Сахарный диабет (стр. 2 из 3)

После еды - роль инсулина

После еды происходит увеличение глюкозы в крови. Это обнаруживают бета-клетки поджелудочной железы и выбрасывают в кровь инсулин. Инсулин даёт возможность использовать глюкозу тканями, в том числе скелетными мышцами и адипоцитами. При увеличении глюкозы уменьшается секреция глюкагона, выработка глюкозы из других источников и расщепление гликогена.

Схема 4.Изменение соотношения гормонов после еды.

Изменение в крови уровней глюкозы, инсулина и глюкагона после богатой углеводами еды.

Использование глюкозы

Внутри клетки некоторое количество глюкозы используется немедленно через гликолиз. Это основной путь метаболизма углеводов происходит во всех клетках организма. И весь сахар, превращённый в глюкозу, проходит этот путь.

В сытом состоянии высокий уровень инсулина и низкий уровень глюкагона стимулируют гликолиз, при котором освобождается энергия, и продуцируются промежуточные углеводы, которые могут использоваться в других метаболических путях.

Действие гликогена.

То количество глюкозы, которое не было немедленно использовано, забирается печенью и мышцами, где превращается в гликоген.

Инсулин:

- стимулирует образование печёночного гликогена (катализатор синтеза гликогена в печени)

- замедляет действие на печень фосфорилазы гликогена (фермент, катализирующий расщепление гликогена в печени).

- замедляет синтеза глюкозы другими источниками.

Инсулин также стимулирует образование гликогена в мышцах, но другим методом. Он заключается в увеличении числа переносчиков глюкозы (GLUT4) на поверхность клетки. ГЛЮТ 4 – главный переносчик глюкозы в клетки мышц и жировой ткани. Это ведёт к быстрому усвоению глюкозы и превращению её в мышечный гликоген.

Действие жиров

Когда запас гликогена полностью восстановится, излишек глюкозы превращается в жир, и этот процесс называется липогенез. Глюкоза превращается в жирные кислоты, которые хранятся в виде триалглицеридов (3 молекулы кислоты, присоединённые к 1 молекуле глицерина). Источником углерода для синтеза жирных кислот служит ацетил-Ко-А, образующийся при распаде глюкозы. Таким образом, избыток углеводов, поступающих в организм, трансформируется в жирные кислоты, а затем в жиры.

Инсулин способствует липогенезу:

- увеличивая число переносчиков глюкозы (GLUT4) на поверхности жировых клеток. Это является причиной быстрой утилизации глюкозы.

- увеличивая активность липопротеиновых липаз, которые освобождают много жирных кислот для синтеза триалглицеридов.

Вдобавок к содействию жировому синтезу инсулин замедляет разрушение жиров, подавляя гормоночувтствительную липазу (снижает запас жиров).

Результат - низкий уровень жирных кислот в крови.

Инсулин также имеет аноболический эффект, воздействующий на белковый метаболизм. Он стимулирует проникновение аминокислот в клетки и стимулирует образование белков из аминокислот.

Голодание - роль глюкагона.

Голоданием принято считать проведение более 8 часов без пищи. В результате наблюдается падение уровня сахара в крови, замедление секреции инсулина и усиление выделения глюкагона. Глюкагон противоположен действию инсулина. Глюкагон увеличивает уровень сахара стимулированием мобилизации запасов гликогена в печени. За 10–18 часов запасы гликогена истощаются, и если голодание продолжается, то глюкагон продолжает стимулировать продукцию глюкозы печенью.

Кроме низкого уровня глюкозы в крови, освобождение глюкагона стимулируют богатая белками пища и стресс:

- аминокислоты увеличивают секрецию глюкагона и незначительно инсулина. Глюкагон предотвращает гипогликэмию, вызванную инсулином и стрессом (организм предупреждает повышение уровня глюкозы, которая требуется во время стресса)

- при стрессе в кровь выбрасывается глюкагон, который увеличивает продукцию глюкозы печенью путем стимуляции распада глюкогена. Количество глюкозы в крови зависит от силы стресса.

Голод

Метаболическое состояние голода (т.е. тканевое голодание) более обыденно проявляется у людей, которые стараются стремительно потерять вес или у тех, которые чувствуют отвращение к пище. После пары дней без еды печень будет истощать запасы гликогена, но продолжать производить глюкозу из аминокислот и жиров.

Окисление жирных кислот как источников энергии увеличивается при голодании и физической работе. В этих состояниях их концентрация в крови увеличивается в результате мобилизации из жировых депо и они активно окисляются печенью, мышцами. При голодании часть жирных кислот используются многими тканями как источник энергии. Они в отличии от жирных кислот могут использоваться нервной тканью. Наиболее важный орган, использующий кетоновые продукты – это мозг, потому что он не способен к метаболизму жирных кислот.

"Голод посреди изобилия"

Диабет часто называют "голодом посреди изобилия", потому что внутриклеточный уровень глюкозы низкий, хотя внеклеточный уровень может быть экстремально высоким.

При диабете 1 типа в периферических тканях используются неглюкозные источники энергии, например, жировые кислоты и кетоновые тела. При тканевом голодании в крови можно обнаружить кетоновые тела. Кетоны - слабые кислоты, они закисляют кровь.

Это метаболическое состояние называется диабетическокетоацидоз (DKA). Гипергликимия и кетоацидоз являются признаком диабета 1 типа (схема 5).

К кетоновым телам относятся бета-гидроксибутират, ацетоацетат и ацетон. Первые 2 молекулы могут окисляться в тканях, обеспечивая синтез АТФ. Ацетон образуется только при высоких концентрациях кетоновых тел в крови и выделяясь с мочой, выдыхаемым воздухом и потом позволяет организму избавляться от избытка кетоновых тел.

Влияние печени на уровень глюкозы

Печень получает богатую глюкозой кровь из пищеварительного тракта через воротную вену (схема3).

Печень имеет большое количество переносчиков GLUT2, которые не нуждаются в присутствии инсулина для транспорта глюкозы в клетки печени. GLUT2 имеет низкое родство к глюкозе, что дает возможность стремительному транспорту глюкозы, когда уровень сахара в крови будет выше нормы. Поэтому в печени уровень глюкозы внутри и снаружи клетки может приближаться к одинаковому.

Первый шаг к "запиранию" глюкозы внутри клетки заключается в фосфорилировании глюкозы - 6 - фосфат (G6Р). Печень отличается от остальных органов тем, что использует ферменты глюкокиназ, несколько хексокиназ. Глюкокиназа может производить G6P быстрее и также сковывать этим продуктом (это потому, что в печени G6Р может делать каналы в гликогене).

Глюкоза и инсулин оба моделируют метаболические энзимы в таких способах, как поддержание формирования гликогена. Этот процесс движения вперёд приносит больше глюкозы в печень. Инсулин поддерживает синтез гликогена, стимулируя гликоген синтетазу и сковывая гликоген фосфорилазу.

История инсулина. Синтез инсулина

Инсулин - вырабатывающие клетки тела называются в-клетками и они находятся в поджелудочной железе. Эти скопления клеток вместе образуют островки Лангерганса, названного в честь немецкого медицинского студента, который описал их.

Синтез инсулина начинается с транскрипции гена инсулина, который находится в 11 хромосоме. В результате трансляции мРНК образуется белок из 110 аминокислот. Этот первый трансляционный продукт назван препроинсулином, является неактивным. Он содержит сигнальный пептид, состоящий из 24 аминокислот, остатки которых требуются для перехода растущей полипептидной цепи через мембрану в эндоплазматический ретикулум. В эндоплазматическом ретикулуме от препроинсулина с помощью протеазы отщепляется сигнальный пептид и образуется проинсулин. Проинсулин состоит из 1 цепи, содержащей 3 домена В-цепи, содержащую аминогруппу – N-конец, А-цепи, содержащую карбоксильную группу – С-конец и соединяющий эти цепи С-пептид. Внутри эндоплазматического ретикулума специфические пептидазы удаляют С-пептид проинсулина, возникает созревшая активная форма инсулина.

В аппарате Гольджи инсулин и свободный С-пептид упаковываются в секреторные гранулы, которые накапливаются в цитоплазме В-клеток.

Экзоцитоз гранул осуществляется входом глюкозы в В-клетку.

Структура инсулина

В 1958 году Фредрик Санджер был награждён своей первой Нобелевской премией за установление последовательности АМК, составляющие инсулин. Впервые был определён в протеине порядок построения АМК (первостепенная последовательность).

Инсулин состоит из 2-х цепей АМК, названные цепью А (21АМК) и цепью В (30АМК), которые связаны вместе двумя дисульфидными мостиками. Молекула инсулина соединяет также внутримолекулярный дисульфидный мостик, соединяющий 6 и 11 остатков А-цепи вместе.

У многих видов животных состав А, В цепей молекулы имеют значительное сходство по первичной структуре с инсулином человека. По этой причине свиной инсулин может поддерживать обратный недостаток уровня человеческого инсулина у пациентов-диабетиков. Сегодня свиной инсулин большей частью замещен массовым производством человеческого инсулина бактериями (рекомбинантный инсулин).

Молекулы инсулина склонны образовывать димеры в р-ре и в присутствии ионов цинка инсулиновые димеры соединяются в гексомеры. В то время как мономеры инсулина легко диффундируют в крови и действуют стремительно, гексомеры распространяются медленно и поэтому их эффект наступает медленно.

Секреция инсулина

Увеличение уровня глюкозы внутри

-клеток поджелудочной железы запускает выброс инсулина.