Биологические функции инсулина. Биологическая роль инсулин


что это такое, виды, функции, какой орган вырабатывает?

Что такое инсулин, какой орган вырабатывает его?

Инсулин – это биологически активное соединение, которое является гормоном, регулирующим обмен глюкозы в организме человека. По структуре он является белком (пептидом), состоящим из 51 аминокислоты. Молекула состоит из 2-х цепей (А- и В-цепь), включающих 21 и 30 аминокислот. Цепи между собой соединяются посредством дисульфидных мостиков аминокислоты цистеина. Синтез данного соединения происходит в клетках (бета-клетки) эндокринной части поджелудочной железы, которая представлена островками Лангерганса. Клетки реагируют на уровень глюкозы в крови, при его повышении интенсивность синтеза инсулина увеличивается.

Механизм снижения уровня глюкозы

Воздействие инсулина на клетки организма человека осуществляется посредством специальных белков-рецепторов, которые локализуются в цитоплазматических мембранах. Они состоят из 2-х субъединиц. Связывание гормона с данным рецептором приводит к изменению концентрации ряда ферментов в клетке, что запускает каскад биохимических реакций. В итоге в цитоплазматической мембране увеличивается количество белка переносчика глюкозы GLUT 4. Это приводит к более быстрой и полной утилизации углеводов из крови. Основными результатами биологического воздействия гормона являются:

  • Снижение уровня глюкозы.
  • Утилизация данного углевода клетками с предотвращением их энергетического голодания.

Молекулы инсулина связываются с рецепторами всех клеток организма, при этом концентрация гормона в крови остается невысокой.

Биологические функции

Инсулину принадлежит значительная роль в регуляции обменных процессов в организме, включая не только обмен глюкозы, но и метаболизм других органических соединений (липидов, белков). Он выполняет ряд важных биологических функций, таких как:

  • Энергетическая функция – обеспечение всех клеток организма энергией за счет улучшения утилизации глюкозы.
  • Усиление анаболических процессов – увеличение энергетического потенциала клеток способствует формированию различных внутриклеточных структур и цитоплазматических мембран. Также гормон влияет на белковый метаболизм, в частности он способствует поступлению ряда аминокислот, минеральных солей в клетки и их включению в синтетические процессы.
  • Антикатаболические эффекты – гормон препятствует усилению процессов расщепления белковых соединений и липидов, входящих в состав клеточных структур и межклеточного вещества.

Данные эффекты являются очень важными, поэтому изменения уровня данного гормона в организме человека могут привести к тяжелому нарушению (иногда необратимому) течения метаболических процессов в клетках.

Что происходит при изменении уровня гормона?

Так как данный гормон является очень важным для организма человека, то изменения его уровня может приводить к развитию различных патологических состояний. Снижение уровня является более частым явлением (развивается при повреждении бета-клеток) и сопровождает сахарный диабет (инсулинозависимый), который заключается в ухудшении утилизации глюкозы клетками организма, в повышении ее концентрации в крови, а также нарушении других видов метаболизма (обмен жиров и белков). Длительное повышение уровня глюкозы приводит к ряду осложнений, к которым относятся поражение тканей головного мозга, почек, сердца, сетчатки глаза и артериальных сосудов. Повышение уровня инсулина является достаточно редким явлением. Обычно это происходит при передозировке препаратами для лечения сахарного диабета, представляющими собой различные формы синтетического гормона.

Норма в плазме

Современная лабораторная диагностика позволяет определять концентрацию инсулина в плазме крови. Для этого применяются специальные иммуноферментные реакции, поэтому в результате анализа гормон называется иммунореактивный инсулин. Его нормальная концентрация варьирует в пределах 6 – 24 мкЕД/мл. Также дополнительно может определяться неактивная форма гормона, которая называется С-пептид (он в плазме активируется и превращается в инсулин), его нормальный уровень составляет 0,5 – 3 нг/мл. Определение данных соединений необходимо для качественной диагностики сахарного диабета, в частности для дифференциации инсулинозависимого типа нарушения метаболизма глюкозы.

Виды инсулина

Лечение инсулинозависимого сахарного диабета заключается в проведении гормонозаместительной терапии с периодическим парентеральным (подкожным) введением различных видов инсулина. В зависимости от скорости и длительности сахароснижающего действия инсулина различают несколько его видов:

  • Быстродействующий короткий инсулин – эффект наступает практически сразу после введения и сохраняется в течение непродолжительного периода времени. Его введение проводится непосредственно перед приемом пищи для лучшего усвоения глюкозы и предотвращения пикового повышения ее уровня.
  • Инсулин средней продолжительности – применяется наиболее часто в практике патогенетической терапии нарушений обмена углеводов. Эффект развивается через 2 – 3 часа после введения и сохраняется на протяжении от 16 до 24 часов.
  • Длительно действующий вид – необходим для поддержания уровня гормона на относительно постоянном уровне. Эффект развивается не ранее, чем через 4 – 6 часов, но при этом сохраняется до 2-х суток.

Так как данный гормон является сильнодействующим соединением, то даже при невысокой концентрации в плазме крови может вызвать значительное снижение уровня глюкозы. Незначительное превышение дозы введенного инсулина приводит к выраженному снижению уровня глюкозы, что сопровождается судорогами, нарушением функциональной активности головного мозга, вплоть до потери сознания. Смертельная доза зависит от первоначальной концентрации глюкозы. При снижении глюкозы менее 1,5 ммоль/л наступает тяжелое энергетическое голодание клеток головного мозга, что может привести к смерти. Инсулин для лечения инсулинозависимого диабета назначает только врач-эндокринолог. Он подбирает дозировку и вид препарата индивидуально, а также проводит обстоятельный инструктаж в отношении правильного применения с целью предотвращения передозировки.

prodiabet24.ru

2. Биологические функции инсулина

Инсулин - главный анаболический гормон. Он участвует в регуляции метаболизма, транспорта глюкозы, аминокислот, ионов, в синтезе белков. Инсулин влияет также на процессы репликации и транскрипции, участвуя таким образом в регуляции клеточной дифференцировки, пролиферации и трансформации клеток. Участие инсулина в регуляции метаболизма рассмотрено в соответствующих разделах. Влияние инсулина на ключевые ферменты метаболизма представлено в табл. 1.

Влияние инсулина на метаболизм глюкозы. Инсулин стимулирует утилизацию глюкозы в клетках разными путями. Около 50% глюкозы используется в процессе Гликолиза, 30-40% превращается в жиры и около 10% накапливается в форме гликогена. Общий результат стимуляции этих процессов - снижение концентрации глюкозы в крови.

Влияние инсулина на метаболизм глюкозы осуществляется путём повышения активности и количества ключевых ферментов гликолиза: глюкокиназы, фосфофруктокиназы, пируваткиназы. В мышцах инсулин активирует гексокиназу П. В печени и мышцах под влиянием инсулина снижается концентрация цАМФ в результате активации фосфодиэстеразы. Кроме того, инсулин активирует фосфатазы, дефосфорилирующие гликогенсинтазу,

Таблица 1. Влияние инсулина на ключевые ферменты метаболизма

Печень

Мышцы

Жировая ткань

 

Активация

 

1 . Фосфодиэстераза

1 . Фосфодиэстераза

1 . ЛП-липаза

2. Фосфофруктокиназа

2. Фосфофруктокиназа

2. Фосфофруктокиназа

3. Пируваткиназа

3. Пируваткиназа

3. Пируваткиназа

4. Пируватдегидрогеназный комплекс

4. Пируватдегидрогеназный комплекс

4. Ацетил-КоА-карбоксилаза

5. Фосфатаза гликогенсинтазы и гликогенфосфорилазы

5. Фосфатаза гликогенсинтазы

 

б.Ацетил-КоА-карбоксилаза

 

 

 

Индукция

 

1 . Глюкокиназа

 

1 . Глицеральдегидфосфат- дегидрогеназа

2. Цитратлиаза

 

2. Пальмитатсинтаза

3. Пальмитатсинтаза

 

 

4. Пируваткиназа

 

 

5. Ацетил-КоА-карбоксилаза

 

 

6. Глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа

 

 

 

Репрессия

 

Фосфоенолпируваткарбоксикиназа

 

 

в результате чего происходит активация синтеза гликогена и тормозится его распад.

Эффекты инсулина, обусловленные фосфорилированием и дефосфорилированием ферментов, проявляются очень быстро, в течение нескольких секунд и минут. Параллельно с активацией ферментов гликолиза инсулин тормозит глюконеогенез, репрессируя синтез ключевого фермента глюконеогенеза - фосфоенолпируваткарбок-сикиназы (ФЕП карбоксикиназы).

Влияние инсулина на метаболизм жиров.  Инсулин в жировой ткани тормозит мобилизацию жиров. Он активирует фосфатазу, которая дефосфорилирует и тем самым инактивирует гормончувствительную ТАГ-липазу. Таким образом, под влиянием инсулина снижается концентрация жирных кислот, циркулирующих в крови. Инсулин стимулирует потребление нейтральных аминокислот в мышцах и синтез белков в печени, мышцах и сердце.

studfiles.net

Биологические функции инсулина

Инсулин— главный анаболический гормон, он влияет на все виды обмена веществ во всём организме. Однако в первую очередь действие инсулина касается обмена углеводов.

Влияние инсулина на метаболизм глюкозы

Ин­сулин стимулирует утилизацию глюкозы в клетках разными путями. Около 50% глюкозы использует­ся в процессе гликолиза, 30—40% превращается в жиры и около 10% накапливается в форме глико­гена. Общий результат стимуляции этих процес­сов — снижение концентрации глюкозы в крови.

Влияние инсулина на метаболизм липидов

В пе­чени и жировой ткани инсулин стимулирует син­тез липидов, обеспечивая получение для этого про­цесса необходимых субстратов (ацетил-КоА, глицерофосфат и NADPh3) из глюкозы. В жировой ткани инсулин тормозит мобилизацию липидов, что снижает концентрацию жирных кислот, циркулирующих в крови.

Влияние инсулина на метаболизм белков

Инсулин оказывает в целом анаболическое действие на белковый обмен. Он стимулирует потребление нейтральных аминокислот в мышцах и синтез белков в печени, мышцах и сердце.

Кроме того, инсулин регулирует клеточную дифференцировку, пролифе­рацию и трансформацию боль­шого количества клеток. Инсулин поддерживает рост и репликацию многих клеток эпителиального происхождения, в том числе гепатоцитов, опухолевых клеток. Инсулин усиливает спо­собность фактора роста фибробластов (ФРФ), тромбоцитарного фактора роста (ТФР), фак­тора роста эпидермиса (ФРЭ), простагландина (ПГF2a), вазопрессина и аналогов цАМФ акти­вировать размножение клеток.

Основные направления действия инсулина

1. Инсулин регулирует транспорт веществ

Инсулин стимулирует транспорт в клетку глюкозы, аминокислот, нуклеозидов, органического фосфата, ионов К+иСа2+. Эффект проявляются очень быстро, в течение несколь­ких секунд и минут.

Транспорт глюкозы в клетки происходит при участии ГЛЮТ. В мышцах и жировой ткани инсули­нзависимый ГЛЮТ-4, в отсутствие инсулина находится в цитозольных везикулах. Под влиянием инсулина происходит транслокация везикул с ГЛЮТ в плазмати­ческую мембрану и начинается транспорт глюкозы. При снижении концентрации инсулина, ГЛЮТ-4 возвращаются в цитозоль, и транспорт глюкозы прекращается.

2. Инсулин регулирует синтез ферментов

Инсулин влияет на скорость транскрипции более чем 100 специфических мРНК в печени,жировой ткани, скелетных мышцах и сердце.Эффект реализуется в течение несколько часов. В клетках печени инсулин индуцирует синтез ключевых ферментов гликолиза (глюкокиназы, фруктокиназы и пируваткиназы), ПФШ (глюкозо-6ф ДГ), липогенеза (цитратлиаза, пальмитатсинтаза, Ацетил-КоА-карбоксилаза) и репрессирует синтез ключевого фермента глюконеогенеза (ФЕП карбоксикиназу).

3. Инсулин регулирует активность ферментов

Инсулин регулирует активность ферментов путем их фосфорилирования и дефосфорилирования. Эффект проявляются очень быстро, в течение несколь­ких секунд и минут.

  • Инсулин активирует ключевые ферменты гликолиза: в печени, мышцах, жировой ткани – фосфофруктокиназу и пирруваткиназу; в печени – глюкокиназу; в мышцах - гексокиназу II.

  • Инсулин ингибирует в печени глюкозо-6-фосфотазу, что тормозит глюконеогенез и выход глюкозы в кровь.

  • Инсулин активирует фосфопротеинфосфотазу гликогенсинтазы и гликогенфосфорилазы, в результате активируется синте­з гликогена и тормозится его распад.

  • В адипоцитах инсулин активирует ключевой фермент липогенеза (АцетилКоА-карбоксилазу). Инсулин в гепатоцитах и адипоцитах активирует фосфопротеинфосфатазу, которая дефосфорилирует и инактивирует ТАГ-липазу, что тормозит липолиз.

  • Инсулин снижает активность аминотрансфераз и ферментов цикла мочевины. Последний эффект инсулина характеризуется повышением активности РНК-полимеразы и концентрации РНК в печени. При этом увеличивается скорость образования полисом и рибосом.

  • Инсулин активирует ФДЭ, которая снижает концентра­цию цАМФ, прерывает эффекты контринсулярных гормонов: в печени и жировой ткани тормозит липолиз, в печени и мышцах - глюконеогенез.

studfiles.net