Инсулин — центральная роль в метаболическом синдроме
Инсулин и глюкоза
В массовом сознании инсулин всегда связан с глюкозой. Действительно, в отсутствии инсулина мембрана мышечных и жировых клеток практически непроницаема для глюкозы. Под действием инсулина происходит облегченный транспорт глюкозы через клеточную мембрану этих клеток с помощью специальных белков-переносчиков. Благодаря этому механизму, инсулин — единственный гормон, снижающий уровень глюкозы в крови.
Инсулин — обмен веществ
Роль инсулина в регуляции обмена веществ выходит за рамки регуляции уровня глюкозы в крови.
В мышечных клетках инсулин активизирует синтез гликогена.
В жировой ткани инсулин с одной стороны стимулирует образование жиров — в норме 30-40% поглощенной глюкозы превращается в жир. С другой стороны, инсулин является мощным блокатором распада жиров. Жировая ткань — одна из самых инсулин-чувствительных тканей.
В мышцах инсулин способствует переходу аминокислот в клетки.
Белки — инсулин стимулирует их синтез и препятствует распаду.
Инсулин активизирует синтез АТФ, ДНК и РНК и, таким образом, вызвает размножение клеток.
В целом, действие инсулина направлено на запасание организмом энергии и структурных материалов.
Действию инсулина противостоят такие гормоны как глюкагон, кортизол и адреналин.
Для понимания проявлений метаболического синдрома важно указать и другие эффекты инсулина. В частности, он способствует увеличению внутриклеточной концентрации ионов натрия и калия.
Следует подчеркнуть, что клетка воспринимает действие инсулина с помощью специальных инсулиновых рецепторов.
Стабилизируя клеточные мембраны, повышая чувствительность клеток к глюкозе, Орто Таурин Эрго воздействует на причины метаболического синдрома и способствует нормализации артериального давления, липидных показателей и уровня глюкозы в крови
Инсулин — клеточные рецепторы
Синтез инсулиновых рецепторов находится под контролем гена INSR. Существует множество мутаций этого гена. Кроме того, транспорт глюкозы зависит от состояния клеточной мембраны, дефекты в которой тоже генетически запрограммированы.
Поэтому в человеческой популяции существует большая доля лиц с врожденной резистентностью мышечной и жировой тканей к действию инсулина. В большинстве случаев природа предусмотрела, что если человек будет вести активный образ жизни, правильно питаться — состояние выраженной инсулинорезистентности либо вообще не проявится при жизни, либо оно проявится в глубокой старости и выступит в качестве одного из механизмов умирания.
Сергей Алешин, научный обозреватель www.ortho.ru
Магазин ОРТО предлагает широкий ассортимент товаров для здоровья. Используйте каталог и поиск, чтобы найти нужный товар. Подпишитесь на еженедельную рассылку и будьте в курсе новинок ОРТО.
Важное предупреждение . Несмотря на то, что все представленные товары для здоровья могут применяться без рецепта, необходимо проконсультироваться со специалистом.
Телефоны:
Магазин ОРТО: +7 495 223-6284 , +7 495 287-4233
Отдел доставки: +7 495 223-6333 , +7 495 995-9234
Электронная почта: sale@ortho.ru
© ОРТО. Использование материалов сайта без письменного разрешения ОРТО запрещено.
Транспорт глюкозы в ткани роль инсулина
а) Влияние инсулина на обмен углеводов. Сразу после потребления пищи, богатой углеводами, глюкоза, всасываясь в кровь, стимулирует секрецию инсулина. Инсулин, в свою очередь, повышает поступление, хранение и использование глюкозы почти всеми тканями организма, особенно мышцами, жировой тканью и печенью.
Схема инсулин-рецептора. Инсулин связывается с альфа-субъединицей рецептора, что вызывает фосфорилирование бета-субъединицы рецептора.
Это, в свою очередь, индуцирует активность тирозинкиназы. Рецептор тирозинкиназной активности запускает каскад реакций фосфорилирования в клетке, что увеличивает или снижает активность ферментов, включая субстраты инсулин-рецептора, которыми опосредованы влияния глюкозы на метаболизм глюкозы, жиров и белков.
Например, транспортеры глюкозы продвигаются к мембране клетки, облегчая поступление глюкозы в клетку
Читайте также: Для чего используется мышечная ткань
б) Инсулин повышает поступление и метаболизм глюкозы в мышцах. Неоднократно на протяжении суток мышечная ткань обеспечивает свои энергетические потребности не столько глюкозой, сколько жирными кислотами. Это объясняется тем, что мембрана мышечной клетки в покое обладает низкой проницаемостью для глюкозы, кроме случаев, опосредованных стимулирующими влияниями инсулина; в промежутках между приемами пищи количество секретируемого инсулина слишком мало, чтобы обеспечить поступление значительного количества глюкозы в клетки.
Однако существуют два состояния, когда мышцы потребляют большое количество глюкозы. Одно из них — тяжелые физические нагрузки. Потребление глюкозы в такой ситуации не требует большого количества инсулина, поскольку мышечные волокна становятся более проницаемы для глюкозы даже при отсутствии инсулина за счет процессов сокращения.
Вторым случаем высокого потребления глюкозы мышцами становится период через несколько часов после приема пищи. В это время концентрация глюкозы в крови высока и поджелудочная железа секретирует большое количество инсулина. Высокая концентрация инсулина обеспечивает быстрый транспорт глюкозы в мышечные клетки. Это вызывает преимущественное по сравнению с жирными кислотами использование глюкозы мышечными клетками, что мы обсудим далее.
в) Хранение глюкозы в мышцах. Если мышцы после приема пищи не работают, а глюкоза в больших количествах еще поступает в клетки, она преимущественно запасается в виде гликогена (предельная концентрация которого в мышцах составляет 2-3%) вместо того, чтобы использоваться в энергетических целях. В дальнейшем гликоген может использоваться мышцами для получения энергии.
Депонирование гликогена особенно полезно во время коротких периодов экстремальных потребностей мышц в энергии и способно продемонстрировать в течение нескольких минут высокий уровень энергообеспечения даже при отсутствии кислорода за счет гликолитического расщепления гликогена до молочной кислоты.
г) Количественное влияние инсулина на облегчение транспорта глюкозы через мембраны мышечных клеток. Это влияние показано на рисунке ниже в виде результатов экспериментов.
Влияние инсулина, облегчающее повышение концентрации глюкозы внутри мышечных клеток.
Заметьте, что при отсутствии инсулина (контроль) внутриклеточная концентрация глюкозы остается близкой к нулю, несмотря на ее высокую внеклеточную концентрацию
Нижняя кривая («контроль») показывает концентрацию свободной глюкозы, измеренную внутри клетки. Концентрация свободной глюкозы остается почти равной нулю, несмотря на то, что концентрация глюкозы во внеклеточной жидкости достигает 750 мг/дл. Кривая, помеченная «инсулин», показывает, что концентрация глюкозы во внутриклеточной жидкости достигает 400 мг/дл при добавлении инсулина. Таким образом, инсулин может повышать скорость транспорта глюкозы в покоящиеся мышечные клетки почти в 15 раз.
Видео физиология гормонов поджелудочной железы и регуляции уровня глюкозы — профессор, д.м.н. П.Е. Умрюхин
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
Транспорт глюкозы в ткани роль инсулина
• Для того чтобы преодолеть гематоэнцефалический барьер, глюкоза транспортируется в астроциты через эндотелиальные клетки небольших кровеносных сосудов
• Белки переносят глюкозу за счет унипорта, транспортируя ее в направлении градиента концентрации
• Белки, переносящие глюкозу, претерпевают конформационные изменения, которые приводят к реориентации их субстратных сайтов в мембране клетки
Читайте также: Для пучка как называется ткань
В клетках эукариот основным источником энергии является глюкоза, и многие клетки нуждаются в постоянном ее поступлении, поскольку у них глюкоза служит основным источником энергии для синтеза АТФ. Глюкоза представляет собой полярную молекулу, которая способна к гидратации, а клеточные мембраны не пропускают такие небольшие полярные метаболиты, как сахара. Поэтому для транспорта глюкозы в клетку требуется участие специфических мембранных белков. Транспорт глюкозы через плазматическую мембрану происходит с участием продуктов двух семейств генов.
Переносчики глюкозы (GLUTs) осуществляют независимый перенос (унипорт), при котором через мембрану происходит облегченный транспорт глюкозы. В противоположность GLUT-белкам, котранспортеры Na+/глюкоза расходуют энергию трансмембранного градиента Na+ на транспорт глюкозы. В настоящем разделе мы рассмотрим GLUT-белки.
Глюкоза селективно транспортируется через гематоэнцефалический барьер посредством изоформы 1 (GLUT-1) белка-переносчика.
Перенос глюкозы из крови в головной мозг и в другие отделы ЦНС представляет собой многоступенчатый процесс,
в котором участвуют различные типы клеток.
Семейство GLUT-белков является частью более обширного суперсемейства белков, облегчающих основные транспортные процессы (MFS) и широко представленных в клетках всех организмов. GLUT-белки представляют собой интегральные белки мембран клеток эукариот. Изоформы переносчиков GLUT различаются по своим кинетическим характеристикам, специфичностью по отношению к переносимым сахарам, тканевой локализацией и механизмами регуляции. Некоторые GLUT-белки, наряду с глюкозой, транспортируют и другие метаболиты, например галактозу, воду и анальгетики из группы гликопептидов.
GLUT-белки осуществляют унипорт, при котором вещества проходят через мембрану в направлении градиента концентрации. Таким образом, в зависимости от концентрации, GLUT-белки переносят метаболиты в клетку или в противоположном направлении. Поступление в клетку глюкозы, происходящее при участии GLUT-белков, часто определяет жизнеспособность клеток, которые характеризуются высоким уровнем потребления энергии.
Питательные метаболиты, такие как сахара, через кровеносные сосуды транспортируются в органы. Эндотелиальные клетки, выстилающие стенки небольших сосудов, контролируют процессы обмена питательных веществ. В этих эндотелиальных клетках, особенно расположенных в области гематоэнцефалического барьера, содержится много GLUT-белков. Надлежащее функционирование головного мозга сильно зависит от глюкозы, и его клетки особенно чувствительны к снижению ее содержания.
Транспорт глюкозы в нервные клетки происходит через капилляры мозга в несколько этапов и с участием изоформы GLUT-1. Эта изоформа экспрессируется в мембране клеток эндотелия, находящихся на границе между кровью и межклеточным пространством, а также в плазматической мембране астроцитов, функция которых важна в гематоэнцефалическом барьере. Расположенные в этих местах белки GLUT-1 транспортируют глюкозу из крови в эндотелиальные клетки, и оттуда в астроциты. В них глюкоза превращается в другие источники энергии, которые транспортируются в нейроны.
В различных тканях содержатся разные изоформы GLUT. Например, в клетках мышечной и жировой ткани транспорт глюкозы осуществляется с участием GLUT-4. В процессе приема пищи или после еды в клетки этих тканей под действием инсулина увеличивается поступление глюкозы. При этом происходит регулируемый транспорт изоформы GLUT-4 к клеточной поверхности. Эта изоформа также называется инсулин-зависимый переносчик. Белок GLUT-4 локализован во внутриклеточных везикулах, которые сливаются с плазматической мембраной. Этим обеспечивается доставка переносчика GLUT-4 к плазматической мембране и увеличивается емкость транспортного процесса.
Читайте также: Тенсель это натуральная ткань или синтетика
Предполагаемое строение GLUT-переносчика, состоящего из 12 трансмембранных сегментов с внутриклеточными С- и N-концевыми участками.
Внутриклеточные петли содержат сайты фосфорилирования и связывания субстратов.
Показано, что градиент глюкозы по обеим сторонам мембраны может возникать в любом направлении, в зависимости от типа клеток и их метаболизма.
Градиент определяет направление транспорта.
Связывание инсулина со своим поверхностным рецептором запускает каскад внутриклеточных процессов, приводящих к быстрому слиянию этих везикул с мембраной. Это, в свою очередь, приводит к быстрому увеличению транспорта глюкозы в клетку с участием GLUT-4. При диабете типа II не происходит транспорт глюкозы из крови в мышцы и жировую ткань, очевидно, из-за нарушения позиционирования GLUT-4 на плазматической мембране. Более того, GLUT-2 способен экспортировать глюкозу из клеток тех органов, в которых она образуется, например из клеток печени.
По строению переносчик GLUT напоминает другие члены суперсемейства MFS. Предполагается, что он состоит из 12 трансмембранных а-спиралей, имеющих внутриклеточные N- и С-концевые участки и петли. Последние содержат сайт связывания субстрата и сайты фосфорилирования.
Модель структуры GLUT-1 предложена на основании результатов по сайт-направленному мутагенезу и по измерению транспорта глюкозы мутантным белком. Для построения модели также использовались данные по кристаллической структуре бактериальной лактопермеазы, относящейся к подсемейству переносчиков олигосахари-дов/Н+, входящих в MFS.
Согласно этой модели, при соответствующей ориентации трансмембранных спиралей создается полость поры, через которую транспортируется глюкоза, а также обеспечивается образование водородных связей между GLUT-белком и глюкозой. Результаты кинетического анализа транспорта глюкозы в эритроцитах позволяют предполагать существование специального механизма, который обеспечивает белку GLUT возможность принимать одну из двух основных конформаций. Этот механизм аналогичен постулируемому для бактериальной лактопермеазы. Когда белок находится в одной конформации, сайт связывания глюкозы обращен в сторону внеклеточного пространства. В другой конформации он обращен в сторону цитозоля. При связывании глюкозы с любой стороны происходят конформационные изменения, которые приводят к реориентации сайтов связывания глюкозы к противоположной стороне мембраны и к ее высвобождению.
Таким образом, хотя переносчики GLUT являются унипортерами, а бактериальная лактопермеаза представляет собой симпортер, предполагается, что они функционируют по одному механизму.
Мутации в гене GLUT-1 вызывают значительные дефекты развития. У детей потребность головного мозга в глюкозе в 3-4 раза выше, чем у взрослых, и в мозг поступает до 80% всей глюкозы. Мутации в гене GLUT-1 человека служат причиной проявления редкого синдрома недостаточности GLUT-1, который характеризуется развитием припадков и замедлением развития. Считается, что это связано с нарушением транспорта глюкозы в головной мозг. Эмбрионы мышей, дефектных по гену GLUT-1, отстают в росте, и у них обнаруживаются различные пороки развития. Аналогичные дефекты возникают у мышиных эмбрионов, которые развиваются в организме диабетических самок. При этом избыток глюкозы в крови подавляет экспрессию GLUT-1 в органах эмбриона.
Предполагаемая ориентация трансмембранных а-спиралей переносчика глюкозы GLUT-1.
Показаны остатки, участвующие в связывании глюкозы (размер молекулы глюкозы представлен без учета масштаба).
Вид на спирали со стороны внутренней части плазматической мембраны.
Эта модель построена с использованием гомологичной структуры лактопермеазы E.coli в качестве матрицы.
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
- 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