Инсулин: гормон, регулирующий уровень глюкозы¶
Инсулин — пептидный гормон, который вырабатывается бета-клетками островков Лангерганса поджелудочной железы и регулирует уровень глюкозы в крови, обеспечивая её поступление в клетки тканей. Инсулин относится к числу ключевых анаболических гормонов организма и является единственным гормоном, снижающим концентрацию сахара в крови; его действие опосредовано связыванием с инсулиновыми рецепторами на поверхности клеток и активацией внутриклеточных сигнальных каскадов.
¶Биохимия и синтез
Инсулин представляет собой белок, состоящий из двух полипептидных цепей: цепи А (21 аминокислота) и цепи B (30 аминокислот), соединённых двумя дисульфидными мостиками. Ген инсулина у человека расположен в коротком плече 11-й хромосомы. Биосинтез гормона начинается с образования препроинсулина, который в эндоплазматическом ретикулуме превращается в проинсулин. В секреторных гранулах бета-клеток проинсулин расщепляется до зрелого инсулина и С-пептида; оба вещества выделяются в кровь в эквивалентных количествах, поэтому определение уровня С-пептида используется в диагностике для оценки эндогенной продукции гормона.
¶Физиологические функции
Основная функция инсулина — снижение концентрации глюкозы в плазме крови. Гормон обеспечивает этот эффект несколькими механизмами:
- Транспорт глюкозы. Инсулин стимулирует перенос глюкозы в клетки скелетных мышц и жировой ткани путём встраивания транспортёров GLUT4 в клеточную мембрану.
- Гликогеногенез. В печени и мышцах гормон активирует гликогенсинтазу, что приводит к превращению избытка глюкозы в гликоген — форму её запаса.
- Липогенез. Инсулин способствует синтезу жирных кислот и их эфиров в жировой ткани и печени, одновременно подавляя липолиз (расщепление жиров).
- Белковый обмен. Гормон стимулирует синтез белка в мышцах и других тканях, тормозя протеолиз.
- Глюконеогенез и гликогенолиз. Инсулин тормозит образование новой глюкозы в печени и расщепление гликогена, что дополнительно снижает уровень сахара в крови.
Помимо углеводного обмена, инсулин влияет на рост тканей: он действует совместно с инсулиноподобным фактором роста-1 (ИФР-1) и участвует в регуляции клеточного деления.
¶Механизм действия
Инсулин взаимодействует с тирозинкиназным рецептором инсулина, расположенным на наружной мембране клетки. Активация рецептора запускает каскад фосфорилирования внутриклеточных субстратов — прежде всего IRS-белков, — что приводит к активации фосфатидилинозитол-3-киназы (PI3K) и протеинкиназы B (Akt). Через этот путь гормон регулирует транспорт глюкозы, ферментные системы синтеза гликогена и жиров, а также клеточный рост. Отдельная ветвь сигнализации (через MAP-киназы) отвечает за митогенные эффекты инсулина.
¶Регуляция секреции
Выделение инсулина бета-клетками зависит прежде всего от концентрации глюкозы в крови: повышение уровня сахара после приёма пищи вызывает поступление глюкозы в бета-клетки, увеличение синтеза АТФ, закрытие калиевых каналов и деполяризацию мембраны, что приводит к высвобождению гормона в кровь. Секрецию инсулина также стимулируют аминокислоты (лейцин, аргинин), гастроинтестинальные гормоны (глюкагоноподобный пептид-1, гастрин), а также некоторые лекарственные средства (сульфаниламидные сахароснижающие препараты). Секреция тормозится голоданием, физической нагрузкой, симпатической нервной системой и гормонами стресса (адреналин, кортизол).
¶Инсулин и диабет
Нарушение продукции или действия инсулина лежит в основе сахарного диабета. При диабете 1-го типа в результате аутоиммунного разрушения бета-клеток гормон не вырабатывается, и пациенты нуждаются в пожизненном введении экзогенного инсулина. При диабете 2-го типа ткани становятся устойчивыми к действию гормона (инсулинорезистентность), а со временем секреторная функция поджелудочной железы также снижается.
¶История открытия
Роль поджелудочной железы в регуляции сахара была установлена в конце XIX — начале XX века. В 1889 году немецкие физиологи Иосиф фон Меринг и Оскар Минковский показали, что удаление поджелудочной железы у собак вызывает симптомы, сходные с диабетом. В 1921 году канадские исследователи Фредерик Бантинг и Чарльз Бест совместно с Джеймсом Коллипом и Джоном Маклеодом выделили из поджелудочной железы собак активное вещество, снижающее уровень глюкозы, — инсулин. В 1923 году Бантинг и Маклеод были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине. Первые инсулиновые препараты для лечения диабета были внедрены в клиническую практику в 1922–1923 годах; в России первые отечественные инсулиновые препараты были созданы в 1920-е годы под руководством Л. А. Орбели и С. С. Злобина.
¶Применение в медицине
Инсулин является основным средством лечения диабета 1-го типа и применяется при диабете 2-го типа, а также в ряде других состояний (диабетический кетоацидоз, гиперкалиемия, тяжёлые гипергликемии). Современные препараты делятся на аналоги инсулина короткого действия (лизпро, аспарт), пролонгированного действия (гларгин, деглудек) и средней длительности. Введённый инсулин не усваивается перорально, поэтому применяется подкожно, внутривенно или с помощью инсулиновых помп.
¶Интересные факты
Инсулин стал первым белком, полностью расшифрованным по аминокислотной последовательности: это сделал Фредерик Сэнгер в 1951–1955 годах, за что получил вторую Нобелевскую премию по химии (1958). Структурная информация об инсулине позволила в 1965 году китайским учёным впервые синтезировать этот гормон полностью химическим путём.
¶Источники
- Гайтон А. К., Холл Дж. Э. Медицинская физиология.
- Харпер Г. Биохимия.
- Справочник по эндокринологии.
- Материалы Всемирной организации здравоохранения по лечению диабета.