Слайд- Рецепция инсулина (инсулиновый сигналинг) в инсулинзависимых тканях
Нормальные функции инсулина. Молекулярные механизмы действия инсулина.
Слайд
Инсулин – это гормон, вырабатываемый поджелудочной железой. Продуцируют его специальные эндокринные клетки, именуемые островками Лангерганса (бета-клетки).
Это гормон белковой природы выполняющий в организме чрезвычайно важные необходимые функции. В ЖКТ извне он поступать не может, так как будет переварен, подобно любому другому веществу белковой природы. Ежедневно поджелудочной железой вырабатывается небольшое количество фонового (базального) инсулина. После еды организм поставляет его в том количестве, которое требуется нашему организму для переваривания поступивших белков, жиров и углеводов.
Слайд
Инсулин синтезируется в бета-клетках островков Лангерганса обычным механизмом синтеза белка. Трансляция инсулина начинается на рибосомах, связанных с эндоплазматическим ретикулумом, с образования препроинсулина. От исходного препрогормона после выхода из эндоплазматической сети отщепляется N-концевой сигнальный пептид из 24 аминокислот и образуется проинсулин. В комплексе Гольджи путем протеолиза из середины молекулы проинсулина удаляются 4 основные аминокислоты и С-пептид. В итоге, образуется 2 цепи инсулина – А-цепь из 21 аминокислоты (содержит дисульфидную связь) и В-цепь из 30 аминокислот. Между собой А и В цепи соединяются 2 дисульфидными связями. Данная структура представляет собой четвертичную структуру белка. В дальнейшем в секреторных гранулах β-клеток инсулин депонируется в виде кристаллов, состоящих из 2 атомов цинка и 6 молекул инсулина. В целом поджелудочная железа человека содержит до 8 мг инсулина, что примерно соответствует 200 ЕД инсулина.
3 слайдСекреция инсулина.
β-клетки поджелудочной железы содержат в своей мембране большое количество К+-каналов, которые находятся в открытом состоянии и обеспечивают постоянный выход ионов калия из клетки и гиперполяризацию ее мембраны.
Основным стимулятором секреции инсулина является глюкоза. При повышении концентрации глюкозы более 5 ммоль/л она при помощи переносчика GLUT-2 поступает внутрь β-клеток и подвергается фосфорилированию ферментом глюкокиназой. Глюкокиназа – особый фермент, который содержится только в клетках печени и поджелудочной железы, он имеет относительно низкое сродство к глюкозе, поэтому фосфорилирует глюкозу только в том случае, если ее концентрация достаточно высока. В остальных клетках нашего организма фосфорилирование глюкозы осуществляется гексокиназой – ферментом, который имеет высокое сродство к глюкозе и активируется даже небольшим количеством глюкозы.
После фосфорилирования глюкозы в β-клетках она включается в ЦТК и обеспечивает синтез молекул АТФ, которые соединяются со специальными рецепторами внутренней поверхности калиевого канала и закрывают его. В итоге, ток ионов калия из клетки прекращается и развивается небольшая деполяризация мембраны, которая приводит к открытию Са2+-каналов. Ионы кальция поступают в клетку и выполняют роль стимулятора секреции приводя к выбросу инсулина в кровь.
Слайд
| Гексокиназа | Глюкокиназа | |
| Значение константы Михаэлиса | Км= 0,1 мМ | Км=10,0 мМ |
| Концентрация глюкозы | 0,05 ммоль/л | до 10—20 мммоль/л |
| Локализация | Мыщцы и другие органы | Β-клетки поджелудочной железы и печень |
| Ингибируется глюкозо-6-фосфатом | Глюкозо-6-фосфат не является для нее ингибитором |
5 слайд.Классификация транспортеров глюкозы на инсулинозависимые и инсулиннезависимые.
После выхода в кровь, оттекающую от кишечника, моносахариды движутся по сосудам воротной системы в печень, частично задерживаются в ней, частично выходят в большой круг кровообращения. Следующей задачей стоит проникновение в клетки органов.
Из крови внутрь клеток глюкоза попадает при помощи облегченной диффузии по градиенту концентрации с участием белков-переносчиков(глюкозных транспортеров «ГлюТ»). Различают 5 видов транспортёров, которые в свою очередь делятся на инсулинзависимые и инсулиннезависимые.
В мышцах и жировой ткани(миоциты и адипоциты) находится ГлюТ 4,только эти транспортёры являются чувствительными к влиянию инсулина . При действии инсулина они поднимаются к поверхности мембраны и переносят глюкозу внутрь. Данный транспортёр регулируется инсулином, соответственно при отсутствии инсулина, ГлюТ 4 также будет отсутствовать в цитоплазме клетки. Представленный транспортёр является инсулинзависимым.
Некоторые ткани совершенно не чувствительны к действию инсулина, их называют инсулиннезависимые. Это мембранные белки, находящиеся на поверхности всех клеток и осуществляющие транспорт глюкозы путем пассивного транспорта ,они осуществляют транспорт глюкозы не только в клетку, но и из клетки. Поэтому концентрация глюкозы в цитоплазме равна плазме крови.
ГЛЮТ-1 (эритроцитарный тип) – первый клонированный белок-транспортер, экспрессируется во многих тканях и клетках: эритроцитах, плаценте, почках, толстой кишке.
ГЛЮТ-2 (печеночный тип) синтезируется только в печени, почках, тонкой кишке (базолатеральная мембрана) и панкреатических b-клетках.
ГЛЮТ-3 (мозговой тип) экспрессируется во многих тканях: мозге, плаценте, почках, скелетных мышцах плода.
ГЛЮТ-5 (кишечный тип) находится в тонкой кишке, почках, скелетных мышцах и жировой ткани.
6 слайд- Рецепторы в организме делятся на 4 класса:
1.Ионные каналы
2.Рецепторы, связанные с G-белком
3.Рецепторы,связанные с Тиразинкиназой и Цитокиновые рецепторы. Используются в рецепции инсулина
4.Внутриклеточные рецепторы свойственные для стероидных гормонов и гормонов щитовидной железы Т3,Т4 и являются производными холестерина.
8 слайд-Стратегии регуляции активности ферментов:
1. При помощи ковалентной модификации
Ковалентная модификация заключается в обратимом присоединении отдельной группы, благодаря чему изменяется активность фермента. Чаще всего такой группой является фосфорная. Фосфорилирование фермента происходит по остаткам серина и тирозина. Присоединение фосфорной кислоты к белку осуществляется ферментом протеинкиназой, а отщепление –протеинфосфатазой.
2. Аллостерическая регуляция.
Аллостерические ферменты построены из двух и более субъединиц: одни субъединицы содержат каталитический центр, другие имеют аллостерический центр и являются регуляторными. Присоединение эффектора к аллостерической субъединицы изменяет конформацию белка, и соответственно активность каталитической субъединицы. Аллостерические ферменты обычно стоят в начале метаболических путей, и от их активности зависит течение многих последующих реакций. Поэтому они часто называются ключевыми ферментами.
3. Изменением уровня экспрессии генов, кодирующих регуляторные ферменты-увеличение или уменьшение концентрации фермента
4. Белок-белковое взаимодействие-способность одного белка активировать другой, присоединяясь к нему
слайд- Рецепция инсулина (инсулиновый сигналинг) в инсулинзависимых тканях.
Рецептор инсулина относится к классу рецепторов тирозиновых-киназ и представляет собой гетеротетрамер( из 4 разных субъединиц)-из двух α-субъединиц, представляющая собой экстра клеточную часть, т.к обращены в просвет кровеносного сосуда и двух β-субъединиц, не соприкасающихся друг с другом.
Рецептор-тирозиноваякиназа-в одной белковой молекуле сочетаются две функции:
-обладает способностью распознавать молекулу инсулина (работает как рецептор)
-обладает способностью фосфорилировать свои собственные субъединицы-киназная активность.
Начало сигналинга происходит с момента употребления пищи человеком и всасывания глюкозы в кровь,т.е происходит повышение концентрации уровня глюкозы(гипергликемия). Гипергликемия является сигналом для β-клеток поджелудочной железы, для того, чтобы произошла секреция инсулина в кровь. Инсулин циркулирует в крови не более 5мин. Он достаточно быстро связывается со своими рецепторами.
Как только происходит связывание инсулиновой молекулы с α-субъединицами его конформация тут же меняется,β-субъединицы начинают взаимодействовать друг с другом. И происходит активация центров тирозиновых киназ и начало фосфорилирования. И далее фосфорилируется белок,связанный с инсулиновым рецептором-СИР 1-субстрат инсулинового рецептора 1. Идет цепочка фосфорилирований. СИР1 является центром связывания для фосфоинозитид-3-киназа. В нем есть SH2-домен,который распознает фосфорилированный остаток субстрата инсулинового рецептора 1. Далее происходит фосфорилирование ФИФ2(фосфотидилинозитолбисфосфат) до ФИФ3(фософотидилинозитолтрисфосфат). ФИФ3 выступает в роли вторичного посредника(нужно утилизировать глюкозу крови).
Инсулин выступает в роли первичного постредника,т.к именно он несет информация из крови,что в ней высока концентрация глюкозы. Поскольку инсулин не может сам проникнуть в клетку он вызывают всю эту цень последовательных реакция, для создания ПротеинКиназы В.
ФИФ3 аллострерически активирует ФИФ3-зависимую киназу, которая в дальнейшем фосфорилирует ПротеинКиназу В(РКВ).
Какие же изменения происходят в результате активации протеинкиназыВ?
ПротеинкиназаВ изменяет внутриклеточное движение белков, приводя к движению ГлюТ 4,которые находились до этого в неактивном виде в цитоплазме. Они начитают двигаться к мембране и начинают встраиваться в нее. После этого мы должны закачать глюкозу внутрь.
ПротеинкиназаВ начинает фосфорилировать киназу-гликогенсинтазу. И сразу же после фосфорилирования она ингибируется (киназа-гликоген-синтаза),что приводит к активности дефосфорилированной гликоген-синтазы,т.е клетка готова начать синтезировать гликоген.
Первичные эффекты инсулиновой рецепции:
1.Увеличение числа транспортеров глюкозы в мембране инсулинзависимой клетки, как результат активации РКВ (Начинается закачка глюкоза из крови внутрь клетки)
2.Дефосфорилирование ключевых ферментов (Гликоген-синтазы)
Сначала задача загрузить глюкозу внутрь клетки и сохранить ее.
10 слайд-Митотические эффекты инсулина.
Инсулин это не только гормон,который обладает метаболическим эффектом,но и является фактором роста.
К субстрат инсулиновому комплексу привязывается Grb2(белок рецептора фактора роста 2) и образуется белок SOS,который связывается с RAS-белком. Когда он в неактивном состоянии,то он связывается с гуанидиндифосфат(ГДФ). Когда же присоединяется SOS,он сбрасывает ГДФ и связывает из среды ГТФ после чего RAS-белок активен. Далее активный белок RAS,связывается с киназой киназы митоген активировируемой протеинкиназой(МАРККК).Далее идет цепочка фосфорилирований, в результате которой образуется МАРК(митогенактивируеваяпротеинкиназа). Затем МАРК проникает в ядро и начинает фосфорилировать факторы транскрипции. После их фосфорилирования они присоединяются к соответствующим участкам ДНК,которые затем активируют транскрипцию,трансляцию(синтез белка) и митотическое деление.
Таким образом, инсулин ,работая как фактор роста, стимулирует рост, деление и синтез белка.-митогенные эффекты.