Биологические функции инсулина. Биологические эффекты инсулина


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

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 (см. разделы 7, 8, 9). Влияние инсулина на ключевые ферменты метаболизма представлено в табл. 11-7.

Транспорт глюкозыв клетки происходит при участии специальных белков-переносчиков (см. раздел 7). Переносчик, регулируемый инсулином (ГЛЮТ-4), содержится только в мышцах и жировой ткани (инсулинзависимые ткани). В отсутствие инсулина ГЛЮТ-4 находятся в цитозольных везикулах. Под влиянием инсулина происходит транслокация везикул в плазматическую мембрану; при снижении концентрации гормона глюкотранспортёры возвращаются в цитозоль, и транспорт глюкозы прекращается.

В клетках печени инсулин индуцирует синтез глюкокиназы. В результате фосфорилирования концентрация свободной глюкозы в клетках поддерживается на низком уровне, что способствует её транспорту из крови по градиенту концентрации.

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.

Таблица 11-7. Влияние инсулина на ключевые ферменты метаболизма

Влияние инсулина на метаболизм глюкозы осуществляется путём повышения активности и количества ключевых ферментов гликолиза: глюкокиназы, фосфофруктокиназы, пируват-киназы (см. раздел 7). В мышцах инсулин активирует гексокиназу II. В печени и мышцах под влиянием инсулина снижается концентрация цАМФ в результате активации фосфодиэсте-разы. Кроме того, инсулин активирует фосфа-тазы, дефосфорилирующие гликогенсинтазу, в результате чего происходит активация синтеза гликогена и тормозится его распад.

Эффекты инсулина, обусловленные фосфори-лированием и дефосфорилированием ферментов, проявляются очень быстро, в течение нескольких секунд и минут. Параллельно с активацией ферментов гликолиза инсулин тормозит глюконе-огенез, репрессируя синтез ключевого фермента глюконеогенеза - фосфоенолпируваткарбокси-киназы (ФЕП карбоксикиназы).

Влияние инсулина на метаболизм жиров.В печени и жировой ткани инсулин стимулирует синтез жиров, обеспечивая получение для этого процесса необходимых субстратов (ацетил-КоА, α-глицерофосфат и NADPH) из глюкозы. В адипоцитах инсулин активирует ацетил КоА-карбоксилазу и ЛП-липазу и индуцирует синтез синтазы жирных кислот, ацетил-КоА-карбокси-

лазы и ЛП-липазы (см. раздел 8 и табл. 11-7). 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 (см. раздел 8). Инсулин стимулирует потребление нейтральных аминокислот в мышцах и синтез белков в печени, мышцах и сердце.

Инсулин стимулирует пролиферацию большого количества клеток в культуре тканей, а также, вероятно, может участвовать в регуляции роста in vivo. Для изучения регуляции роста чаще всего используют культуры фиброб-ластов. В таких клетках инсулин усиливает способность фактора роста фибробластов (FGF), тромбоцитарного фактора роста (PDGF), фактора роста эпидермиса (EGF), простагландина (PGF2α), вазопрессина и аналогов цАМФ активировать размножение клеток, остановленных в фазе G.

Похожие статьи:

poznayka.org

Биологическая роль инсулина.

  ПРЕДЫДУЩАЯ    ГЛАВНАЯ   СЛЕДУЮЩАЯ

1.2 Биологическая роль инсулина.

Во многих исследованиях характеристика роли инсулина ограничивается лишь регуляцией утилизации глюкозы. Практически не учитывается, что во всех тканях организма инсулин влияет не только на обмен углеводов, но и жиров, белков, электролитов, увеличивая транспорт глюкозы, аминокислот, липидов, нуклеотидов, ионов через мембрану клетки. Именно это биологическое действие инсулина, позволяющее отнести инсулин к анаболическим гормонам, и лежит в основе всех потенцируемых им эффектов. По существу инсулин является главным регулятором проницаемости мембран.

Биологические реакции in vivo на инсулин варьируют в зависимости от концентрации инсулина, времени воздействия, распределения в тканях и циркадного ритма.

  • Происходит увеличение утилизации глюкозы мышцами и жировой тканью, увеличение синтеза гликогена, усиление гликолиза, уменьшение глюконеогенеза и гликогенолиза.
  • повышение липогенеза, активности липопротеидов, увеличение синтеза СЖК, увеличение образования глицеринфосфата, увеличение эстерификации ЖК в ТГ, уменьшение липолиза и кетогенеза. Гиперинсулинемия способствует гиперлипидемии и ожирению.
  • увеличение анаболизма и уменьшение катаболизма протеинов, усиление поглощения аминокислот. Гиперинсулинемия способствует росту и пролиферации клеток, усиливает процессы, связанные с синтезом белков.
  • увеличение синтеза РНК и ДНК. Инсулин участвует в активации митогенеза, размножении, дифференцировке, построении, росте клеток, обнаружено влияние инсулина на выживание. Инсулинозависима регенерация, которая является материальной базой всех гомеостатических реакций организма [Саркисов Д.С.,1977].
  • Инсулин обеспечивает потребности клеточного гомеостаза, стимулирует синтез, тормозит распад, активирует геном, регулирует экспрессию ранних генов с-fos и с-jun [Швыркова Н.А., 1994].
  • Инсулин может выполнять антиоксидантные функции в организме [Мажуль Л.М. и др., 1989]. Инсулин in vivo и in vitro вызывает торможение перекисного окисления липидов, проявляет антилиполитический и антиоксидантный эффекты, которые имеют возрастные и дозозависимые различия [Гацко Г.Г. и др., 1983].
  • Потенцирует свойства возбудимых тканей,
  • Регулирует процессы свертывания крови. Обнаружена прямая корреляция между содержанием в крови инсулина и фибриногена, обратная зависимость с содержанием активатора плазминогена [Моисеев В.С. и др., 1995],
  • участвует в регуляции водно - солевого обмена: регуляции секреции альдостерона [Ром - Богусловская Е.С., 1981], обнаружена инсулинзависимость осморецепторов [Paradis H., et al. 1988]; стимулирует транспорт натрия в проксимальных и дистальных канальцах почек, активируя Na - К - АТФазу, и повышает содержание натрия и мочевины в интерстициальной ткани мозгового вещества и почечном сосочке [Беликова Ф.С., 1983]. Задерживает натрий в организме, усиливая реабсорбцию, блокируя его экскрецию почками [Scott P. Hetter - Nielsen O.et al., 1989];
  • модулирует центральную регуляцию артериального давления [Nishimura M., 1990]; является вазоактивным пептидом, вызывая дилатацию сосудов скелетной мускулатуры [Baron Alain D., 1994], ослабляя вазоконстрикцию через альфа - 2 - адренергический путь [Lembo G.et al., 1994]
  • Активирует гуморальные и клеточные иммунные реакции и гемопоэз,
  • Регулирует органогенез и дифференцировку у плода,
  • Участвует в регуляции функции яичника. [F.Nobels, D.Dewailly, 1992]. Рецепторы к инсулину и ИПФР-1 обнаружены в яичниках животных и человека. Оба вещества оказывают митогенный эффект, стимулируя пролиферацию клеток гранулезы в яичниках коров и свиней (но не мышей) in vitro; усиливают стероидогенез в яичниках, потенцируя эффект гонадотропинов; стимулируют синтез эстрадиола и прогестерона, индуцированный ФСГ, в клетках гранулезы и ЛГ-индуцированный синтез андростендиона в клетках теки и стромы. Эти эффекты как дозо -, так и время- зависимы. При совместном введении эти вещества не усиливают действие друг друга. Отмечено прямое индуцирующее и активирующее влияние инсулина и ИПФР-1 на ароматазу. Выявлено усиление ФСГ-зависимой выработки ЛГ-рецепторов в клетках гранулезы на фоне действия инсулина и ИПФР-1.
  • способствует восприятию мозгом информации о состоянии углеводного обмена и уровня массы тела [Chaver M. et al.1995, Licinio-Paixao J. 1989, Mc. Gowan M. K., et al. 1990, Porter J.P. 1994], влияет на организацию процессов внимания, памяти, моторной активности, ориентировочно-исследовательских реакций, питьевого и пищевого поведения, обучения, социального поведения, коммуникабельности, агрессивности, болезненного пристрастия, регулирует пищевую мотивацию и насыщение. Показано повышение болевых порогов у здоровых животных при введении инсулина в желудочки мозга [Зарайская И.Ю. и соавт, 1993]. Участие инсулина в процессах запоминания вполне объяснимо его анаболическим влиянием, стимулируемым приемом пищи. Известно, что синтез белковых молекул в нейронах мозга в значительной мере определяется действием подкрепляющих возбуждений [Судаков К.В., 1993].
  • Таким образом, широкий спектр метаболического влияния инсулина как главного стимулятора анаболизма свидетельствует о необходимости этого гормона для осуществления функционирования всех тканей, органов и физиологических систем, реализации эмоциональных и поведенческих актов, поддержания гомеостаза, осуществления механизмов приспособления и защиты от неблагоприятных факторов среды.

 ПРЕДЫДУЩАЯ    ГЛАВНАЯ   СЛЕДУЮЩАЯ

Hosted by uCoz

marta121.narod.ru

Основные метаболические эффекты инсулина

В жировой ткани и печени инсулин стимулирует синтез липидов из глюкозы путем поддержания на необходимом уровне активности ацетил-КоА-карбоксилазы, регуляторного фермента синтеза жирных кислот, а также поступления ацетил-КоА, НАДФН2 и глицерина. Все эти процессы ослабляются при инсулиновой недостаточности.

 

 

Влияние инсулина на внутриклеточную утилизацию глюкозы оказывается стимуляцией другого анаболического процесса - синтеза гликогена. Усиление гликогенеза в печени и мышцах обусловлено снижением уровня цАМФ вследствие активации инсулином фосфодиэстеразы. Это приводит к повышению активности фосфатазы, которая дефосфорилюе гликогенсинте-таза, переводя ее в активную форму, и фосфорилазу, превращая ее в неактивную форму. Таким образом стимулируется синтез гликогена и тормозится его распад. Описанные выше эффекты инсулина относятся к быстрым, однако гормон может длительно влиять на уровень глюкозы в крови путем торможения глюконеогенеза. Это происходит за счет репрессии синтеза ключевого фермента этого процесса - фосфоєнолпіруваткарбоксикінази на уровне транскрипции гена.

 

На метаболизм липидов, как и на обмен гликогена, инсулин также оказывает анаболическое действие, которое (как указывалось выше) проявляется в усилении липо-генеза в жировой ткани и печени и в угнетении липолиза. Такой эффект гормона является следствием инактивации липазы, вызванной снижением уровня цАМФ. В результате снижается содержание глицерина и жирных кислот в крови.

 

Влияние инсулина на обмен белков характеризуется стимуляцией процесса их синтеза и замедлением распада белков. Этим обеспечивается положительный азотистый баланс, снижается концентрация аминокислот в крови и уменьшается их выведение с мочой. Известно, что инсулин влияет на количество и активность, по крайней мере, 50 белков в различных тканях. Индукция синтеза белка обусловлена повышением скорости синтеза мРНК, а также стимуляцией инициации синтеза полипептидных цепей. Инсулин стимулирует рост и пролиферацию клеток, повышая синтез РНК и ДНК. Кроме того, он усиливает действие ряда ростовых факторов - эпидермального, тромбоцитарного, фактора роста фибробластов, соматомедина. Таким образом действие инсулина на обмен веществ можно в целом охарактеризовать как анаболическое. Свое влияние гормон оказывает, не проникая в клетку: он связывается со специфическими гликопротеиновыми рецепторами на поверхности клеток-мишеней. Рецептор инсулина состоит из двух субъединиц (а и ß), связанных между собой дисульфидными мостиками. а-Субъединица полностью расположена вне клетки, а ß-субъединица представляет собой трансмембранный белок, цитоплазматическая часть которого тирозинкиназну активность. При взаимодействии а-субъединицы с инсулином киназного активность ß-субъединицы стимулируется и происходит ее аутофосфорилюван-ния. Однако ß-киназа может фосфорилировать не только сама себя, но и другие белки, влияя на их ферментативную активность. Связывания инсулина с рецептором приводит генерацию одного или нескольких сигналов в виде вторичных посредников, которыми могут выступать ионы Ca2 +, циклические нуклеотиды, продукты метаболизма фосфоинозитолив, тирозинкиназы. Однако вопрос о природе внутриклеточного посредника инсулина на сегодня окончательно не решен. В определенных случаях гормон снижает внутриклеточное содержание цАМФ, активируя цАМФ-фосфодиэстеразу. В других случаях действие инсулина не зависит от цАМФ и заключается в активации других протеинкиназ, или к стимуляции фосфатаз. Такие ковалентные модификации обеспечивают почти мгновенные изменения активности ферментов.

 

Медленные эффекты инсулина связаны с его влиянием на транскрипцию генов, чем объясняется его роль в регуляции синтеза специфических белков, а также с его участием в таких процессах, как эмбриогенез, дифференцировку, рост и деление клеток.

worldofscience.ru