1608 subscribers

Инсулин. Гормон с сотней задач.

228 full reads

Инсулин известен большинству, как "что-то там от диабета". И действительно, одна из основных задач этого вещества - участие в углеводном обмене (позволяет глюкозе попасть в так ждущую её клеточку). "Одна из основных", т. е. сразу понятно, что это - далеко не единственная задача. Хотите подробностей? Их есть у нас. :-)

Строение инсулина. Каждый кружок с трёхбуквенным кодом внутри - это фрагмент аминокислоты. Val - Валина, Glu - Глутаминовой кислоты (практически, глутамат, который многих жутко пугает в продуктах...
Строение инсулина. Каждый кружок с трёхбуквенным кодом внутри - это фрагмент аминокислоты. Val - Валина, Glu - Глутаминовой кислоты (практически, глутамат, который многих жутко пугает в продуктах...

Инсулин - это гормон, который вырабатывается специально "заточенными" под это дело клетками поджелудочной железы. И многим клеткам организма без него не обойтись: глюкозу (основа энергетики любой клетки) без инсулина не получить. Клетка вообще - это крепость, окружённая очень качественными и неприступными стенами (клеточной мембраной). Это ей нужно: в крови и межклеточной жидкости плавает, вообще говоря, куча разных веществ, и далеко не всем им место в клетке. Глюкозе вот - точно место, но как устроить "КПП на границе", чтобы глюкоза прошла, а что-то ненужное и неполезное - нет? На это и нацелен инсулин. Там сложный многоступенчатый механизм (и по некоторым "ступеням" до сих пор идут споры, а ведь уже сто лет как люди знают про этот гормон). Если говорить простым и образным языком, выглядит это так. Инсулин цепляется к "своему" рецептору на клетке и говорит жителям клетки:

- Эй, слушайте, тут рядом молекула глюкозы проплывает. Вы уж там в клетке прихватите её, она ж вам нужна!

В клетке - радость. "О, глюкозка, конечно нужна! Высылаем транспорт!" Без инсулина в клетке знать бы не знали, что нужно отправлять шаттл (специальный транспортный белок) за глюкозой, и так и сидели бы впроголодь. Транспортный белок, в свою очередь, прихватит только глюкозу и ничего другого (он сконструирован специально под неё), соответственно - границы в безопасности, прошёл только желанный гость. Это - реально круто, что есть такие сложные, но отлаженные и отлично спланированные механизмы.

Ну, практически так. Только глюкоза "едет" в клетку не сама, её везёт специальный белок.
Ну, практически так. Только глюкоза "едет" в клетку не сама, её везёт специальный белок.

К слову, в организме есть и клетки, которые прибирают глюкозу безо всякого инсулина. Помимо, собственно, клеток-фабрик инсулина это - нервные клетки, нейроны. У них потребности в энергии высочайшие, им некогда ждать, пока описанный механизм отработает, им надо быстро. Но это - исключение. А правило таково: нет инсулина - сидите голодными, т. е. без глюкозы. И клетки сидят, голодают. Такое состояние (когда нет своего инсулина) называется "Сахарный диабет I типа" и до открытия всей этой инсулиновой истории означало быстрый и печальный конец. :-( Сейчас, в XXI веке, с этим никаких проблем, разве что - определённые неудобства, о которых - см. ниже.

Помимо организации для глюкозы доступа в клетку, инсулин активирует синтез из "излишков" глюкозы специального "вещества-заначки", гликогена. Гликоген - это такой "вклад до востребования", организм его делает, когда хорошо питается, и держит на случай, когда с питанием возникнут перебои (это не про "голодный год", конечно, достаточно всего-то нескольких часов без еды). По сути, гликоген - это сшитые друг с другом молекулы глюкозы. По необходимости, он распадается, естественно, на глюкозу, которая идёт кормить клетки (при участии инсулина, опять-таки). И опять-таки мы видим очень крутой и продуманный механизм синтеза гликогена: следите за руками. Человек ест => Углеводы еды разрушаются до глюкозы => Выделяется инсулин => Он не только даёт клеткам понять, что пора высылать транспорт для глюкозы, он ещё и сигнализирует (печени, вообще-то): "Тут нам сверху глюкозы прислали, давайте её в гликоген перерабатывать". Кстати, когда глюкозы много, часть её отправляется на биохимический конвейер по превращению глюкозы ещё и в жиры. Этот процесс тоже происходит при участии инсулина (а когда его мало - конвейер запускается в другую сторону, жиры начинают распадаться, и это называется "мобилизацией жиров", объявляемой организмвоенкоматом по случаю нехватки энергии).

Биохимические конвейеры с инсулином - это просто, говорили они...
Биохимические конвейеры с инсулином - это просто, говорили они...

Но и это ещё не всё, как говорят по ТВ в рекламах. Организм-то может и сам синтезировать глюкозу, когда нет ни еды, ни запасов гликогена. Он занимается этим, используя подручные средства (вещества неуглеводной природы), это называется "глюконеогенез". Инсулин регулирует интенсивность этого процесса. Зависимость обратная: много инсулина (это "много" возникло в ответ на "много глюкозы" из еды) - и глюконеогенез тормозится. Мало инсулина (т. е. еда была давно) - глюконеогенез ускоряется.

А что вообще происходит с глюкозой в клетке? Мы всё говорим, "энергия", "энергия"... Что там такого энергичного-то? Как энергия там берётся и куда девается?! А вот как: глюкоза превращается в пировиноградную кислоту, этот процесс и сопровождается выделением энергии и запасанием её в другой молекуле, аденозинтрифосфорной кислоте (ещё в восстановленной форме никотинамидадениндинуклеотида, но давайте уж не усложнять). Этот механизм называется "гликолиз", катализируется он рядом ферментов, активирует которые - угадайте, кто? - правильно, снова инсулин. Этот парень - просто нарасхват, да? Всем нужен.

Гликолиз. Пролистывайте, пролистывайте скорее! :-)
Гликолиз. Пролистывайте, пролистывайте скорее! :-)

А вот кстати шикарная, потрясающая схема биохимических конвейеров, простая и незамысловатая. И гликолиз там имеется. :) Даже не будучи биохимиком, можно заценить, насколько текст, который вы сейчас читаете, упрощает ситуацию.

Ну и по мелочи: инсулин индуцирует проход в клетки не только глюкозы, но и некоторых аминокислот (в частности, валина и лейцина), катионов металлов (калий и магний), анионов фосфорной кислоты (они нужны в гликолизе). Инсулин стимулирует биохимические конвейеры по синтезу белков и жирных кислот и по репликации ДНК работать активнее.

Сложновато? Ну, вы сами жаловались, что канал называется "Биохимикум", а собственно биохимии в текстах мало. :-D Но ладно, давайте сейчас пару абзацев истории, для передышки. В открытии инсулина участвовало много учёных. Сначала немец Лангерганс (в 22 года, будучи студентом!) открыл инсулин-продуцирующие клетки поджелудочной железы (про сам инсулин тогда ещё не знали, и зачем эти клетки нужны - было непонятно, но начало положено!) Затем Минковский (его часто называют немцем, но мы-то понимаем, что он россиянин! Родился в Российской Империи, а в Германии получил "профессора" и работал) обнаружил связь между работой/неработой поджелудочной железы и сахарным диабетом. После этого русский учёный Соболев (ученик русского учёного Павлова, а уж про Павлова-то вы точно слышали) показал, что именно "клетки Лангерганса" и отвечают за нормальный углеводный обмен. Он же предложил методы выделения гормона (как именно этот гормон устроен, ещё не знали). Затем было ещё несколько учёных и этапов изучения вопроса, и вот наконец канадцы Бантинг и Бест, под руководством профессора Маклеода, в 1921 году выделили инсулин, а способ его очистки предложил ещё один выдающийся учёный, Коллип. Что характерно, Бантинг и Бест использовали труды Соболева, но "забыли" на него даже сослаться. Зато патент на инсулин был продан ими за 1 (прописью: ОДИН) доллар, что позволило сделать инсулин доступным для всех. Это же тоже чего-нибудь да стоит? По нашему мнению, все они - большие молодцы. Бантинг и Маклеод оказались молодцами и по мнению Нобелевского комитета, за инсулин они получили эту премию, которой, как говорят, поделились с коллегами.

Леонид Васильевич Соболев. Доказал, что клетки (или "островки") Лангерганса в поджелудочной железе выделяют гормон, впоследствии названный инсулином.
Леонид Васильевич Соболев. Доказал, что клетки (или "островки") Лангерганса в поджелудочной железе выделяют гормон, впоследствии названный инсулином.

Но это, конечно, только начало инсулиновой истории. Мало было понимать, что всё дело-то в нём. Надо было научиться его производить. Инсулин - гормон видоспецифичный, т. е. для каждого вида животных - свой. Отличия от вида к виду, положим, несильные. Но для гормонов, чтобы они, попав в "чужой" организм, сработали на "отлично" (сорри за тавтологию), желательно вообще не иметь отличий. Вот, к примеру, ближе всего к человеческому инсулину по строению оказался инсулин свиньи. Разница всего-то в одну аминокислоту! (С коровой - две). И инсулины, добываемые из этих животных, применялись у человека, и, конечно, это было в миллион раз лучше, чем ничего. Но - конечно, хуже, чем собственный человеческий инсулин. Нужно было выяснить, как он устроен. Молекула сложная, это вам не какой-нибудь незамысловатый углевод, это - белок. Структуру инсулина (т. е. последовательность аминокислот, из которых сшит этот белок) установил только в 1954 году британец Сенгер. Он - тоже, безусловно, молодец, "нобелевка" была присуждена и ему.

Инсулин. Гормон с сотней задач.

Но довольно истории. Вернёмся, собственно, к инсулину. По тексту выше понятно, что его схема работы - штука сложная, и ломаться может в разных местах. Как минимум два таких места известны и описаны достаточно хорошо. Первое: фабрики инсулина в организме могут быть атакованы собственными иммунными телами. По ошибке. (Такие заболевания называют "аутоиммунные"). Последствия такой ошибки можно себе представить! Нет фабрик (клеток или островков Лангерганса) - нет инсулина. Это и называется "Сахарный диабет I типа". Второй вид поломки выглядит так: свой инсулин есть, его достаточно. А вот его взаимодействие с клетками нарушено. Какое-то "не такое". Инсулин не в состоянии дать клетке команду высылать транспорт за глюкозой. Это - "Сахарный диабет II типа". Не нужно быть биохимиком или врачом, чтобы понимать: эти типы - совсем разные, и общего у них только название "диабет" и главный симптом. Если глюкоза не может войти в клетки - то в крови её становится слишком много. Организм её пытается хоть как-то утилизировать, но основной путь не работает, и это плохо. Проявляется это при анализе крови "на сахар" (на самом деле, на глюкозу) и в других симптомах, следующих из главного. Это - жажда, поскольку организм хочет разбавить слишком большую концентрацию глюкозы в крови. Это - учащённое мочеиспускание, поскольку организм хочет вывести как можно больше лишней глюкозы, и т. п.

Синтетический инсулин в специальном шприце-"ручке".
Синтетический инсулин в специальном шприце-"ручке".

Проблема I типа решается регулярным введением синтезированного (искусственного, но идентичного человеческому) инсулина. Благодаря ГМО, люди научились производить точную (с точностью до последней аминокислоты!) копию человеческого инсулина. А последние достижения в этой области ещё более фантастические: производимые инсулины стали лучше, чем собственный человеческий. Как это возможно? Как-нибудь расскажем. Проблема II типа требует лекарственных препаратов, которые либо улучшают клеточную способность хватать глюкозу из крови, либо тормозят распад углеводов из пищи до глюкозы, либо делают всё вышеперечисленное сразу. Оба варианта (и I, и II) требуют регулярного и частого контроля уровня глюкозы в крови. Для этого уже давно не надо бегать в биохимическую лабораторию. Портативные и высокоточные приборы ("глюкометры") широко доступны, их можно использовать дома, самостоятельно. Однако, этот самый "регулярный контроль" и, собственно, инъекции инсулина или приём препаратов с частотой несколько раз в день и составляют упомянутые в начале текста "определённые неудобства".

Глюкометр. Принцип работы понятен из рисунка.
Глюкометр. Принцип работы понятен из рисунка.

Производство "человеческих" генно-инженерных инсулинов - это высокоточное и высоконаучное производство. Россия до относительно недавнего времени в этом отставала, но сейчас не только импортирует лучшие западные препараты, но и успешно производит такие же препараты сама. В интернете попадаются жалобы в стиле "вот наши инсулины - плохие, а западные - хорошие", но доверять им мы не склонны. Опрос нескольких диабетиков, которые продемонстрировали научную непредвзятость, показал: дело не в стране-производителе, а в качестве контроля (т. е. - в регулярном слежении за уровнем глюкозы в крови). При адекватном регулярном контроле инсулин, произведённый в любой стране, прекрасно справляется со своими функциями. Стоит добавить, что те же респонденты единогласно отметили: если с инсулинами наша страна уже не отстаёт от ведущих мировых производителей, то с производством средств контроля - всё ещё позади. Что ж, есть к чему стремиться...

Ну и под занавес - дисклеймер: такой опрос конечно не может считаться исследованием инсулинов или средств контроля от разных производителей, это - мнение нескольких коллег, которому мы доверяем, но которое остаётся мнением). В любом случае, нам представляется верным изречение. написанное ещё на медицинских плакатах времён СССР: "Диабет - это не болезнь, а образ жизни".

Подписывайтесь на наш канал, у нас ещё много интересных тем для обсуждений! Пишите в комментариях, о чём было бы интересно почитать лично Вам, - обсудим! :)