Инсулин
Химическое строение
Человеческий инсулин представляет собой небольшой белок с молекулярной массой 5808. Он состоит из 51 аминокислоты, которые образуют две цепи (А и В), соединенные дисульфидными мостиками. Аминокислотный состав цепей видоспецифичен. Предшественник инсулина продуцируется внутри р-клеток посредством ДНК- и РНК-управляемого синтеза.
Длинная одинарная цепь проинсулина в аппарате Гольджи упаковывается в гранулы, где в результате гидролиза удаляются четыре аминокислоты с образованием инсулина и связующего сегмента, называемого С-пептидом. Инсулин и С-пептид в эквимолярных концентрациях секретируются в ответ на все стимуляторы секреции инсулина; выделяется также небольшое количество нативного или частично гид-ролизированного проинсулина. В то время какпроинсулин оказывает некоторое гипогликемическое действие, физиологическая функция С-пептида неизвестна. В гранулах Р-клеток инсулин депонируется в виде кристаллов, состоящих из двух атомов цинка и шести молекул инсулина. В целом человеческая поджелудочная железа содержит до 8 мг инсулина, что составляет приблизительно 200 биологических "единиц". Первоначально за единицу принимали определенный гипогликемический эффект инсулина у кроликов. В связи с улучшением методов очистки в настоящее время количество единиц определяют по массе препарата. Существующий инсулиновый стандарт, используемый в аналитических целях, составляет 28 ЕД/мг.
Секреция инсулина
Р-Клетки поджелудочной железы постоянно высвобождают небольшое базальное количество инсулина. В ответ на различные стимулы, особенно глюкозу, выработка инсулина значительно повышается. К стимуляторам секреции относятся также другие сахара (например, манноза), некоторые аминокислоты (например, лейцин, аргинин) и повышенная вагусная активность.
В результате гипергликемии повышается внутриклеточный уровень АТФ, что способствует закрытию АТФ-зависимых калиевых каналов. Уменьшение выходящего тока ионов калия через этот канал вызывает деполяризацию р-клеток и открытие потенциалзависимых кальциевых каналов. В результате происходит повышение внутриклеточного содержания Са2+, запускающее секрецию гормона. Этот механизм, несомненно, намного сложнее, чем приведенное короткое описание, так как известны несколько внутриклеточных посредников, модулирующих его (цАМФ, инозитолтрифосфат, диацилглицерол). Кроме того, инсулиновая реакция на монофазный подъем уровня глюкозы является двухфазной. Считается, что пероральные гипогликемические препараты группы сульфонилмочевины действуют отчасти за счет этого механизма.
Деградация инсулина
Печень и почки — два основных органа, выводящие инсулин из кровеносного русла, предположительно за счет гидролиза дисульфидных связей между цепями А и В под действием глутатионгин-сулинтрансгидрогеназы (инсулиназы). После этого расщепления происходит дальнейшее разрушение гормона за счет протеолиза. Благодаря расположению в конечной точке кровотока портальных вен печень в норме удаляет из крови 60 % секретируемого поджелудочной железой инсулина. Приблизительно 35-40% эндогенного гормона удаляется почками. Однако у инсулинзависимых диабетиков, получающих подкожные инъекции инсулина, это соотношение является обратным: более 60% экзогенного инсулина удаляется почками и не более 30-40% — печенью. Период полувыведения инсулина из крови составляет 3-5 минут.
Определение концентрации инсулина в крови
Радиоиммунный анализ позволяет обнаружить инсулин в пикомолярных количествах. Для этого используются антитела, вырабатывающиеся у морских свинок в ответ на введение бычьего или свиного инсулина. Так как человеческий инсулин достаточно сходен с ними, этот метод успешно используется для определения содержания гормона у пациентов. Аналогичные методы разработаны для измерения концентрации всех известных гормонов поджелудочной железы (включая С-пептид и проинсулин).
Базальный уровень инсулина у здоровых людей, определяемый этим методом, составляет 5—15 мкЕД/мл (30-90 пмоль/л) с максимальным увеличением до 60-90 мкЕД/мл (360-540 пмоль/л) во время приема пищи.
Инсулиновый рецептор
Как только инсулин попадает в кровь, он связывается со специфичными рецепторами, которые обнаружены на клеточных мембранах большинства тканей. Однако биологические реакции, опосредуемые комплексами инсулин-рецептор, идентифицированы только в нескольких тканях-мишенях, например в печени, мышцах и жировой ткани. Рецепторы связывают инсулин в пикомо-лярных количествах с высокой специфичностью и аффинностью. Полный инсулиновый рецептор состоит из двух гетеродимеров, каждый из которых содержит а-субъединицу, полностью расположенную вне клетки и являющуюся распознающей частью, и Р-субъединицу, которая "прошивает" мембрану. В состав Р-субъединицы входит тирозинкиназа. Когда инсулин связывается с сс-субъединицей на внешней поверхности клетки, повышается активность тирозинкиназы Р-субъединицы. Хотя сф-димерная форма рецептора способна связывать инсулин, аффинность к ней намного ниже, чем к тетрамерной 2а, 2р-форме. Самофосфорилирование Р-части рецептора вызывает одновременно агрегацию ос, р-гетеродимеров и стабилизацию активированного состояния рецепторной тирозинкиназы.
Это приводит к фосфорилированию других белков внутри клетки, что является по сути дела вторичной передачей, так как стимулирует перемещение определенных белков (например, транспортера глюкозы) из цитоплазмы к клеточной мембране. В конце концов комплекс инсулин-рецептор проникает внутрь клетки. Тем не менее остается не вполне ясным, участвует ли он в дальнейшем действии инсулина или его поглощение клеткой является средством ограничения эффектов гормона посредством последующего переваривания лизосомами.
Различные гормональные вещества (например, гидрокортизон) снижают аффинитет рецепторов к инсулину. Гормон роста, наоборот, немного повышает его. На концентрацию этих специфичных ре-цепторных молекул, так же как и на их аффинитет к инсулину, влияет количество взаимодействующих с ними молекул инсулина. В эксперименте было установлено, что снижение чувствительности инсулиновых рецепторов развивается в течение четырех часов в условиях in vitro и в пределах 24 часов in vivo. В клинических случаях ожирения или инсулиномы наряду с повышением уровня инсулина в крови уменьшается концентрация инсулиновых рецепторов. Этот регуляторный процесс является внутренним механизмом, посредством которого клетки-мишени ограничивают свой ответ на избыточную концентрацию гормона.