Инсулин — это гормон поджелудочной железы, который главным образом воздействует на обмен веществ, причем в основном — на концентрацию глюкозы в крови. В своих тканях-мишенях он влияет как на мембранные, так и на внутриклеточные процессы. Некоторые из его эффектов перечислены в ниже.
Эффекты инсулина
Мембранные эффекты
- Стимуляция транспорта глюкозы (и некоторых других моносахаридов)
- Стимуляция транспорта аминокислот (особенно аргинина)
- Стимуляция транспорта жирных кислот
- Стимуляция поглощения клеткой К+ и Mg2+
Внутриклеточные эффекты
- Стимуляции синтеза РНК и ДНК
- Стимуляция синтеза белка
- Усиленная стимуляция гликогенсинтазы (гликогенез)
- Стимуляция глюкокиназы
- Ингибирование глюкозо-6-фосфатазы
- Стимуляция липогенеза
- Ингибирование липолиза (ингибирование синтеза цАМФ)
- Стимуляция синтеза жирных кислот
- Активация Mg2+-стимулируемой Na+/K+-АТФазы
Механизм действия инсулина и влияние его на обмен
Инсулин и глюкоза
Попав в клетку, глюкоза быстро превращается в глюкозо-6-фосфат, поэтому ее внутриклеточная концентрация остается крайне низкой. Уровень глюкозы в артериальной крови в норме поддерживается в пределах 4-8 ммоль/л (72-144 мг/100 мл), так что по обе стороны клеточной мембраны всегда существует градиент ее концентраций. Несмотря на это, однако, простая диффузия обеспечивает поступление в большинство клеток лишь небольшого количества глюкозы, которого явно недостаточно для удовлетворения их метаболических потребностей (даже при возрастании концентрационного градиента, как это имеет место при высокой гипергликемии). В присутствии же инсулина проникновение декстрозы в клетки резко усиливается. Это действие инсулина проявляется лишь при наличии концентрационного градиента глюкозы, конкурентно ингибируется другими моносахаридами (например, галактозой) и следует кинетике насыщаемого процесса. Таким образом, гормон стимулирует процесс облегченной диффузии декстрозы, который осуществляется при участии чувствительных к гормону белковых транспортеров глюкозы (GLUT), расположенных на клеточной мембране. Эти транспортеры способны переносить глюкозу через клеточную мембрану в обоих направлениях, но ее поток зависит от концентрационного градиента, который направлен из внеклеточного пространства во внутриклеточное. В разных клетках найдены многочисленные GLUT, но инсулинозависимым является только один из этих белков — GLUT4, и именно он присутствует в мембранах клеток скелетных и сердечных мышц, а также жировой ткани.
Димерный рецептор инсулина и последствия инсулиновой активации тирозинкиназы (GLUT — транспортер глюкозы)
Некоторые ткани полностью удовлетворяют свои потребности в глюкозе за счет инсулиннезависимых механизмов. Например, в клетки печени и центральной нервной системы декстроза попадает с помощью инсулиннезависимых GLUT, и поглощение этими тканями зависит только от ее уровня в крови. Кроме того, мембрану эритроцитов, клеток почек и кишечника глюкоза пересекает вместе с ионами натрия, которые поступают в клетки путем пассивной диффузии по градиенту концентрации.
Регуляция продукции инсулина
Инсулин влияет и на внутриклеточные процессы обмена веществ. В печеночных и других клетках он стимулирует синтез гликогена, повышая активность гликогенсинтазы, что ускоряет включение гликозильных остатков в гликоген. Гормон поджелудочной железы повышает также активность печеночной глюкокиназы; этот фермент катализирует фосфорилирование глюкозы (с образованием глюкозо-6-фосфата). Одновременно гормон ингибирует печеночную фосфатазу, которая дефосфорилирует глюкозо-6-фосфат, с образованием свободной глюкозы. Такие изменения активности печеночных ферментов обусловливают снижение продукции декстрозы и наряду со стимуляцией поглощения ее периферическими клетками определяют гипогликемию, возникающее под влиянием инсулина. Возрастающая под действием последнего утилизация глюкозы в тканях обеспечивает сохранение запасов других внутриклеточных энергетических субстратов, таких как жиры и белки.
Читайте также: Скелетная соматическая мышечная ткань источник развития строение
Белки и инсулин
Инсулин стимулирует не только активный транспорт аминокислот в периферические клетки, но и непосредственно синтез белка. Поскольку эти два эффекта могут не зависеть друг от друга, гормон влияет, очевидно, не только на клеточную мембрану, но и на внутриклеточные процессы. Стимуляции синтеза белка предшествует возрастание активности мРНК. Поскольку гормон с трудом проходит сквозь мембраны клеток, в механизме его ядерного эффекта должен принимать участие второй посредник. Синтез белка под действием инсулина усиливается и вследствие возрастания количества поступающих в клетку аминокислот. С другой стороны, возрастание утилизации глюкозы замедляет распад белка. Ускорение синтеза и замедление распада белка под влиянием гормона приводят к увеличению белковых запасов в интрацеллюлярном секторе.
Все эти эффекты определяют важнейшую роль инсулина в регуляции процессов роста и развития.
Инсулин и жир
Инсулин стимулирует поглощение и окисление глюкозы клетками жировой ткани. Он также стимулирует синтез липопротеиновой липазы в эндотелиальных клетках. Этот фермент катализирует гидролиз триглицеридов, связанных с липопротеинами крови, и способствует поступлению жирных кислот в адипоциты. Наряду с прямой стимуляцией липогенеза в печени и жировой ткани это приводит к увеличению запасов жира. Кроме того, инсулин ингибирует опосредуемый цАМФ липолиз, тормозя гормончувствительную внутриклеточную липопротеиновую липазу.
Инсулин и калий
Присутствие инсулина необходимо для поддержания внутриклеточной концентрации ионов калия; этот эффект, по всей вероятности, является следствием прямого влияния гормона на клеточную мембрану.
Параграф 85. регуляция синтеза белка
Автор текстов – Анисимова Е.С.
Продавать тексты нельзя (авторские права защищены). Курсив не зубрите.
Замечания можно присылать по почте: exam_bch@mail.ru
https://vk.com/bch_5
См. сначала п.81, 83, 100-108.
ПАРАГРАФ 85.:
«Регуляция синтеза белка».
85. 1. Регуляция биосинтеза белка у эукариот. (п.81)
Синтез белка регулируется на разных этапах:
регулируются синтез и процессинг РНК,
трансляция
и посттрансляционная модификация.
Но в первую очередь регулируется синтез про-РНК – транскрипция.
От активности транскрипции зависит концентрация РНК –
чем активнее транскрипция, тем больше РНК и тем быстрее может синтезироваться белок.
Скорость транскрипции зависит от того, может ли работать фермент транскрипции –
РНК-полимераза.
В частности, от того, может ли РНК-полимераза связаться с тем участком ДНК перед гЕном,
с которого начинается транскрипция и который называется ПРОМОТОРОМ.
Кроме РНК-полимеразы,
для транскрипции нужен еще ряд белков,
минимальный набор которых называется базальным транскрипционным комплексом (БАК).
Работа БАКа и РНК-полимеразы регулируется специальным белком, который называется КОАКТИВАТОРОМ.
Активность коактиватора регулируется рядом белков,
которые называются транскрипционными факторами (ТФ)
и связываются со специальными участками ДНК,
которые называются регуляторными участками ДНК или реактивными элементами ДНК.
Участки ДНК, связывание с которыми транскрипционных факторов ускоряет транскрипцию,
называются ЭНХАНСЕРАМИ (в переводе – «усилителями»),
а участки ДНК, связывание с которыми замедляет транскрипцию,
называются САЙЛЕНСЕРАМИ (от «сайленс» – тишина).
Способность транскрипционных факторов регулировать транскрипцию, связываться с коактиватором и с регуляторными участками ДНК регулируется:
1) присоединением к ним и отщеплением от них фосфата (фосфорилированием и дефосфорилированием – п.6),
2) протеинкиназами и протеинфосфатазами,
3) присоединением гидрофобных гормонов к ТФ
(такие ТФ, с которыми связываются гидрофобные гормоны, являются рецепторами гидрофобных гормонов).
Читайте также: Стенка миокарда из каких тканей
85. 2. Регуляция синтеза белка гормонами.
Гормоны, стимулирующие синтез белка
(«анаболические»),
способствуют процессам заживления, роста, увеличению мышечной массы.
Примеры – половые гормоны, андрогены сетчатой зоны, инсулин, СТГ, ИФР, ФРК, йодтиронины в нормальных концентрациях.
Андрогены сетчатой зоны применяют при дистрофии, переломах, инфаркте, для заживления язв.
Из-за большего количества андрогенов мышечная масса у мужчин больше, чем у женщин.
При дефиците инсулина (п.102 и 103) снижение синтеза белка приводит к риску гангрены, замедленному заживлению.
Дефицит СТГ и ИФР (п.100) приводит к карликовости.
Дефицит ФРК может стать причиной денегеративных заболеваний,
а применение ФРК может помочь вылечить их.
Гормоны, стимулирующие распад белка
(протеолиз, «катаболические»), препятствуют процессам заживления, роста, увеличению мышечной массы.
Примеры – гормоны СТРЕССА катехоламины (адреналин), ГКС
и стимулятор синтеза ГКС – АКТГ, йодтиронины в высоких концентрациях (при гипертиреозе).
Из-за стимуляции распада белков соединительной ткани ГКС способствуют развитию остеопороза,
а стимуляция распада белков лимфоидной ткани снижает иммунитет – п.108.
М Е Х А Н И З М влияния гормонов на синтез белка. См. п.92-95.
Гидрофобные гормоны
(йодтиронины, ГКС, половые и др.) влияют на синтез белков,
связываясь со своими рецепторами внутри клетки,
которые являются транскрипционными факторами:
связываются со специальными (регуляторными) участками ДНК
и со специальным белком, который называется коактиватором.
Коактиватор связывается с белками базального транскрипционного комплекса,
который участвует в транскрипции (синтезе (про-)РНК).
Регулируя синтез РНК, коактиватор регулирует количество РНК
и возможность синтеза кодируемого этой мРНК белка.
Гидрофильные гормоны влияют на синтез РНК и белка,
связываясь с рецепторами на мембране и передавая сигнал транскрипционным факторам через вторые посредники и протеинкиназы – см. п. 93-95.
85. 2. И Н Д У К Ц И И И Р Е П Р Е С С И И
Синтез белка можно ускорить и в итоге увеличить концентрацию белка.
И, наоборот, синтез белка можно замедлить и в итоге увеличить концентрацию белка.
Ускорение синтеза белка,
ведущее к увеличению концентрации белка,
называется ИНДУКЦИЕЙ.
Замедление синтеза белка,
ведущее к снижению концентрации белка,
называется РЕПРЕССИЕЙ.
Факторы, под влиянием которых происходит индукция, называются ИНДУКТОРАМИ,
а факторы, под влиянием которых происходит репрессия, называются РЕПРЕССОРАМИ.
Индукторы и репрессоры влияют на синтез белка чаще всего
за счет изменения скорости транскрипции,
но могут изменять и скорость трансляции.
Известны разные индукторы и репрессоры,
в зависимости от типа которых различают ряд форм индукции и репрессии:
Ф о р м ы и н д у к ц и и и р е п р е с с и и
1. Субстратная индукция и катаболитная репрессия.
Если индуктором является субстрат фермента,
то индукция называется СУБСТРАТНОЙ.
Пример субстратной индукции – индуктором синтеза амилазы является ее субстрат – крахмал (п.30).
У грудных детей амилаза (п.30) не вырабатывается,
потому что амилаза им не нужна (в молоке крахмала нет, для переваривания которого нужна амилаза).
Необходимость в выработке амилазы появляется при появлении в пище крахмала,
и амилаза начинается вырабатываться под действием крахмала,
когда ребенка начинают кормить кашами, пюре.
Все знают, что накормить грудного ребёнка тарелкой каши при первом же кормлении нельзя,
что введение прикорма должно быть постепенным –
это связано с тем, что выработка амилазы увеличивается постепенно.
При длительном голодании выработка пищеварительных ферментов снижается,
поэтому после длительного голодания человеку нельзя много есть –
в начале можно есть только понемногу.
Читайте также: Только горловина в куске ткани
Продукты реакций (и метаболических путей) обычно снижают эти реакции –
это пример регуляции по принципу отрицательной обратной связи (п.90).
Скорость реакций снижается за счет снижения активности ферментов
(то есть за счет ингибирования ферментов)
и/или за счет снижения синтеза ферментов (то есть за счет репрессии) – п.6,7.
Репрессия (подавление) синтеза ферментов
под действием продуктов их реакций называется катаболитной репрессией.
При этом продукты реакций могут не быть катаболитами, то есть продуктами катаболизма.
Примеры катаболитной репрессии –
1) снижение синтеза ферментов, синтезирующих нуклеотиды, под действием самих нуклеотидов – п.72,
2) снижение синтеза ключевого фермента синтеза холестерина (ГМГ-КоА редуктазы) под действием холестерина (холестерин является репрессором) – п.48.
2. Гормональная индукция и репрессия
Индукторами и репрессорами бывают гормоны –
в этом случае индукция и репрессия называются ГОРМОНАЛЬНЫМИ.
Примеры гормональной индукции –
ГКС индуцируют синтез ключевых ферментов ГНГ и аминотранфераз,
что приводит к синтезу глюкозы (п.33, 37, 108),
ее поступлению в кровь и возникновению гипергликемии.
Инсулин индуцирует синтез ключевых ферментов гликолиза, что способствует выработке энергии в клетке (п.102).
Пример гормональной репрессии –
инсулин репрессирует синтез ключевых ферментов ГНГ,
что приводит к гипогликемии.
ГКС репрессируют синтез ключевых ферментов гликолиза.
Тестостерон и другие андрогены индуцируют синтез мышечных белков,
что приводит к большей мышечной массе у мужчин.
ГКС репрессируют синтез проопиомеланокортина, что приводит к снижению выработки АКТГ (ООС), эндорфинов и т.д..
3. Лекарственная индукция и репрессия.
Некоторые лекарства индуцируют или репрессируют синтез определенных белков.
Индукция и репрессия синтеза белков под действием лекарств называются ЛЕКАРСТВЕННЫМИ.
Фенобарбитал индуцирует синтез цитохрома Р 450 и ферментов коньюгации – п.118.
Поскольку ферменты коньюгации обезвреживают билирубин (свободный),
то фенобарбитал применяют для индукции синтеза ферментов коньюгации при желтухе новорожденных.
Антибиотики
репрессируют матричные синтезы у бактерий,
что приводит к прекращению размножения и гибели бактерий, то есть к антибактериальному эффекту.
При этом антибиотики не подавляют матричные синтезы человека.
Антибиотики могут подавлять (репрессировать) синтез белка у бактерий,
ингибируя ферменты синтеза белка или РНК.
4. Редокс-индукция и редокс-репрессия.
Активные формы кислорода (АФК, п.27)
индуцируют синтез белков, участвующих в иммунных, воспалительных и аллергических реакциях,
а антиоксиданты (глутатион и другие) репрессируют синтез этих белков.
Это одна из причин, почему при дефиците АФК и избытке иммунитете снижается;
но при избытке АФК и дефиците антиоксидантов иммунитет тоже снижается,
так как избыток АФК приводит к гибели лейкоцитов – п.121.
Индукция под действием АФК
репрессия под действием антиоксидантов
называются РЕДОКС-индукцией и редокс-репрессией.
5. При клеточном шоке усиливается выработка шаперонов – см. п. 83.
.
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом