Рецептор инсулина и механизм действия инсулина

Содержание

• 1 Состояние клеточных мембран
• 2 Строение и кинетика инсулинового рецептора

Действие инсулина на клетки-мишени начинается после его связывания со специфическими димерными мембранными рецепторами (рис. 6.22), при этом внутриклеточный домен рецептора обладает тирозинкиназной активностью. Инсулин-рецепторный комплекс не только передает сигнал внутрь клетки, но и частично путем эндоцитоза поступит внутрь клетки к лизо-сомам. Под влиянием лизосомальной протеазы инсулин отщепляется от рецептора, при этом последний либо разрушается, либо возвращается к мембране и вновь встраивается в нее. Многократное перемещение рецептора от мембраны к лизосомам и обратно к мембране носит название рециклизация рецептора. Процесс рециклизации важен для регуляции колич-ства инсулиновых рецепторов, в частности обеспечения обратной зависимости между концентрацией инсулина и количеством мембранных рецепторов к нему.

Образование инсулин-рецепторного комплекса активирует тирозинкиназу, запускающую процессы фосфорилирования внутриклеточных белков. Происходящее при этом аутофосфорилирование рецептора ведет к усилению первичного сигнала. Инсулин-рецепторный комплекс вызывает активирование фосфолипазы С, образование вторичных посредников инозитолтрифосфата и диацилглицерола, активацию протеинкиназы С, ингибирование цАМФ. Участие нескольких систем вторичных посредников объясняет многообразие и различия эффектов инсулина в разных тканях.

Рис. 6.22. Схема механизма действия инсулина на клетку-мишень.

Инсулин оказывает влияние на все виды обмена веществ, способствует анаболическим процессам, увеличивая синтез гликогена, жиров и белков, тормозя эффекты многочисленных контринсулярных гормонов (глюкагона, катехоламинов, глюкокортикоидов и соматотропина). Все эффекты инсулина по скорости их реализации подразделяют на 4 группы: очень быстрые (через несколько секунд) — гиперполяризация мембран клеток (за исключением гепатоцитов), повышение проницаемости для глюкозы, активация Na-K-АТФазы, входа К+ и откачивания Na , подавление Са-насоса и задержка Са2+; быстрые эффекты (в течение нес кольких минут) — активация и торможение различных ферментов, подавляющих катаболизм и усиливающих анаболические процессы; медленные процессы (в течение нескольких часов) — повышенное поглощение амиминокислот, изменение синтеза РНК и белков-ферментов; очень медленные эффекты (от часов до суток) — активация митогенеза и размножения клеток.

Важнейшим эффектом инсулина в организме является увеличение в 20—50 раз транспорта глюкозы через мембраны мышечных и жировых клеток путем облегченной диффузии по градиенту концентрации с помощью чувствительных к гормон) мембранных белковых переносчиков, называемых ГЛЮТ. В мембранах разных видов клеток выявлены 6 типов ГЛЮТ (рис. 6.23), но только один из них — ГЛЮТ-4 — является инсулинозависимым и находится в мембранах клеток скелетных мышц, миокарда, жировой ткани.

Инсулин влияет на угле водный обмен, что проявляется:

1) активацией утилизации глюкозы клетками,
2) усилением процессов фосфорилирования;
3) подавлением распад; и стимуляцией синтеза гликогена;
4) угнетением глюконеогенеза;
5) активацией процессов гликолиза;
6) гипогликемией.

Действие инсулина на белковый обмен состоит в: 1) повышении проницаемости мембран для аминоокислот; 2) усилении синтеза иРНК; 3) активации в печени синтеза aминокислот; 4) повышении синтеза и подавлении распада белка.

Рис. 6.23. Схема транспорта глюкозы через клеточные мембраны. Переносчики имеют общее название ГЛЮТ-1, 2, 3, 4, 5, 6. Только ГЛЮТ-4 является инсулинозависимым.

Основные эффекты инсулина на липидный обмен:

• стимуляция синтеза свободных жирных кислот из глюкозы;
• стимуляция синтеза липопротеиновой липазы в клетках эндотелия сосудов и благодаря этому активация гидролиза связанных с липо-протеинами крови триглицеридов и поступления жирных кислот в клетки жировой ткани;
• стимуляция синтеза триглицеридов;
• подавление распада жира;
• активация окисления кетоновых тел в печени.

Благодаря влиянию на клеточную мембрану инсулин поддерживает высокую внутриклеточную концентрацию ионов калия, что необходимо для обеспечения нормальной в возбудимости клеток.

Широкий спектр метаболических эффектов инсулина в организме свидетельствует о том, что гормон необходим для осуществления функционирования всех тканей, оргаганов и физиологических систем, реализации эмоциональных и поведенческих актов, поддержания гомеостазиса, осуществления механизмов приспособления и защиты организма от неблагоприятных факторов среды.

Недостаток инсулина (относительный дефицит по сравнению с уровнем контринсулярных гормонов, прежде всего глюкагона) приводит к сахарному диабету. Избыток инсулина в крови, например при передозировке, вызывает гипогликемию с резкими нарушениями функций центральной нервной системы, использующей глюкозу как основной источник энергии независимо от инсулина.

Рецепторы для инсулина находятся в основном в печени, мышцах и жировой ткани. Они состоят из 2-х α-субъединиц, расположенных вне клетки и являющимися распознающей частью, и 2-х β-субъединиц, которые прошивают клеточную мембрану насквозь и обладают тирозинкиназной активностью. Инсулин связывается с α-субъединицами, повышает активность тирозинкиназы β-субъединиц, что приводит к фосфорилированию белков внутри клетки: белков, транспортирующих глюкозу, белков, транспортирующих ионы калия и фосфатов в клетку , гексокиназы, гликогенсинтетазы и других, что приводит к изменению обменных процессов. Затем комплекс инсулина с рецептором проникает в клетку, где распадается. Рецептор вновь встраивается в мембрану, а инсулин способствует поглощению аминокислот клетками, активирует функции рибосомного белка, затем переваривается лизосомами.

(глюкозо-транспортер, система облегченной диффузии глюкозы)

Увеличивается захват глюкозы тканями

Физиологические эффекты инсулина.

Гипогликемизирующее действие: увеличивает транспорт глюкозы через мембраны клеток, активирует фосфорилирование глюкозы, увеличивает синтез гликогена, угнетает гликогенолиз и глюконеогенез.

Влияние на жировой обмен:активирует образование и депонирование триглицеридов, тормозит превращение жирных кислот в кетокислоты, снижает липолиз, угнетая внутриклеточную липазу.

Влияние на белковый обмен:увеличивает синтез белков из аминокислот, тормозит превращение аминокислот в кетокислоты.

Для лечения сахарного диабета.

У детей развивается сахарный диабет 1-го типа, вызванный деструкцией β-клеток ПЖ и абсолютной инсулиновой недостаточностью (аутоиммунный, идиопатический).

Дозирование инсулина:в зависимости от уровня глюкозы в крови, глюкозурии, ацетонурии. 1 ЕД инсулина утилизирует 2,5-5 г сахара. Более точно: 1 ЕД инсулина снижает гликемию на 2,2 ммоль/л (в норме уровень глюкозы натощак = 3,3-5,5 ммоль/л) или 0,3 – 0,8 ЕД/кг массы тела в сутки.

Сначала берут максимальную цифру, затем дозу подбирают индивидуально. Во время подбора дозы инсулина уровень глюкозы в крови измеряют до 7-9 раз в сутки. Чувствительность детей к инсулину намного выше, чем у взрослых.

Схемы применения инсулина.

– традиционная: инсулин короткого действия вводят подкожно или внутримышечно 4-5 раз в сутки за 30 минут до еды.

– базис-болюсная (интенсифицированная): инсулин короткого действия за 30 минут до еды + инъекции инсулинов среднего и длительного действия, они обеспечивают базальный уровень инсулина, но не устраняют постпрандиальную гипергликемию, которую устраняют инсулины короткого действия (лучше всего – хумалог).

Инсулины также применяются

– для повышения аппетита при дефиците массы тела,

– в составе поляризующей терапии,

– при сахарном диабете 2-го типа,

– при шизофрении (коматозная терапия).

Гипогликемия(переносится тяжелее, чем гипергликемия):

Тахикардия, потливость, тремор, тошнота, чувство голода, нарушение функции ЦНС (спутанность сознания, странное поведение), энцефалопатия, судороги, кома.

Помощь: легкоусвояемый завтрак, сладость. При коме в/в 40% раствор глюкозы.

Липодистрофиив местах введения инсулина – исчезновение или увеличение отложения подкожного жира. Развивается в результате введения плохо очищенных инсулинов, при нарушении техники введения препарата (холодный, поверхностное введение (надо глубоко подкожно)) введение в одно и то же место. Наиболее быстро и полно инсулин всасывается из подкожной клетчатки передней брюшной стенки, медленнее из области плеча, передней поверхности бедра и совсем медленно – из подлопаточной области и ягодиц. В одно место не вводится более 16 ЕД инсулина, 1 раз в 60 дней.

Аллергические реакции (зуд, сыпь, анафилактический шок). Это результат плохой очистки инсулина, на консерванты, на животный инсулин. Надо перевести больного на менее иммуногенный препарат (человеческий инсулин), назначить антигистаминные препараты, ГК.

Отеки мозга, легких, внутренних органов.

Увеличение массы тела (ожирение).

Атрофия β-клеток, инсулинорезистентность(развивается при потребности в инсулине более 2 ЕД/кг массы тела, при введении более 60 ЕД в сутки).

Электролитные сдвиги, нарушение обмена веществ, потеря сознания, угнетение рефлексов, анурия, гемодинамические расстройства.

Дифференцировка сложная: в/в 40% раствор глюкозы.

В/в капельно инсулины короткого действия (10-20 ЕД) + глюкоза по необходимости.

Дополнительно подкожно или в/м 5-10 ЕД инсулина при контроле уровня глюкозы.

Инфузионная терапия – изотонические растворы натрия хлорида, калия хлорида.

При рН крови меньше 7,0 в/в раствор гидрокарбоната натрия.

Кокарбоксилаза для уменьшения уровня кетоновых тел.

Инсулиннезависимый сахарный диабет 2-го типа

Назначаются пероральные гипогликемизирующие средства, которые в педиатрии не используются.

Пероральные гипогликемические средства

Её физико-химический гомеостаз играет важную роль в генерации и проведении нервного импульса, в энергообеспечении клетки, сенсорных механизмах и др. процессах жизнедеятельности. Проницаемость обусловлена особенностями строения мембран, являющихся осмотическим барьером между клеткой и средой, и служит характерным примером единства и взаимосвязи между структурой и функцией на молекулярном уровне.

Состояние клеточных мембран

Общими чертами биологических мембран, важными для их функционирования, являются текучесть, способность к конформационным перестройкам и фазовым переходам. Развитие сахарного диабета 1 и 2 типа сопровождается увеличением жесткости клеточных мембран. Причиной этого являются не только интенсификация процессов перекисного окисления липидов, но и погружение части поверхностных белков в липидный слой с изменением топографии мембранного гликокаликса При снижении дозы инсулина больным, имеющим низкий показатель экспонирования белков на фоне гиперлактацидемии, состояние мембран улучшалось: показатель экспонирования белков увеличивался и отмечалась тенденция к снижению повышенного параметра упорядоченности мембран [Вахрушева Л.Л. и др., 2004].

Эритроциты больных сахарным диабетом помимо изменения морфологии теряют способность к проникновению в поры фильтров, изменяется скорость и характер растекания плазмы и сыворотки в порах фильтров [Воинов Д.А. и др., 2003]. При оценке электронного парамагнитного резонанса с использованием в качестве зонда короткоцепочечного остатка жирной кислоты СдР9 с иминоксильным фрагментом обнаружилось, что образцы крови больных сахарным диабетом теряют способность взаимодействия с зондом (зонд не встраивается в липидный слой мембраны) [Воинов Д.А. и др., 2003].

Подобные изменения цитоплазматических мембран клеток гепатоцитов, почечной ткани, скелетных мышц, легочной ткани наблюдались при экспериментальном сахарном диабете [Микаэлян Н.П. и др., 1999].

Параметры инсулинорезистентности зависят от степени пероксидации фосфолипидов в липидном бислое мембран. Экспериментальный сахарный диабет характеризуется повышением гидролитической и трансферазной активность эндогенных липолитических ферментов. Активность фосфолипазы Д повышается при образовании холина и зависит от тяжести течения сахарного диабета [Расулова В.Б., Рахимова Н.М., 2004].

Строение и кинетика инсулинового рецептора

Своё действие на уровне клетки инсулин осуществляет через соответствующий рецептор. Анализу сведений о локализации, химической природе, обмене и функциональной активности рецепторов инсулина в норме и патологии посвящён ряд фундаментальных работ [Комиссаренко В.П. и соавт.,1984, Сергеев П.В., Шимановский Н.Л., 1987, Микаелян Н.П., 1988, 1990]. Инсулиновый рецептор подробно исследован с помощью биохимических методов и технологии рекомбинантных ДНК. Рецептор инсулина (РИ) представляет собой тирозиновую протеинкиназу, т.е. протеинкиназу, фосфорилирующую белки по ОН-группе остатков тирозина. Это гликопротеин, построенный из двух a — субъединиц (130 кДа) и двух b -субъединиц (95 кДа); первые расположены целиком вне клетки, на ее поверхности, вторые пронизывают плазматическую мембрану.

Рецептор инсулина постоянно синтезируется и распадается; его период полужизни составляет 7–12 ч. Рецептор синтезируется в виде одноцепочечного пептида в шероховатом эндоплазматическом ретикулуме и быстро гликозируется в аппарате Гольджи. Предшественник человеческого рецептора инсулина состоит из 1382 аминокислот, его мол.масса составляет 190000, при расщеплении он образует зрелые a — и -b субъединицы. У человека ген инсулинового рецептора локализован в хромосоме 19. Инсулиновый рецептор имеет высоко консервативную структуру, еще более консервативную, чем структура самого инсулина.

Строение инсулинового рецептора, способность различных инсулинов связываться с рецепторами и вызывать биологические реакции, практически идентичны в клетках всех типов и всех видов.

Рецептор к инсулину с высокой специфичностью распознает в молекуле места связывания инсулина и осуществляет комплексирование с ним; опосредует передачу соответствующего сигнала, направленного на активацию внутриклеточных обменных процессов; осуществляет эндоцитоз гормонального комплекса, что приводит к лизосомальному протеолизу инсулина с одновременным возвращением субъединицы к мембране клетки.

Комиссаренко В.П. и соавт., (1984) выделяет три основные функции рецептора инсулина:

1. Питание клеток (увеличение потока питательных веществ внутрь клеток и их утилизацию во всех направлениях, приводящих к преобладанию анаболических процессов над катаболическими);
2. Обеспечение транспорта инсулина с эритроцитами крови к тканям;
3. Обеспечение перехода инсулина из крови через гистогематические барьеры в межклеточную жидкость.

Взаимодействие гормона с рецепторами характеризуется быстротой, обратимостью, зависимостью от температуры, величины рН, присутствия одновалентных и двухвалентных катионов и гуаниновых нуклеотидов, кооперативностью и наличием специфических и неспецифических участков связывания. При взаимодействии инсулина с рецепторами имеет место отрицательная и положительная кооперативность связывания. Отрицательная кооперативность, сопровождающаяся снижением сродства рецепторов к гормону в 10 раз, обусловлена увеличением скорости диссоциации комплекса гормон-рецептор, снижением размеров солюбилизированного рецептора.