Биосинтез

А. Предшественники инсулина. Инсулин синтези­руется в виде препрогормона (мол. масса 11 500). Он может служить примером пептида, образующегося в результате различных преобразований из более крупной молекулы предшественника. Последователь­ность и субклеточная локализация соответствую­щих биохимических превращений показаны на рис. 51.3. Состоящая из 23 аминокислот гидрофобная ли- дерная последовательность (пре-фрагмент) направ­ляет молекулу-предшественник в цистерну эндоплаз- матического ретикулума и там отделяется. В резуль­тате образуется молекула проинсулина (мол. масса 9000), принимающая конформацию, необходимую для образования нужных дисульфидных мостиков. Как показано на рис. 51.4, молекула проинсулина имеет следующее строение, считая от аминоконца:

В-цепь С-пептид ¹ А-цепь.

Молекула проинсулина расщепляется в нескольких специфических участках с образованием эквимоляр- ных количеств зрелого инсулина и С-пептида. Эти

ферментативные превращения, показанные схемати­чески на рис. 51.5, начинаются с протеиназы, обла­дающей трипсиноподобной активностью — ферментом, отщепляющим с каждой из сторон С- пептида по две основные аминокислоты: дипептид Arg31-Arg32 на N-конце С-пептида и дипептид Lys64-Arg65 — на С-конце С-пептида².

Б. Предшественники других гормонов островко- вых клеток.

В. Субклеточная локализация синтеза инсулина и формирование гранул. Синтез инсулина и его упа­ковка в 1 ранулы происходит в определенном поряд­ке (рис. 51.7). Проинсулин синтезируется на рибосо­мах шероховатого эндоплазматического ретикулу- ма. Затем в цистернах этой органеллы происходит ферментативное отщепление лидерной последова­тельности (пре-сегмент), образование дисульфидных мостиков и складывание молекулы (рис. 51.3). После этого молекула проинсулина переносится в аппарат Гольджи, где начинаются протеолиз и упаковка в се­креторные гранулы. Созревание гранул продолжае­тся по мере продвижения по цитоплазме в направле­нии плазматической мембраны. Как проинсулин, так и инсулин соединяются с цинком, образуя гексаме- ры, но поскольку около 95% проинсулина превра­щается в инсулин, то именно кристаллы последнего придают гранулам их морфологические особенно­сти. Наряду с инсулином в гранулах содержатся так­же эквимолярные количества С-пептида, однако эти

молекулы не образуют кристаллических структур. При соответствующей стимуляции зрелые гранулы сливаются с плазматической мембраной, выбрасы­вая свое содержимое во внеклеточную жидкость пу­тем эмиоцитоза.

Г. Свойства проинсулина и С-пептида.

Д. Предшественники пептидов, родственных инсу­лину.

Е. Ген инсулина человека.

Ж. Аномальные продукты гена инсулина человека.

Регуляция секреции инсулина

Поджелудочная железа человека секретирует до 40—50 ед. инсулина в сутки, что соответствует 15— 20% общего количества гормона в железе. Секреция инсулина—энергозависимый процесс, происходя­щий с участием системы микротрубочек и микрофи- ламентов островковых В-клеток и ряда медиаторов.

А. Глюкоза. Повышение концентрации глюкозы в крови—главный физиологический стимул секре­ции инсулина. Пороговой для секреции инсулина является концентрация глюкозы натощак 80—100 мг%, а максимальная реакция достигается при кон­центрации глюкозы 300—500 мг%. Секреция инсули­на в ответ на повышение концентрации глюкозы носит двухфазный характер (рис. 51.10). Немедленный от­вет, или первая фаза реакции, начинается в пределах 1 мин после повышения концентрации глюкозы и продолжается в течение 5—10 мин. Затем насту­пает более медленная и продолжительная вторая фа­за, обрывающаяся сразу после удаления глюкозного стимула. Согласно существующим представлениям, наличие двух фаз ответной реакции инсулина отра­жает существование двух различных внутриклеточ­ных компартментов, или пулов, инсулина. Абсолют­ная концентрация глюкозы в плазме—не единствен-

ная детерминанта секреции инсулина. В-клетки ре­агируют и на скорость изменения концентрации глю­козы в плазме.

Предполагаются два разных механизма регуля­ции глюкозой секреции инсулина. Согласно одной гипотезе, глюкоза взаимодействует с рецептором, локализованным, вероятно, на поверхностной мем­бране В-клетки, что и приводит к активации меха­низма секреции. Вторая гипотеза исходит из того, что в стимуляции секреции инсулина участвуют вну­триклеточные метаболиты или скорость таких мета­болических путей, как пентозофосфатный шунт, цикл лимонной кислоты или гликолиз. Обе гипотезы нашли экспериментальные подтверждения.

Б. Гормональные факторы. На высвобождение ин­сулина влияет множество гормонов. а-Адре- нергические агонисты, особенно адреналин, по­давляют секрецию инсулина даже при стимуляции этого процесса глюкозой. Р-Адренергические агони­сты стимулируют секрецию инсулина, вероятно, пу­тем повышения концентрации внутриклеточного сАМР (см. ниже). Именно этот механизм, по- видимому, лежит в основе действия желудочного ин- гибиторного пептида, который повышает секрецию инсулина, а также в основе эффектов высоких кон­центраций ТТГ, АКТГ, гастрина, секретина, холеци- стокинина и энтероглюкагона.

В. Фармакологические агенты. Секрецию инсули­на стимулируют многие лекарственные препараты, однако в терапевтических целях чаще всего исполь­зуются производные сульфонилмочевины. Для лече­ния диабета типа II (инсулиннезависимого) широко применяют такие средства, как толбутамид, кото­рый стимулирует секрецию инсулина иным спосо-

Г. Внутриклеточные медиаторы секреции. При

стимуляции секреции инсулина глюкозой возрастает

потребление О, и использование АТР. Это сопряже­но с индуцированной К⁺ деполяризацией мембраны, что приводит к быстрому проникновению в клетку Са²⁺ по потенциал-зависимому каналу. Слияние ин- сулин-содержащих секреторных гранул с плазмати­ческой мембраной и происходящая в результате се­креция инсулина— процесс, зависимый от кальция. Стимуляция секреции инсулина глюкозой происхо­дит и с участием метаболитов фосфатидилинозито- ла (гл. 44).