Строение молекулы
По химической природе инсулин является полипептидом. Зрелая молекула активного гормона состоит из двух полипептидных цепей:
- Цепь А: включает 21 аминокислотный остаток.
- Цепь В: состоит из 30 аминокислотных остатков.
Пространственная структура гормона стабилизируется тремя дисульфидными мостиками. Два из них являются межцепочечными (они прочно соединяют цепь А с цепью В). Третий мостик — внутрицепочечный, он формирует петлю внутри самой цепи А.
Этапы биосинтеза и секреции
Образование инсулина — это сложный многоступенчатый процесс, протекающий в $\beta$-клетках поджелудочной железы:
- Трансляция и образование препроинсулина. Синтез полипептидной цепи начинается на полирибосомах, прикрепленных к шероховатому эндоплазматическому ретикулуму (ЭПР). На этом этапе образуется неактивный предшественник с сигнальным пептидом.
- Формирование проинсулина. В просвете ЭПР сигнальный пептид отщепляется, и молекула сворачивается с образованием дисульфидных мостиков. Получается проинсулин.
- Процессинг в аппарате Гольджи. Проинсулин транспортируется в аппарат Гольджи. Там под действием специфических протеаз происходит вырезание соединительного участка — С-пептида.
- Упаковка. Зрелый инсулин (цепи А и В) и С-пептид упаковываются в секреторные гранулы.
- Экзоцитоз. При стимуляции содержимое гранул высвобождается во внеклеточное пространство.
Регуляция выработки и метаболизм
Главным стимулом для секреции инсулина является повышение концентрации глюкозы в крови (гипергликемия). Дополнительными стимуляторами выступают аминокислоты (особенно аргинин и лизин), жирные кислоты и кетоновые тела. Подавляют выработку гормона адреналин, соматостатин и некоторые пептиды желудочно-кишечного тракта.
После выполнения своей функции гормон быстро деградирует. Его период полураспада составляет всего 3–10 минут. Расщепление катализирует фермент инсулиназа, который локализуется преимущественно в печени и в меньшей степени в почках.
Механизм действия и влияние на метаболизм
Сигнал от инсулина передается через специфический тирозинкиназный рецептор на мембране клеток-мишеней (печень, мышцы, жировая ткань). Связывание гормона вызывает фосфорилирование внутриклеточных белков-субстратов (IRS), что запускает каскады PI3K/Akt и MAPK.
В результате в тканях активируется анаболизм:
- Увеличивается транспорт глюкозы внутрь клеток за счет перемещения транспортеров GLUT4 к мембране.
- Стимулируется гликолиз и синтез гликогена.
- Усиливается липогенез (образование жиров) и синтез белка.
Клиническое значение С-пептида
С-пептид секретируется в кровоток в строгом эквимолярном соотношении с инсулином (1:1). Однако его период полужизни значительно дольше — около 30 минут.
В лабораторной диагностике уровень С-пептида используют для оценки собственной (эндогенной) секреции инсулина поджелудочной железой. Это особенно важно, если пациент уже получает инъекции экзогенного инсулина (аптечные препараты С-пептида не содержат, поэтому анализ покажет только то, что выработал сам организм).
Коротко: ответы на вопросы по теме
Какие ключевые регуляторные ферменты гликолиза и синтеза гликогена активирует инсулин?
Инсулин активирует следующие ключевые ферменты гликолиза и синтеза гликогена путем ковалентной модификации (дефосфорилирования) и индукции синтеза:
- Глюкокиназа — активируется за счет индукции синтеза фермента.
- Фосфофруктокиназа-1 — активируется фруктозо-2,6-бисфосфатом, концентрацию которого повышает инсулин.
- Пируваткиназа — активируется путем дефосфорилирования, а также через индукцию синтеза.
- Гликогенсинтаза — переходит в активную форму путем дефосфорилирования.
Как запомнить дисульфидные связи инсулина: «Два моста между берегами, один — на берегу». Два межцепочечных мостика связывают цепи А и В, а один внутрицепочечный находится только в цепи А.
Вопросы с занятий и экзамена
Из каких цепей состоит молекула активного инсулина?
Зрелый гормон состоит из двух полипептидных цепей: цепи А (21 аминокислота) и цепи В (30 аминокислот). Они соединены дисульфидными мостиками.
Почему при сахарном диабете 1 типа возникает недостаток инсулина?
При сахарном диабете 1 типа происходит аутоиммунная деструкция (разрушение) $\beta$-клеток островков Лангерганса, что делает невозможным синтез гормона.
Что тормозит секрецию инсулина?
Выработку инсулина подавляют адреналин, соматостатин и некоторые пептиды желудочно-кишечного тракта.
Что ещё разобрать по теме
- Сравнительная характеристика контринсулярных гормонов (глюкагон, кортизол, адреналин, СТГ, йодтиронины)
- Внутриклеточные каскады передачи сигнала: пути PI3K/Akt и MAPK
- Генетические дефекты биосинтеза инсулина
- Механизмы истощения $\beta$-клеток при длительной гипергликемии (СД 2 типа)
Разберите тему целиком в курсе «Биохимия»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Инсулин» и ещё 3 574 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 115 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Строение, свойства и функции белков»
Бесплатные видеоуроки: биохимияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.