Главная >  Публикации 

 

Глава 6. сахарный диабет (М. И. Балаболкин и В. М. Креминская)



С помощью электронномикроскопической и иммуноцитохимической методик было показано, что F-клетки являются местом секреции панкреатического полипептида – антагониста холецистокинина. F-клетки, или РР-клетки, островков поджелудочной железы человека содержат гранулы меньших размеров, чем гранулы a-, b- и d-клеток. Эти клетки локализуются по периферии островков Лангерганса, а также выявляются среди экзокринных и эпителиальных клеток протоков поджелудочной железы.

Таким образом, помимо основных 4 типов – a, b, d и РР клеток в островках поджелудочной железы выявляются клетки, содержащие гастрин, вазоактивный интестинальный пептид (ВИП), тиролиберин, соматолиберин. Число этих клеток в островке незначительно, однако при определенных состояниях они могут служить источником образования аденом, секретирующих в избытке перечисленные гормоны. Это приводит к развитию соответствующей характерной патологии (синдром Золлингера-Эллисона, синдром панкреатической холеры, или синдром Вернера-Моррисона, акромегалия).

Инсулин. Длительное время считалось, что открытие инсулина принадлежит канадским ученым F. Banting и C. Best, которые получили из поджелудочной железы собак экстракт, устранявший гипергликемию и глюкозурию. О результатах они доложили 30 декабря 1921 г. на заседании американского общества физиологов и полученный ими экстракт из поджелудочной железы был введен 1 января 1922 г. 14-летнему мальчику Леонарду Томпсону, который страдал сахарным диабетом и находился в центральном госпитале г. Торонто. Однако эффекта от такого лечения не было. В дальнейшем экстракт из поджелудочной железы был приготовлен J.Collip по новой технологии и 23 января 1922 г. был применен тому же больному, что сопровождалось снижением уровня сахара в крови. Результаты этих исследований были опубликованы в июле 1922 г. Через год были приготовлены коммерческие препараты инсулина, применявшиеся для лечения больных диабетом. Почти за полгода (август 1921 г.) до сообщения канадских ученых об открытии инсулина во французском журнале была опубликована работа румынского ученого N. Paulescu, который получил экстракт из поджелудочной железы, назвав его панкреином и впервые показал, что при инъекции панкреатического экстракта в кровь животным снижается уровень сахара в крови и в моче. F. Sanger и соавт. (1953) расшифровали химическую структуру инсулина.

Инсулин является полипептидом, состоящим из двух цепей, включающих 51 аминокислотный остаток. a-Цепь содержит 21 аминокислотный остаток, b-цепь – 30. Обе цепи связаны двумя дисульфидными мостиками через остатки цистеина в положениях В7 и А7, В19 и А20 (схема 7).

Схема 27.Структура инсулина человека.

Кроме того, в a-цепи имеется еще один дисульфидный мостик, соединяющий остатки цистеина в положениях А6-11.

К настоящему времени последовательность аминокислотных остатков в молекуле инсулина изучена более чем у 25 видов животных. Инсулин человека и свиньи имеют наиболее близкую структуру и отличаются друг от друга только одной аминокислотой в положении В30. В инсулине человека в этом положении имеется треонин, а в инсулине свиньи – аланин.

Различные виды инсулина отличаются не только аминокислотным составом, но и a-спирально, которая обусловливает вторичную структуру гормона. Более сложной является третичная структура, которая образует участки (центры), ответственные за биологическую активность и антигенные свойства гормона. Внутреннее строение молекулы инсулина важно для взаимодействия с его рецептором и проявления биологического действия. Исследованиями с помощью рентгеновских лучей установлено, что гексамерная единица кристаллического цинк-инсулина состоит из трех димеров. Димеры инсулина связаны в кристаллы водородными мостиками между В24 и В26 пептидных групп.

В растворе молекулы инсулина легко переходят в агрегированное состояние, которое зависит от температуры, рН и содержания цинка. Кристаллический инсулин обычно содержит 0,3-0,6% цинка. Молекулярная масса инсулина около 6 кДА при щелочном значении рH и около 12 кДа – при кислом значении. При добавлении цинка возникают агрегированные формы с мол.м. от 50 до 300 кДа.

Инсулин синтезируется b-клетками поджелудочной железы. Ген, контролирующий этот процесс, локализуется на коротком плече 11-й хромосомы. Работами D. Steiner и соавт. (1967-1969) было показано, что в процессе биосинтеза вначале образуется молекула проинсулина, от которой в дальнейшем отщепляются молекула инсулина и С-пептид).

Синтез проинсулина происходит в рибосомах грубой эндоплазматической сети. Доказано, что в процессе биосинтеза вначале образуется препроинсулин.

Препроинсулин в микросомах очень быстро превращается в проинсулин, который из цистерн транспортируется в комплекс Гольджи. Период от начала до поступления его в комплекс Гольджи около 20 мин. В комплексе Гольджи происходит конверсия в инсулин. Это энергозависимая реакция, для осуществления которой требуется 30-60 мин.

Конверсия проинсулина в инсулин протекает при участии двух видов протеолитических ферментов (специфические пептидазы): трипсиноподобного фермента и карбоксипептидазы В, которая необходима для отщепления С-терминального фрагмента, в результате чего образуется промежуточная форма проинсулина – интермедиат-1, в котором С-пептид отделен от терминальной группы a-цепи. Существует и другая форма проинсулина (интермедиат-II), где С-пептид отделен от С-конца b-цепи. Образование интермедиата-I происходит при отщеплении двух аминокислот (аргинин и лизин) от a-цепи, а интермедиата II – при отщеплении двух аминокислот (аргинин и аргинин ) от b-цепи. У человека образование инсулина из проинсулина в основном происходит через формирование интермедиата-I. Указанные участки молекулы проинсулина (аргинин-лизин и аргинин-аргинин) обладают повышенной чувствительностью к действию протеаз, благодаря чему и осуществляется конверсия проинсулина в инсулин, при этом инсулин и С-пептид находятся в эквимолярных соотношениях.

В секреторных гранулах содержатся проинсулин, интермедиатные формы I и II, инсулин, С-пептид и ионы цинка, причем по мере созревания гранул уменьшается количество проинсулина и увеличивается количество инсулина, при взаимодействии которого с ионами цинка образуются кристаллы. Последние локализуются в центре гранулы и обусловливают повышенную электронную плотность при морфологических исследованиях поджелудочной железы. С-пептид располагается по периферии гранулы. Установлено, что большая часть цинка, содержащегося в островках поджелудочной железы, находится в гранулах и высвобождается в процессе секреции инсулина. В содержимом “созревшей” секреторной гранулы, помимо инсулина и С-пептида (94%), имеются проинсулин и интермедиаты I и II (около 6% ), а также ионы цинка. Большая часть цинка, содержащегося в островках поджелудочной железы, находится в гранулах и, как указывалось выше, высвобождается в период секреции инсулина.

Секреция инсулина осуществляется путем эмиоцитоза: миграция гранул к мембране b-клеток, слияние гранул с клеточной мембраной, растворение мембраны в месте контакта и, наконец, эмиоцитотическая экструзия гранулы – прорыв содержимого гранулы наружу. Этот процесс транспорта гранул к клеточной мембране осуществляется микротубулярно-ворсинчатой системой. Микротубулы образуются путем полимеризации белковых (тубулиновых) субъединиц, и во многих типах клеток полимеризующиеся канальцы находятся в динамическом равновесии с пулом их субъединиц. цАМФ и ионы кальция, влияющие на секрецию инсулина, изменяют равновесие между субъединицами и микротубулами (микроканальцами) в сторону полимеризации микроканальцев. Не исключено, что это влияние цАМФ на микроканальцевую систему опосредуется через фосфорилирование микроканальцевых белков. Микроканальцы способны сокращаться и расслабляться, перемещая гранулы по направлению к плазматической мембране.

Микроворсинки (микрофиламенты), являющиеся составной частью микротубулярно-ворсинчатой системы, расположены по периферии клетки, тесно прилегая к плазматической мембране. При приближении гранулы, содержащей инсулин, к мембране микроворсинки как бы обволакивают ее и подводят к мембране клетки, осуществляя процессы их слияния и растворения мембраны в точке соприкосновения, способствуя тем самым процессу экструзии – опорожнению гранулы, излиянию ее содержимого наружу. Вследствие изменения физических свойств среды происходит отщепление цинка и кристаллический инсулин становится растворимым. Механизм секреции инсулина представлен на схеме 29.Находящиеся в секреторной грануле 3 белка (инсулин, С-пептид и проинсулин) различаются биологической активностью и длительностью существования. Так, период полураспада инсулина составляет 3-10 мин, С-пептида – около 30 мин, проинсулина – около 20-23 мин. Если принять биологическую активность за 100%, то проинсулин обладает 10% активности, интермедиат-I – около 25%, а С -пептид таковой не обладает. Имеющиеся в нашем распоряжении методы оценки биологической активности перечисленных биологических веществ действительно показывают, что С-пептид является биологически неактивной частью молекулы проинсулина. Однако в последние годы показано, что применение С-пептида вместе с инсулином для лечения больных, страдающих инсулинозависимым диабетом, приводит к стабилизации сосудистых осложнений диабета и отдаляет появление новых проявлений ангиопатии. В случае нарушения конверсии проинсулина в инсулин (недостаточность соответствующих протеаз) в циркуляцию будет поступать большое количество проинсулина, что может сопровождаться нарушением углеводного обмена различной степени выраженности, вплоть до явного диабета.

Механизм действия инсулина. Практически во всех тканях организма инсулин влияет на обмен углеводов, жиров, белков и электролитов, увеличивая транспорт глюкозы, белка и других веществ через мембрану клетки. Своё биологическое действие на уровне клетки инсулин осуществляет через соответствующий рецептор.

Рецептор к инсулину представляет собой тетрамерную белковую структуру, являющуюся составной частью мембраны клетки. В многочисленных исследованиях установлено, что рецептор включает две субъединицы, каждая из которых также состоит из двух частей. Полипептидная цепь a-субъединицы состоит из 719 аминокислотных остатков, а ее молекулярная масса (мол.м.) – 135000 D. b-Субъединица включает 620 аминокислотных остатков и имеет мол.м. 95000D.

Рецептор выполняет три основные функции: 1) с высокой специфичностью распознает в молекуле места связывания инсулина и осуществляет комплексирование с последним; 2) опосредует передачу соответствующего сигнала, направленного на активизацию внутриклеточных обменных процессов; 3) осуществляет эндоцитоз (погружение внутрь клетки) гормонорецепторного комплекса, что приводит к лизосомальному протеолизу инсулина с одновременным возвращением субъединицы к мембране клетки.

Гормонорецепторное взаимодействие осуществляет a-субъединица рецептора, содержащая связывающие места; b-субъединица обладает тирозинкиназной активностью, которая повышается под влиянием инсулина после его связывания с a-субъединицей.

Ген, ответственный за синтез рецептора к инсулину, локализуется на коротком плече 19-й хромосомы. Период полураспада (существования) мРНК-рецептора к инсулину составляет 2 ч.

Электронномикроскопические исследования показали, что после связывания инсулина с рецептором клетки весь комплекс погружается в цитоплазму, достигает лизосом, где и разрушается. Период полураспада собственно рецептора составляет 7-12 ч, но в присутствии инсулина уменьшается до 2-3 ч. В лизосомах под влиянием протеолитических ферментов происходит диссоциация инсулинорецепторного комплекса, и рецептор возвращается к мембране клетки (функция шатла). Прежде чем рецептор подвергнется деградации, он успевает несколько раз переместиться от мембраны к лизосомам и обратно (рециклизация рецептора).

Трансмембранная передача сигнала и механизм действия инсулина изучены еще не до конца. Если для многих полипептидных гормонов вторичным мессенджером является цАМФ, то механизм передачи действия инсулина оказался значительно сложнее, и в этом процессе важную роль играет инсулинорецепторная протеинкиназа, которая катализирует перенос фосфатных групп с АТФ на гидроксильные остатки аминокислот в протеинкиназах.

Взаимодействие инсулина с рецептором приводит к повышению активности протеинкиназы С, фосфорилированию остатков тирозина рецептора и стимуляции последующего самофосфорилирования рецептора. Кроме того, взаимодействие инсулина с рецептором приводит к стимуляции специфической фосфолипазы С, к гидролизу гликозилфосфатидилинозитола и образованию двух вторичных мессенджеров: инозитолтрифосфата и диацилглицерина. Инозитолтрифосфат высвобождает кальций из эндоплазматического ретикулума. Диацилглицерин действует на кальмодулин и протеинкиназу С, которая фосфорилирует различные субстраты, приводя к изменению активности клеточных систем.

Основное действие инсулина заключается в усилении транспорта глюкозы через мембрану клетки. Стимуляция инсулином приводит к увеличению скорости поступления глюкозы внутрь клетки в 20-40 раз. Транспорт глюкозы через мембрану клетки осуществляется белками-транспортерами. При стимуляции инсулином наблюдается увеличение в 5-10 раз содержания транспортных белков глюкозы в плазматических мембранах при одновременном уменьшении на 50-60% их содержания во внутриклеточном пуле. Требующееся при этом количество энергии в виде АТФ необходимо в основном для активации инсулинового рецептора, а не для фосфорилирования белка-транпортера. Стимуляция транспорта глюкозы увеличивает потребление энергии в 20-30 раз, тогда как для перемещения транспортеров глюкозы требуется лишь незначительное ее количество.

Транслокация транспортеров глюкозы к мембране клетки наблюдается уже через несколько минут после взаимодействия инсулина с рецептором, и для ускорения или поддержания процесса рециклирования белков-транспортеров необходимо дальнейшее стимулирующее влияние инсулина.

Идентифицировано два класса транспортеров глюкозы: Na+-глюкозный котранспортер и пять изоформ собственных транспортеров глюкозы (G. Bell и соавт., 1990). Cогласно данным этих авторов, Na+-глюкозный котранспортер, или симпортер, экспрессируется специальными эпителиальными реснитчатыми клетками тонкой кишки и проксимального отдела канальцев почек. Этот белок осуществляет активный транспорт глюкозы из просвета кишки или нефрона против градиента её концентрации путем связывания глюкозы с теми ионами натрия, которые транспортируются ниже градиента концентрации. Градиент концентрации Na+ поддерживается активным белком-транспортером натрия через поверхность пограничных реснитчатых клеток посредством мембраносвязанных Na+, K+-зависимой АТФазы. Молекула этого белка – транспортера состоит из 664 аминокислотных остатков, его синтез кодируется геном, расположенным на 22-й хромосоме.

Второй класс переносчиков глюкозы представлен собственными транспортерами глюкозы. Это мембранные белки, находящиеся на поверхности всех клеток и осуществляющие транспорт глюкозы ниже градиента ее концентрации посредством соответствующей диффузии, т.е. путем пассивного транспорта, при котором транслокация глюкозы через билипидную мембрану клетки ускоряется мембранносвязанным транспортным белком. Транспортеры глюкозы первично осуществляют транспорт глюкозы не только в клетку, но и из клетки. Транспортеры II класса участвуют и во внутриклеточном перемещении глюкозы. Глюкоза абсорбируется на поверхности эпителиальых клеток, обращенных в просвет кишки или нефрона, с помощью Nа+-глюкозного котранспортера.

Факторами, регулирующими экспрессию транспортеров глюкозы, являются инсулин, факторы роста, перорально вводимые препараты, снижающие уровень сахара, ванадий, глюкокортикоиды, цАМФ, голодание, дифференцировка клеток и протеинкиназа С.

ГЛЮТ-1 (эритроцитарный тип) – первый клонированный белок-транспортер. Ген, кодирующий этот белок, расположен на I-й хромосоме. ГЛЮТ-1 экспрессируется во многих тканях и клетках: эритроцитах, плаценте, почках, толстой кишке. По данным K. Kaestner и соавт. (1991), синтез ГЛЮТ-1 и ГЛЮТ-4 в адипоцитах транскрипционно регулируется цАМФ реципрокным способом. Наряду с этим экспрессия ГЛЮТ-1 в мышцах стимулируется угнетением N-связанного гликозилирования (F. Maher, L. Harrison, 1991).

ГЛЮТ-2 (печеночный тип) синтезируется только в печени, почках, тонкой кишке (базолатеральная мембрана) и панкреатических b-клетках. Молекула ГЛЮТ-2 включает 524 аминокислотных остатка. Ген, кодирующий этот белок, локализуется на 3-й хромосоме. Изменение количества или структурной формы ГЛЮТ-2 вызывает снижение чувствительности b-клеток к глюкозе. Это происходит при сахарном диабете II типа, когда наблюдается индукция экспрессии ГЛЮТ-2 в проксимальных канальцах почек, причем количество ГЛЮТ-2 мРНК увеличивается в 6,5 раза, а количество ГЛЮТ-1 мРНК уменьшается до 72% от нормы (J.H. Dominguez и соавт., 1991).

ГЛЮТ-3 (мозговой тип) экспрессируется во многих тканях: мозге, плаценте, почках, скелетных мышцах плода (уровень этого белка в скелетных мышцах взрослого человека низкий). Молекула ГЛЮТ-3 состоит из 496 аминокислотных остатков. Ген, кодирующий этот белок, расположен на 12-й хромосоме.

ГЛЮТ-4 (мышечно-жировой тип) содержится в тканях, где транспорт глюкозы быстро и значительно увеличивается после воздействия инсулина: скелетной белой и красной мышцах, белой и коричневой жировой клетчатке, мышце сердца. Молекула белка состоит из 509 аминокислотных остатков. Ген, кодирующий ГЛЮТ-4, локализуется на 17-й хромосоме. Основной причиной клеточной резистентности к инсулину при ожирении и инсулиннезависимом диабете (ИНЗД), по данным W.Garvey и соавт. (1991), является претрансляционное угнетение синтеза ГЛЮТ-4, однако его содержание в мышечных волокнах I и II типа у больных ИНЗД при ожирении и нарушении толерантности к глюкозе одинаково. Резистентность мышц этих больных к инсулину, вероятно, связана не с уменьшением количества ГЛЮТ-4, а с изменением их функциональной активности или нарушением транслокации.

ГЛЮТ-5 (кишечный тип ) находится в тонкой кишке, почках, скелетных мышцах и жировой ткани. Молекула этого белка состоит из 501 аминокислотного остатка. Ген, кодирующий синтез белка, расположен на 1-й хромосоме.

После взаимодействия инсулина с рецептором происходит внедрение в клетку гормонорецепторного комплекса. Этот процесс включает инвагинацию участка мембраны, где происходит кластеризация инсулинорецепторного комплекса, и образование пиноцитотического пузырька, который отщепляется от мембраны и поступает внутрь клетки. Процесс энергозависим, и количество поглощенного гормонорецепторного комплекса пропорционально количеству инсулина, связанного с плазматической мембраной. Это свидетельствует о том, что комплексирование является определяющим и контролирующим моментом данного процесса. Обычно эндоцитотический пузырек соединяется с лизосомами, располагающимися в комплексе Гольджи, где осуществляется деградация гормонорецепторного комплекса и происходит отщепление рецептора, который возвращается на мембрану клетки. Процесс рециркуляции инсулиновых рецепторов, транслокация и циркуляция белков-переносчиков глюкозы имеют много общих черт. В частности, для перемещения этих субстратов в обоих направлениях требуется определенное количество энергии, полный цикл рециркуляции занимает 5-10 мин, а интенсивность этих процессов уменьшается при снижении температуры инкубационной среды.

Деградация связанного с рецептором гормона и индуцированное инсулином снижение концентрации рецепторов (так называемый феномен регулируемого понижения, или down regulation ) являются взаимосвязанными процессами. Существует состояние динамического равновесия между скоростью внедрения инсулинорецепторных комплексов, их деградацией и рециркуляцией, повторным включением в структуру мембраны, а также скоростью их синтеза. Это подтверждается тем фактом, что концентрация инсулина, необходимая для начала снижения концентрации рецепторов, обратно пропорциональна величине и скорости внедрения гормона в клетку; при условиях, вызывающих уменьшение количества рецепторов, повышается скорость пиноцитоза в клетке

Далее:

 

Хронический панкреатит.

5.3. Измерение пульса.

2.4. Полномочия органов исполнительной власти субъектов российской федерации, органов местного самоуправления, организаций. Права и обязанности граждан российской федерации в области гражданской обороны..

Питательные вещества в кислой капусте.

Общие меры лечения.

6. «Возбуждение».

Сердце не лежит..

 

Главная >  Публикации 


0.0016