С-пептида.
- Сигнал к секреции — повышение уровня глюкозы в крови; мишени — гепатоциты, адипоциты, миоциты.
- Механизм действия реализуется через тирозинкиназный инсулиновый рецептор и встраивание ГЛЮТ-4.
- Инсулин стимулирует гликолиз, синтез гликогена и жирных кислот, подавляет липолиз.
- Сахарный диабет 1 типа — абсолютный дефицит инсулина, 2 типа — относительный, часто связанный с инсулинорезистентностью.
- Уровень С-пептида помогает дифференцировать типы сахарного диабета.