Универсальный план изучения гормона
Тема гормонов считается одной из самых объёмных в курсе биохимии, поскольку для каждого гормона требуется знать происхождение, химическую природу, механизм действия и клинические корреляты. Чтобы упорядочить материал, удобно использовать единый план из семи пунктов, по которому разбирается каждый гормон.
- Структура и название — обязательно для стероидных гормонов и производных аминокислот; для пептидных достаточно числа аминокислотных остатков.
- Классификация по строению — отнесение к одной из базовых групп (пептидно-белковые, стероидные, производные аминокислот).
- Место и схема синтеза — с указанием органа, типа клеток, ферментов и промежуточных форм.
- Сигнал на секрецию — внешний или внутренний стимул, запускающий выброс гормона, и клетки-мишени.
- Механизм передачи сигнала — тип рецептора и внутриклеточный каскад.
- Основные эффекты — изменения метаболических путей в клетке-мишени.
- Патологии при гипо- и гиперфункции — клинические состояния, связанные с дефицитом или избытком гормона.
Структура и классификация инсулина
Инсулин относится к пептидно-белковым гормонам. Молекула состоит из двух полипептидных цепей — цепи А и цепи В, соединённых дисульфидными мостиками. Внутри цепи А также имеется внутримолекулярный дисульфидный мостик. Развёрнутую аминокислотную последовательность заучивать не требуется, но число остатков в каждой цепи знать нужно.
Синтез инсулина в β-клетках
Инсулин синтезируется в поджелудочной железе, в β-клетках островков Лангерганса. В α-клетках тех же островков образуется глюкагон — гормон с противоположным действием.
Этапы синтеза последовательно отщепляют «приставки» от исходного предшественника:
- На рибосомах сначала формируется сигнальный пептид, направляющий синтез в ЭПС.
- Образуется препроинсулин — полная исходная форма.
- После отщепления сигнального пептида остаётся проинсулин, который транспортируется в аппарат Гольджи.
- В аппарате Гольджи от проинсулина отщепляется С-пептид, и формируется зрелый инсулин.
- В секреторных везикулах хранятся инсулин и С-пептид в эквимолярных количествах и выделяются в кровь одновременно.
С-пептид сохраняется в крови дольше, чем сам инсулин, поэтому его уровень используется в клинической диагностике для дифференцировки сахарного диабета 1 и 2 типов.
Секреция и механизм действия
Сигналом к секреции инсулина служит повышение концентрации глюкозы в плазме крови после приёма пищи. Главные клетки-мишени — гепатоциты, адипоциты и миоциты.
Передача сигнала осуществляется через инсулиновый рецептор — рецептор с тирозинкиназной активностью. Активация рецептора запускает каскад фосфорилирования и приводит к нескольким ключевым событиям:
- встраивание транспортёра ГЛЮТ-4 в плазматическую мембрану клеток мышечной и жировой ткани;
- активация фосфатаз и дефосфорилирование ряда ключевых ферментов;
- регуляция экспрессии генов через белки, действующие на ДНК.
Метаболические эффекты инсулина
Тема гормонов соединяется со всеми остальными разделами биохимии именно через эффекторные звенья. Основные действия инсулина:
- увеличение транспорта глюкозы в клетки за счёт ГЛЮТ-4;
- индукция синтеза глюкокиназы — регуляторного фермента гликолиза в печени;
- повышение активности других регуляторных ферментов гликолиза (фосфофруктокиназы, пируваткиназы);
- активация гликогенсинтазы и стимуляция синтеза гликогена;
- активация ферментов синтеза жирных кислот (включая ацетил-КоА-карбоксилазу и синтазу жирных кислот);
- торможение мобилизации жиров за счёт ингибирования гормон-чувствительной триглицеридлипазы.
Таким образом, инсулин — анаболический гормон, переключающий обмен на запасание энергетических субстратов.
Патологии: сахарный диабет
Сахарный диабет возникает при абсолютном или относительном дефиците инсулина.
- Диабет 1 типа — абсолютный дефицит, обусловленный разрушением β-клеток. Провоцирующими факторами могут служить β-цитотропные вирусы (например, вирусы Коксаки, краснухи, эпидемического паротита) на фоне генетической предрасположенности. Чаще встречается у детей и подростков.
- Диабет 2 типа — относительный дефицит. Инсулин синтезируется, но его действия недостаточно: возможны нарушения секреции, ускоренный распад гормона или дефекты рецептора (инсулинорезистентность). Заболевание чаще приобретённое, развивается после 40 лет.
Лабораторное определение уровня С-пептида помогает оценить остаточную секреторную функцию β-клеток и разграничить типы диабета.
Ключевые моменты
- Каждый гормон удобно изучать по единому плану из семи пунктов: структура, классификация, синтез, сигнал секреции, рецептор, эффекты, патологии.
- Инсулин — пептидно-белковый гормон из двух цепей (А и В), соединённых дисульфидными мостиками.
- Синтез идёт в β-клетках островков Лангерганса через стадии препроинсулин → проинсулин → инсулин + С-пептид.
- Инсулин и С-пептид секретируются в эквимолярных количествах; С-пептид используется для диагностики диабета.
- Стимул секреции — повышение глюкозы крови; основные мишени — печень, мышцы, жировая ткань.
- Сигнал реализуется через инсулиновый рецептор с тирозинкиназной активностью и встраивание ГЛЮТ-4.
- Инсулин активирует гликолиз, синтез гликогена и жирных кислот, тормозит липолиз.
- Дефицит инсулина приводит к сахарному диабету 1 типа (абсолютный) или 2 типа (относительный, включая инсулинорезистентность).