Инсулин (от лат. insula «остров») — полипептидный гормон поджелудочной железы, функцией которого является снабжение клеток организма энергией. Местом синтеза инсулина являются в панкреатические островки Лангерганса, их бета-клетки. Инсулин участвует в метаболизме всех клеток тканей, хотя на бытовом уровне ассоциируется лишь с диабетом.
Общие сведения
На сегодня инсулин достаточно изучен в своем строении. Выявлена связь гормона с метаболизмом белков, у диабетиков вырабатывающихся в недостаточном количестве, что ведет к раннему изнашиванию клеток. Роль инсулина в синтезе белков заключается в том, чтобы усиливать захват клетками аминокислот из крови и затем создавать из них белки.
Помимо этого, именно инсулин тормозит разложение белков в клетках. Инсулин воздействует и на липиды таким образом, что при его дефиците развивается ацидоз и атеросклероз. Почему связывают инсулин с энергией клеток? Потому что при обильной трапезе синтез инсулина заметно повышается, в клетки транспортируется сахар, и они запасают энергию. При этом уровень глюкозы в крови снижается – это основное свойство инсулина. При избытке глюкозы инсулин преобразует ее в гликоген, который копится в печени и мышцах. Он нужен при истощении других источников энергии. Существует прямая связь инсулина и синтеза гликогена. А уж когда и гликогена много, сахар преобразуется в жир (из 1 молекулы сахара получается 4 молекулы жира) – он откладывается на боках.
История открытия
В 1869 г. в Берлине совсем еще юный, 22-летний студент-медик Пауль Лангерганс при изучении поджелудочной железы под микроскопом заметил разбросанные по железе группы клеток, позже названные островками Лангерганса.
Их роль была сначала неясна. Позже Э. Лагус заявил, что эти клетки участвуют в пищеварении. В 1889 году немецкий физиолог Оскар Минковски с ним не согласился и в доказательство удалил поджелудочную у подопытной собаки.
Помощник-лаборант Минковски заметил, что моча оперированной собаки привлекает много мух. При ее исследовании был найден сахар. Это был первый опыт, позволивший связать поджелудочную железу с диабетом.
В 1900 г. русский ученый Леонид Васильевич Соболев (1876—1919) из лаборатории И. П. Павлова экспериментально доказал, что островки Лангерганса участвуют в обмене углеводов.
Строение гормона
Инсулин человека - это белок с молекулярной массой 5808, состоящий из 51 аминокислоты, соединенных в 2 пептидные цепи: А – содержит 21, цепь В – 30 аминокислот.
Их связь поддерживается 2 дисульфидными связями. При разрушении этих мостиков гормон инактивируется. Структурируется он, как и всякий обычный белок, в В-клетках.
Некоторые животные имеют инсулин, сходный по строению с человеческим. Это позволило создать синтетический инсулин для лечения СД. Наиболее часто применяют свиной инсулин, который отличается от человеческого только одной аминокислотой.
Бычий – отличается 3 аминокислотами. Определение точной последовательности всех аминокислот в составе инсулина было сделано английским микробиологом Фредериком Сенгером. За эту расшифровку в 1958 году он получил Нобелевскую премию по химии.
Еще немного истории
Выделение инсулина для практического применения было сделано в 1923 г. учеными Торонтского университета Ф. Бантингом и Бестом, которые также получили Нобелевскую премию. Известно, что Бантинг полностью соглашался с теорией Соболева.
Немного анатомии
Поджелудочная железа уникальна по своему строению. Имеется в виду то, что она одновременно и эндокринная железа, и экзокринная. Экзофункция ее заключена в участии в пищеварении. Она производит ценные пищеварительные ферменты - протеазы, амилазы и липазы, которые по протокам выделяются в ее полость. Экзокринная часть занимает 95% всей площади железы.
И только 5% приходится на островки Лангерганса. Это указывает на мощность железы и ее огромную работу в организме. Островки локализованы по всему периметру. 5% - это миллионы островков, хотя их суммарная масса всего 2 г.
Каждый островок содержит клетки А, В, D, РР. Они все производят свои соединения, участвующие в обмене БЖУ из поступающей пищи. Синтез инсулина происходит в В-клетках.
Как это происходит
Детальный процесс продукции инсулина точно не установлен и сегодня. По этой причине СД относится к неизлечимым патологиям. При установлении механизма образования инсулина можно будет управлять и диабетом, изначально влияя на процесс синтеза инсулина.
Сложность в многоэтапности процесса. При нем происходит несколько преобразований веществ, в результате которых неактивный инсулин становится активным. Схема при упрощении: предшественник – препроинсулин – проинсулин – инсулин активный.
Синтез
Синтез инсулина в клетке в упрощенной схеме выглядит так:
- Бета-клетки образуют инсулиновое вещество, которое направляется в аппарат Гольджи клетки. Здесь оно дополнительно подвергается обработке.
- Комплекс Гольджи - такая структура клеточной мембраны, которая накапливает, синтезирует, а затем и выводит нужные соединения через мембрану.
- Трансформация всех этапов и приводит к появлению дееспособного гормона.
- Теперь инсулин упаковывается в специальные секреторные гранулки. Хранится до востребования и дозревает. В гранулах хранятся еще С-пептид, ионы цинка, амилин и остатки проинсулина. Синтез и секреция инсулина начинаются во время приема пищи: поступают пищеварительные ферменты, полностью готовая гранула сливается с клеточной мембраной, и ее содержимое полностью выдавливается из клетки в кровь.
- Когда развивается гипергликемия, инсулин уже на подходе – освобождается и начинает действовать. Он просачивается в капилляры поджелудочной железы, которых здесь масса, они пронизывают железу насквозь.
Регуляция синтеза инсулина происходит за счет глюкозосенсорной системы бета-клеток. Она полностью регулирует равновесие между поступлением сахара и выработкой инсулина.
Резюме: синтез инсулина в организме активируется при гипергликемии. Но инсулин во время еды только повышается, но вырабатывается он круглосуточно.
Не только глюкозой осуществляется регуляция синтеза и секреции инсулина. Во время еды имеют место и дополнительные стимулы: содержащиеся в пище белки (аминокислоты лейцин и аргинин), эстрогены и холецистокинин, ионы К, Са, жирные кислоты от жиров. Уменьшение секреции инсулина отмечается при повышении в крови антагониста инсулина – глюкагона. Он производится в тех же панкреатических островках, но в альфа-клетках. Роль глюкагона в расщеплении и расходе гликогена. Последний при этом преобразуется в глюкозу. Со временем (с возрастом) сила и активность панкреатических островков падает, что становится заметно после 40 лет.
Недостаток синтеза инсулина вызывает необратимые изменения многих органов и систем. Норма инсулина в крови у взрослого составляет 3-25 мкЕ/мл, после 58-60 лет - 7-36 мкЕ/мл. Также инсулин всегда повышен у беременных.
Кроме регулирования гипергликемии, инсулин имеет анаболическую и антикатаболическую функцию. Иначе говоря, оба эти процесса – участники метаболизма. Один из них активизирует, другой тормозит процесс метаболизма. Их согласованность позволяет сохранять постоянство гомеостаза организма.
Функции инсулина
Инсулин формирует некоторые механизмы ферментации в клетках, поддерживая метаболизм. Он при выделении повышает поступление и использование глюкозы тканями, хранение ее мышцами и печенью и жировой тканью.
Главное его предназначение – добиться нормогликемии. Для этого глюкозу нужно куда-то распределить, поэтому инсулин и повышает способность клеток глюкозу усваивать, активирует ферменты для ее гликолиза, повышает интенсивность синтеза гликогена, который идет в печень и мышцы, снижает глюконеогенез в печени, при котором запасы глюкозы в печени уменьшаются.
Анаболические функции
К анаболическим функциям можно отнести:
- Увеличение способности клеток к захвату аминокислот (лейцина и валина).
- Повышение поставки минералов в клетки – K, Ca, Mg, P.
- Активация синтеза белков и дублирование ДНК.
- Участие в процессе образования сложных эфиров (этерификация) из жирных кислот, необходимых для появления триглицеридов. Антикатаболическая функция.
- Снижение распада белков блокированием процесса их разложения до аминокислот (гидролиз).
- Уменьшение разложения липидов (липолиз, в результате чего обычно жирные кислоты поступают в кровь).
Элиминация (выведение) инсулина
Этот процесс происходит в печени и почках. Больше половины его выводится печенью. Здесь имеется особый фермент – инсулиназа, которая инактивирует инсулин путем разрушения его структурных связей до аминокислот. 35% инсулина разлагается в почках. Процесс этот происходит в лизосомах эпителия почечных канальцев.
Инсулин может увеличиваться или уменьшаться в выработке. Это возникает при различных патологиях. Если такие нарушения длительны, развиваются необратимые изменения жизненно важных систем организма.
Взаимодействие глюкозы и инсулина
Глюкоза – вездесущее соединение в тканях организма. Практически в нее превращаются любые поступающие с пищей углеводы. Важнейшее свойство глюкозы – служить источником энергии, особенно ее нехватку сразу отмечают мышцы и мозг.
Для того чтобы не было нехватки глюкозы в клетках, и нужен инсулин. Он выполняет роль ключа для клеток. Без него глюкоза в клетки проникнуть не может, сколько бы сахара вы ни ели. На поверхности клеток есть особые белковые рецепторы для связи с инсулином.
Особой любовью гормон пользуется у миоцитов и адипоцитов (жировые клетки), их и называют инсулинозависимыми. Они составляют почти 70% от всех клеток. Процессы дыхания, кровообращения, движения обеспечиваются ими. Например, мышца без инсулина работать не будет.
Биохимия нейтрализации глюкозы инсулином
Тоже многогранный процесс, складывается поэтапно. Первыми активируются сразу белки – транспортеры, роль которых состоит в захвате молекул глюкозы и переправлении их через мембрану.
Клетка насыщается сахаром. Часть глюкозы направляется в гепатоциты, где превращается в гликоген. Его молекулы уже идут в другие ткани. Что вызывает в организме недостаток инсулина.
Недостаток синтеза инсулина вызывает диабет 1 типа. Если же выработка гормона достаточна, но клетки на него не реагируют вследствие появления у них инсулинорезистентности – развивается СД 2 типа.
Классификация препаратов инсулина
Они бывают комбинированными и одновидовыми. Последние содержат экстракт поджелудочной одного животного.
Комбинированные — сочетают экстракты желез нескольких видов животных. Практически не применяются на сегодня.
По происхождению или видовому признаку инсулин используют человеческий и свиной, крупного рогатого скота или китовый. Они различаются некоторыми аминокислотами. Самый предпочтительный после человеческого – свиной, отличается всего одной аминокислотой.
В России инсулин от крупного рогатого скота не применяют (отличается 3 аминокислотами).
По степени очистки инсулин бывает традиционный (содержит примеси других гормонов поджелудочной), монопиковый (МП) – отфильтрован дополнительно на геле, примесей в нем не более 1•10−3, монокомпонентный (МК) - по восходящей. Последний - самый чистый – 99% очистки (1•10−6 примесей).
Также инсулин различается по началу, пику и длительности действия – он бывает ультракороткий, короткий, средний и пролонгированный – длительный и сверхдлительный. Выбор остается за врачом.
Как восполнить инсулин
Хирургических и физических методов восстановления на сегодня не создано. Возможно применение инсулина только в инъекциях. Поддержать истощенную поджелудочную железу могут и ПССП – они уменьшают гипергликемию. Иногда инсулинотерапию могут дополнить ЗГТ - это способы медикаментозные.
Зато подручных способов воздействия на выработку инсулина существует достаточно: диета со сниженным количеством углеводов, которая подразумевает дробность питания и прием пищи в одинаковое время, частота приема – 5-6 раз в день. Полезно использование специй, отказ от простых углеводов и переход на сложные с низким ГИ, увеличение клетчатки в рационе, зеленый чай и больше морепродуктов, правильный белок и фитотерапия. Рекомендуются аэробные упражнения и другая умеренная физическая активность, а это уход от гиподинамии, ожирения, ведь, как известно, физические упражнения помогают избежать множества проблем.
