Гормон підшлункової залози, що регулює обмін вуглеводів. Наукова бібліотека - реферати - гормональне регулювання обміну вуглеводів при м'язовій діяльності Гормони в регуляції основних параметрів гомеостазу

Енергетичний гомеостаз забезпечує енергетичні потреби тканин із використанням різних субстратів. Т.к. Вуглеводи є основним джерелом енергії для багатьох тканин і єдиним для анаеробних, регуляція вуглеводного обміну є важливою складовою енергетичного гомеостазу організму.

Регуляція вуглеводного обміну здійснюється на 3 рівнях:

центральний.

міжорганні.

клітинний (метаболічний).

1. Центральний рівень регуляції вуглеводного обміну

Центральний рівень регуляції здійснюється за участю нейроендокринної системи та регулює гомеостаз глюкози в крові та інтенсивність метаболізму вуглеводів у тканинах. До основних гормонів, які підтримують нормальний рівень глюкози в крові 3,3-5,5 мМоль/л, відносять інсулін та глюкагон. На рівень глюкози впливають також гормони адаптації – адреналін, глюкокортикоїди та інші гормони: тиреоїдні, СДГ, АКТГ тощо.

2. Міжорганний рівень регулювання вуглеводного обміну

Глюкозо-лактатний цикл (цикл Корі) Глюкозо-аланіновий цикл

Глюкозо-лактатний цикл не вимагає наявність кисню, функціонує завжди, забезпечує: 1) утилізацію лактату, що утворюється в анаеробних умовах (скелетні м'язи, еритроцити), що запобігає лактоацидозу; 2) синтез глюкози (печінка).

Глюкозо-аланіновий цикл функціонує у м'язах при голодуванні. При дефіциті глюкози, АТФ синтезується за рахунок розпаду білків і катаболізму амінокислот в аеробних умовах, при цьому глюкозо-аланіновий цикл забезпечує: 1) видалення азоту з м'язів у нетоксичній формі; 2) синтез глюкози (печінка).

3. Клітинний (метаболічний) рівень регуляції вуглеводного обміну

Метаболічний рівень регуляції вуглеводного обміну здійснюється за участю метаболітів та підтримує гомеостаз вуглеводів усередині клітини. Надлишок субстратів стимулює їх використання, а продукти пригнічують свою освіту. Наприклад, надлишок глюкози стимулює глікогенез, ліпогенез та синтез амінокислот, дефіцит глюкози – глюконеогенез. Дефіцит АТФ стимулює катаболізм глюкози, а надлишок навпаки інгібує.

IV. Педфак. Вікові особливості ПФШ та ГНГ, значення.

Лекція №10 Тема: Структура та обмін інсуліну, його рецепторів, транспорт глюкози. Механізм дії та метаболічні ефекти інсуліну.

Гормони підшлункової залози

Підшлункова залоза виконує в організмі дві найважливіші функції: екзокринну та ендокринну. Екзокринну функцію виконує ацинарна частина підшлункової залози, вона синтезує та секретує панкреатичний сік. Ендокринну функцію виконують клітини острівцевого апарату підшлункової залози, які секретують пептидні гормони, що беруть участь у регуляції багатьох процесів в организме.1-2 млн. острівців Лангерганса становлять 1-2% маси підшлункової залози.

В острівцевій частині підшлункової залози виділяють 4 типи клітин, що секретують різні гормони: А-(або α-) клітини (25%) секретують глюкагон, В-(або β-) клітини (70%) - інсулін, D- (або δ- ) клітини (<5%) - соматостатин, F-клетки (следовые количества) секретируют панкреатический полипептид. Глюкагон и инсулин в основном влияют на углеводный обмен, соматостатин локально регулирует секрецию инсулина и глюкагона, панкреатический полипептид влияет на секрецию пищеварительных соков. Гормоны поджелудочной железы выделяются в панкреатическую вену, которая впадает в воротную. Это имеет большое значение т.к. печень является главной мишенью глюкагона и инсулина.

Будова інсуліну

Інсулін – поліпептид, що складається з двох ланцюгів. Ланцюг А містить 21 амінокислотний залишок, ланцюг В - 30 амінокислотних залишків. В інсуліні 3 дисульфідних містка, 2 з'єднують ланцюг А і В, 1 з'єднує 6 і 11 залишки А ланцюга.

Інсулін може існувати у формі: мономеру, димеру та гексамеру. Гексамерна структура інсуліну стабілізується іонами цинку, який зв'язується залишками Гіс у положенні 10 В-ланцюга всіх 6 субодиниць.

Інсуліни деяких тварин мають схожість по первинній структурі з інсуліном людини. Бичачий інсулін відрізняється від інсуліну людини на 3 амінокислоти, а інсулін свині відрізняється тільки на 1 амінокислоту ( ала замість тре на З кінці В-ланцюга).

У багатьох положеннях А і В ланцюга зустрічаються заміни, що не впливають на біологічну активність гормону. У положеннях дисульфідних зв'язків, залишків гідрофобних амінокислот у С-кінцевих ділянках В-ланцюга та С- та N-кінцевих залишків А-ланцюга заміни зустрічаються дуже рідко, т.к. ці ділянки забезпечують формування активного центру інсуліну.

Біосинтез інсулінувключає утворення двох неактивних попередників, препроінсуліну та проінсуліну, які в результаті послідовного протеолізу перетворюються на активний гормон.

1. На рибосомах ЕПР синтезується препроінсулін (L-В-С-А, 110 амінокислот), біосинтез його починається з утворення гідрофобного сигнального пептиду L (24 амінокислот), який направляє зростаючий ланцюг у просвіт ЕПР.

2. У просвіт ЕПР препроінсулін перетворюється на проінсулін при відщепленні ендопептидазою I сигнального пептиду. Цистеїни в проінсуліні окислюються з утворенням 3 дисульфідних містків, проінсулін стає «складним», має 5% активності від інсуліну.

3. Складний проінсулін (В-С-А, 86 амінокислот) надходить в апарат Гольджі, де під дією ендопептидази II розщеплюється з утворенням інсуліну (В-А, 51 амінокислот) і С-пептиду (31 амінокислота).

4. Інсулін та С-пептид включаються в секреторні гранули, де інсулін з'єднується з цинком, утворюючи димери та гексамери. У секреторній гранулі вміст інсуліну та С-пептиду становить 94%, проінсуліну, інтермедіатів та цинку – 6%.

5. Зрілі гранули зливаються з плазматичною мембраною, а інсулін та С-пептид потрапляють у позаклітинну рідину і далі в кров. У крові олігомери інсуліну розпадаються. За добу у кров секретується 40-50 од. інсуліну це становить 20% від його загального запасу в підшлунковій залозі. Секреція інсуліну енергозалежний процес, що відбувається за участю мікротубулярно-ворсинчастої системи.

Схема біосинтезу інсуліну в β-клітинах острівців Лангерганса

ЕПР – ендоплазматичний ретикулум. 1 – утворення сигнального пептиду; 2 - синтез препроінсуліну; 3 - відщеплення сигнального пептиду; 4 - транспорт проінсуліну в апарат Гольджі; 5 - перетворення проінсуліну в інсулін та С-пептид та включення інсуліну та С-пептиду в секреторні гранули; 6 - секреція інсуліну та С-пептиду.

Ген інсуліну знаходиться у 11 хромосомі. Виявлено 3 мутації цього гена, у носіїв низька активність інсуліну, відзначається гіперінсулінемія, немає інсулінорезистентності.

Регуляція синтезу та секреції інсуліну

Синтез інсуліну індукують глюкоза та секреція інсуліну. Репресує секрецію жирних кислот.

Секрецію інсуліну стимулюють: 1. глюкоза (Головний регулятор), амінокислоти (особливо лей і арг); 2. гормони ШКТ(β-адренергічні агоністи, через цАМФ): ГІП , Секретин, холецистокінін, гастрин, ентероглюкагон; 3. довгостроково високі концентрації СТГ, кортизолу, естрогенів, прогестинів, плацентарного лактогену, ТТГ, АКТГ; 4. глюкагон; 5. підвищення К+ чи Са2+ у крові; 6. ліки, похідні сульфонілсечовини (глибенкламід).

Під впливом соматостатину секреція інсуліну знижується. β-клітини також перебувають під впливом автономної нервової системи. Парасимпатична частина (холінергічні закінчення блукаючого нерва) стимулює виділення інсуліну. Симпатична частина (адреналін через α 2 -адренорецептори) пригнічує виділення інсуліну.

Секреція інсуліну здійснюється за участю кількох систем, у яких основна роль належить Са 2+ та цАМФ.

Вступ Са 2+ в цитоплазму контролюється кількома механізмами:

1). При підвищенні концентрації глюкози в крові вище 6-9 ммоль/л, вона за участю ГЛЮТ-1 та ГЛЮТ-2 надходить у β-клітини та фосфорилюється глюкокіназою. При цьому концентрація глюкозо-6ф у клітині прямо пропорційна концентрації глюкози у крові. Глюкозо-6ф окислюється із заснуванням АТФ. АТФ утворюється також при окисленні амінокислот та жирних кислот. Чим більше в β-клітині глюкози, амінокислот, жирних кислот, тим більше з них утворюється АТФ. АТФ інгібує на мембрані АТФ-залежні калієві канали, калій накопичується в цитоплазмі та викликає деполяризацію клітинної мембрани, що стимулює відкриття потенціалзалежних Са 2+ -каналів та надходження Са 2+ у цитоплазму.

2). Гормони, що активують інозитолтрифосфатну систему (ТТГ), випускають Са 2+ з мітохондрій та ЕПР.

цАМФ утворюється з АТФ за участю АЦ, яка активується гормонами ШКТ, ТТГ, АКТГ, глюкагоном та Са2+-кальмодуліновим комплексом.

цАМФ і Са 2+ стимулюють полімеризацію субодиниць мікротубули (мікроканальці). Вплив цАМФ на мікроканальцеву систему опосередковується через фосфорилювання ПК мікроканальцевих білків. Мікроканальці здатні скорочуватися і розслаблятися, переміщуючи гранули до плазматичної мембрани забезпечуючи екзоцитоз.

Секреція інсуліну у відповідь на стимуляцію глюкозою є двофазною реакцією, що складається зі стадії швидкого, раннього вивільнення інсуліну, звану першою фазою секреції (починається через 1 хв, триває 5-10 хв), і другої фази (тривалість її до 25-30 хв) .

Транспорт інсуліну.Інсулін водорозчинний і не має білка-переносника у плазмі. Т 1/2 інсуліну в плазмі становить 3-10 хв, С-пептиду - близько 30 хв, проінсуліну 20-23 хв.

Руйнування інсулінувідбувається під дією інсулінзалежної протеїнази та глутатіон-інсулін-трансгідрогенази в тканинах мішені: в основному в печінці (за 1 прохід через печінку руйнується близько 50% інсуліну), меншою мірою в нирках та плаценті.

10852 0

Основні енергетичні ресурси живого організму - вуглеводи і жири мають високий запас потенційної енергії, що легко витягується з них у клітинах за допомогою ферментних катаболічних перетворень. Енергія, що вивільняється в процесі біологічного окислення продуктів вуглеводного та жирового обмінів, а також гліколізу, перетворюється значною мірою на хімічну енергію фосфатних зв'язків синтезованого АТФ.

Акумульована ж у АТФ хімічна енергія макроергічних зв'язків, своєю чергою, витрачається різного виду клітинну роботу — створення та підтримка електрохімічних градієнтів, скорочення м'язів, секреторні і деякі транспортні процеси, біосинтез білка, жирних кислот тощо. Крім «паливної» функції вуглеводи та жири поряд з білками виконують роль важливих постачальників будівельних, пластичних матеріалів, що входять до основних структур клітини, — нуклеїнових кислот, простих білків, глікопротеїнів, ряду ліпідів тощо.

Синтезована завдяки розпаду вуглеводів і жирів АТФ не тільки забезпечує клітини необхідної для роботи енергією, але і є джерелом утворення цАМФ, а також бере участь у регуляції активності багатьох ферментів, структурних білків, забезпечуючи їх фосфорилювання.

Вуглеводними та ліпідними субстратами, що безпосередньо утилізуються клітинами, є моносахариди (насамперед глюкоза) та неестерифіковані жирні кислоти (НЕЖК), а також у деяких тканинах кетонові тіла. Їхніми джерелами служать харчові продукти, що всмоктуються з кишечника, депоновані в органах у формі глікогену вуглеводів та у формі нейтральних жирів ліпіди, а також невуглеводні попередники, в основному амінокислоти та гліцерин, що утворюють вуглеводи (глюконеогенез).

До органів, що депонують, у хребетних відносяться печінка і жирова (адипозна) тканина, до органів глюконеогенезу - печінка і нирки. У комах депонуючим органом є жирове тіло. Крім цього, джерелами глюкози та НЕЖК можуть бути і деякі запасні або інші продукти, що зберігаються або утворюються в діючій клітині. Різні шляхи та стадії вуглеводного та жирового обмінів взаємопов'язані численними взаємовпливами. Напрямок та інтенсивність перебігу цих обмінних процесів залежить від низки зовнішніх і внутрішніх чинників. До них відносяться, зокрема, кількість та якість споживаної їжі та ритми її надходження в організм, рівень м'язової та нервової діяльності тощо.

Тварина адаптується до характеру харчового режиму, до нервового або м'язового навантаження за допомогою складного комплексу координуючих механізмів. Так, контроль перебігу різних реакцій вуглеводного та ліпідного обмінів здійснюється на рівні клітини концентраціями відповідних субстратів та ферментів, а також ступенем накопичення продуктів тієї чи іншої реакції. Ці контролюючі механізми відносяться до механізмів саморегуляції та реалізуються як в одноклітинних, так і багатоклітинних організмах.

В останніх регуляція утилізації вуглеводів та жирів може відбуватися на рівні міжклітинних взаємодій. Зокрема, обидва види обміну реципрокно взаємоконтролюються: НЕЖК у м'язах гальмують розпад глюкози, продукти розпаду глюкози в жировій тканині гальмують утворення НЕЖК. У найбільш високоорганізованих тварин з'являється особливий міжклітинний механізм регуляції проміжного обміну, який визначається виникненням у процесі еволюції ендокринної системи, що має першорядне значення у контролі метаболічних процесів цілого організму.

Серед гормонів, що беруть участь у регуляції жирового та вуглеводного обмінів у хребетних, центральне місце посідають такі: гормони шлунково-кишкового тракту, що контролюють перетравлення їжі та всмоктування продуктів травлення в кров; інсулін та глюкагон - специфічні регулятори проміжного обміну вуглеводів та ліпідів; СТГ та функціонально пов'язані з ним «соматомедини» та СІФ, глкжокортикоїди, АКТГ та адреналін — фактори неспецифічної адаптації. Слід зазначити, що багато названих гормонів беруть також безпосередню участь у регуляції білкового обміну (див. гл. 9). Швидкість секреції згаданих гормонів та реалізація їх ефектів на тканині взаємопов'язані.

Ми не можемо спеціально зупинятися на функціонуванні гормональних факторів шлунково-кишкового тракту, що секретуються в нервово-гуморальну фазу соковиділення. Їхні головні ефекти добре відомі з курсу загальної фізіології людини і тварин і, крім того, про них вже досить повно згадувалося в гол. 3. Докладніше зупинимося на ендокринній регуляції проміжного метаболізму вуглеводів та жирів.

Гормони та регуляція проміжного вуглеводного обміну. Інтегральним показником балансу обміну вуглеводів в організмі хребетних є концентрація глюкози у крові. Цей показник стабільний і становить у ссавців приблизно 100 мг% (5 ммоль/л). Його відхилення у нормі зазвичай не перевищують ±30%. Рівень глюкози в крові залежить, з одного боку, від припливу моносахариду в кров переважно з кишечника, печінки та нирок і, з іншого — від його відтоку в працюючі та депонуючі тканини (рис. 95).

Мал. 95. Шляхи підтримки динамічного балансу глюкози у крові
Мембрани м'язових та аділозних клітин мають «бар'єр» для транспорту глюкози; Гл-6-ф - глюкозо-6-фосфат

Приплив глюкози з печінки та нирок визначається співвідношенням активностей глікогенфосфорилазної та глікогенсинтетазної реакції у печінці, співвідношенням інтенсивності розпаду глюкози та інтенсивності глюконеогенезу у печінці та частково у нирці. Надходження глюкози в кров прямо корелює з рівнями фосфорилазної реакції та процесів глюконеогенезу.

Відтік глюкози з крові у тканини знаходиться у прямій залежності від швидкості її транспорту в м'язові, адипозні та лімфоїдні клітини, мембрани яких створюють бар'єр для проникнення в них глюкози (нагадаємо, що мембрани клітин печінки, мозку та нирок легко проникні для моносахариду); метаболічної утилізації глюкози, у свою чергу, залежної від проникності до неї мембран і від активності ключових ферментів її розпаду; перетворення глюкози в глікоген у печінкових клітинах (Левін та ін., 1955; Ньюсхолм, Рендл, 1964; Фоа, 1972).

Всі ці процеси, пов'язані з транспортом та метаболізмом глюкози, безпосередньо контролюються комплексом гормональних факторів.

Гормональні регулятори вуглеводного обміну за впливом на загальний напрямок обміну та рівень глікемії можуть бути умовно поділені на два типи. Перший тип гормонів стимулює утилізацію глюкози тканинами та її депонування у формі глікогену, але гальмує глюконеогенез, і, отже, викликає зниження концентрації глюкози у крові.

Гормоном такого типу дії є інсулін. Другий тип гормонів стимулює розпад глікогену та глюконеогенезу, а отже, викликає підвищення вмісту глюкози в крові. До гормонів цього типу відносяться глюкагон (а також секретин та ВІП) та адреналін. Гормони третього типу стимулюють глюконеогенез у печінці, гальмують утилізацію глюкози різними клітинами і, хоча посилюють утворення глікогену гепатоцитами, внаслідок переважання перших двох ефектів, як правило, також підвищують рівень глюкози у крові. До гормонів даного типу можна віднести глюкокортикоїди та СТГ – «соматомедини». Разом з тим, володіючи односпрямованою дією на процеси глюконеогенезу, синтезу глікогену та гліколізу, глюкокортикоїди та СТГ — «соматомедини» по-різному впливають на проникність мембран клітин м'язової та адипозної тканини до глюкози.

За спрямованістю впливу на концентрацію глюкози в крові інсулін є гіпоглікемічним гормоном (гормон «спокою та насичення»), гормони другого і третього типів — гіперглікемічними (гормони «стресу та голодування») (рис. 96).

Рис 96. Гормональне регулювання вуглеводного гомеостазу:
суцільними стрілками позначено стимуляцію ефекту, пунктирними - гальмування

Інсулін можна назвати гормоном засвоєння та депонування вуглеводів. Однією з причин посилення утилізації глюкози у тканинах є стимуляція гліколізу. Вона здійснюється, можливо, на рівні активації ключових ферментів гліколізу гексокінази, особливо однієї з чотирьох відомих її ізоформ - гексокінази II, та глюкокінази (Вебер, 1966; Ільїн, 1966, 1968). Очевидно, певну роль стимуляції катаболізму глюкози інсуліном грає і прискорення пентозофосфатного шляху на стадії глюкозо-6-фосфатдегидрогеназной реакції (Лейтес, Лаптєва, 1967). Вважається, що у стимуляції захоплення глюкози печінкою при харчовій гіперглікемії під впливом інсуліну найважливішу роль відіграє гормональна індукція специфічного печінкового ферменту глюкокінази, що вибірково фосфорилює глюкозу при високих її концентраціях.

Головна причина стимуляції утилізації глюкози м'язовими та жировими клітинами — насамперед вибіркове підвищення проникності клітинних мембран до моносахариду (Лунсгаард, 1939; Левін, 1950). Таким шляхом досягається підвищення концентрації субстратів для гексокіназної реакції та пентозофосфатного шляху.

Посилення гліколізу під впливом інсуліну в скелетних м'язах та міокарді відіграє істотну роль у накопиченні АТФ та забезпеченні працездатності м'язових клітин. У печінці посилення гліколізу, мабуть, важливе не стільки для підвищення включення пірувату в систему тканинного дихання, скільки для накопичення ацетил-КоА і малоніл-КоА як попередників утворення багатоатомних жирних кислот, а отже, і тригліцеридів (Ньюсхолм, Старт, 1973) .

Гліцерофосфат, що утворюється в процесі гліколізу, також включається в синтез нейтрального жиру. Крім того, і в печінці, і особливо в адипозній тканині для підвищення рівня ліпогенезу з глюкози істотну роль відіграє стимуляція гормоном глюкозо-6-фосфатдегідрогеназної реакції, що призводить до утворення НАДФН - кофактора, що відновлює, необхідного для біосинтезу жирних кислот і гліцерофосфату. При цьому у ссавців тільки 3-5% глюкози, що всмоктується, перетворюється на печінковий глікоген, а більше 30% накопичується у вигляді жиру, що відкладається в депонуючих органах.

Таким чином, основний напрямок дії інсуліну на гліколіз та пентозофоофатний шлях у печінці і особливо у жировій клітковині зводиться до забезпечення утворення тригліцеридів. У ссавців та птахів в адипоцитах, а у нижчих хребетних у гепатоцитах глюкоза — одне з головних джерел тригліцеридів, що депонуються. У цих випадках фізіологічний зміст гормональної стимуляції утилізації вуглеводів зводиться значною мірою до стимуляції депонування ліпідів. Одночасно з цим інсулін безпосередньо впливає на синтез глікогену — форми вуглеводів, що депонується, — не тільки в печінці, а й у м'язах, нирці, і, можливо, жировій тканині.

Гормон має стимулюючий ефект на глікогеноутворення, підвищуючи активність глікогенсинтетази (перехід неактивної D-форми в активну I-форму) та інгібуючи глікогенфосфорилазу (перехід малоактивної 6-форми в л-форму) і тим самим гальмуючи глікогеноліз у клітинах (рис. Обидва ефекти інсуліну на ці ферменти в печінці опосередковуються, мабуть, активацією мембранної протеїнази, накопиченням глікопептидів, активацією фосфодіестерази цАМФ.

Рис 97. Основні етапи гліколізу, глюконеогенезу та синтезу глікогену (за Ільїном, 1965 зі змінами)

Ще одним важливим напрямом дії інсуліну на вуглеводний обмін є гальмування процесів глюконеогенезу в печінці (Кребс, 1964; Ільїн, 1965; Ікстон та ін., 1971). Гальмування глюконеогенезу гормоном здійснюється на рівні зниження синтезу ключових ферментів фосфоенолпіруваткарбоксикінази та фруктозо-16-дифосфатази. Ці ефекти також опосередковуються підвищенням швидкості утворення глікопептидів — медіаторів гормону (рис. 98).

Глюкоза за будь-яких фізіологічних станах — головне джерело харчування нервових клітин. При збільшенні секреції інсуліну відбувається деяке підвищення споживання глюкози нервовою тканиною, мабуть завдяки стимуляції в ній гліколізу. Однак при високих концентраціях гормону в крові, що викликають гіпоглікемію, виникає вуглеводне голодування мозку та гальмування його функцій.

Після введення великих доз інсуліну глибоке гальмування мозкових центрів може призводити спочатку до розвитку судом, потім до втрати свідомості і падіння кров'яного тиску. Такий стан, що виникає при концентрації глюкози у крові нижче 45-50 мг%, називають інсуліновим (гіпоглікемічним) шоком. Судомну та шокову реакцію на інсулін використовують для біологічної стандартизації препаратів інсуліну (Сміт, 1950; Стюарт, 1960).

Регуляція вуглеводного обміну здійснюється на всіх його етапах нервовою системою та гормонами. Крім цього, активність ферментівокремий шляхів метаболізму вуглеводів регулюється за принципом «зворотного зв'язку», в основі якого лежить алостеричний механізм взаємодії ферменту з ефектором. Регуляція вуглеводного обміну здійснюється на всіх його етапах нервовою системою та гормонами. Крім цього, активність ферментівокремий шляхів метаболізму вуглеводів регулюється за принципом «зворотного зв'язку», в основі якого лежить алостеричний механізм взаємодії ферменту з ефектором. До алостеричних ефекторів можна віднести кінцеві продукти реакції, субстрати, деякі метаболіти, аденілові мононуклеотиди. Найважливішу роль у спрямованостівуглеводного обміну (синтез або розпад вуглеводів) відіграє співвідношення коферментів НАД+/НАДН∙Н+ та енергетичний потенціал клітини.

Постійність рівня глюкози у крові – найважливіша умова підтримки нормальної життєдіяльності організму. Нормоглікемія є результатом злагодженої роботи нервової системи, гормонів та печінки.

Печінка– єдиний орган, депонуючий глюкозу (як глікогену) потреб всього організму. Завдяки активній фосфатазі глюкозо-6-фосфату гепатоцити здатні утворювати вільнуглюкозу, яка, на відміну її фосфорильованихформ, що може проникати через мембрану клітин у загальне коло кровообігу.

З гормонів видатну роль грає інсулін. Інсулін робить свою дію тільки на інсулінзалежні тканини, насамперед, на м'язову та жирову. Мозок, лімфатична тканина, еритроцити відносяться до інсуліннезалежних. На відміну від інших органів, дія інсуліну не пов'язана із рецепторними механізмами його впливу на метаболізм гепатоцитів. Хоча глюкоза вільно проникає в печінкові клітини, але це можливо лише за умови підвищеної концентрації в крові. При гіпоглікемії, навпаки, печінка віддає глюкозу в кров (навіть попри високий рівень інсуліну у сироватці).

Найбільш суттєвою дією інсуліну на організм є зниження нормального або підвищеного рівня глюкози в крові - аж до розвитку гіпоглікемічного шоку при введенні високих доз інсуліну. Рівень глюкози у крові знижується в результаті: 1. Прискорення надходження глюкози до клітин. 2. Підвищення використання глюкози клітинами.

Інсулін прискорює надходження моносахаридів до інсулінзалежних тканин, особливо глюкози (а також цукрів схожої конфігурації в положенні С 1 -С 3), але не фруктози. Зв'язування інсуліну зі своїм рецептором на плазматичній мембрані призводить до переміщення запасних білків-переносників глюкози ( глют 4) з внутрішньоклітинних депо та включення їх у мембрану.

Інсулін активує використання клітинами глюкози шляхом:

активування та індукції синтезу ключових ферментів гліколізу (глюкокінази, фосфофруктокінази, піруваткінази).

Збільшення включення глюкози в пентозофосфатний шлях (активування дегідрогеназ глюкозо-6-фосфату та 6-фосфоглюконату).

Підвищення синтезу глікогену за рахунок стимуляції утворення глюкозо-6-фосфату та активування глікогенсинтази (одночасно інсулін інгібує глікогенфосфорилазу).

Гальмування активності ключових ферментів глюконеогенезу (піруваткарбоксилази, фосфоєнол-ПВК-карбоксикінази, біфосфатази, глюкозо-6-фосфатази) та реп-ресії їх синтезу (вставлено факт репресії гена фосфоєнолПВКкарбоксикінази).

Інші гормони, як правило, сприяють збільшенню вмісту глюкози у крові.

Глюкагоні а дреналінпризводять до зростання глікемії шляхом активації глікогенолізу в печінці (активування глікогенфосфорилази), проте на відміну від адреналіну глюкагон не впливає на глікогенфосфорилазу. м'язів. Крім того, глюкагон активує глюконеогенез у печінці, наслідком чого також є збільшення концентрації глюкози у крові.

Глюкокортикоїдисприяють підвищенню рівня глюкози в крові за рахунок стимуляції глюконеогенезу (прискорюючи катаболізм білків у м'язовій та лімфоїдній тканинах, ці гормони збільшують вміст у крові амінокислот, які, надходячи до печінки, стають субстратами глюконеогенезу). Крім того, глюкокортикоїди перешкоджають утилізації глюкози клітинами організму.

Гормон ростувикликає збільшення глікемії опосередковано: стимулюючи розпад ліпідів, він призводить до збільшення рівня жирних кислот у крові та клітинах, знижуючи тим самим потребу останніх у глюкозі ( жирні кислоти – інгібітори використання глюкози клітинами).

Тироксин,особливо виробляється у надмірних кількостях при гіперфункції щитовидної залози, також сприяє підвищенню рівня глюкози в крові (за рахунок збільшення глікогенолізу).

При нормальному рівні глюкозиу крові нирки повністю її реабсорбують і цукор у сечі не визначається. Однак, якщо глікемія перевищує 9-10 ммоль/л ( нирковий поріг ), то з'являється глюкозурія . При деяких ураженнях нирок глюкоза може виявлятися у сечі та при нормоглікемії.

Перевірка здатності організму регулювати вміст глюкози в крові ( толерантність до глюкози ) використовується для діагностики цукрового діабету при постановці перорального глюкозо-толерантного тесту:

Перша проба крові береться натще після нічного голодування. Потім хворому протягом 5 хв. дають випити розчин глюкози (75г глюкози, розчиненої 300 мл води). Після цього кожні 30 хв. протягом 2-х годин визначають вміст глюкози у крові

Мал. 10 " Цукрова крива " в нормі та при патології

Міністерство охорони здоров'я Республіки Білорусь

Заклад освіти

"Гомельський державний медичний університет"

Кафедра біологічної хімії

Обговорено на засіданні кафедри (МК чи ЦУНМС)____________________

Протокол № _______

З біологічної хімії

для студентів 2-го курсу лікувального факультету

Тема: Вуглеводи 4. Патологія вуглеводного обміну

Час__90 хв___________________

Навчальна мета:

1.Сформувати уявлення про молекулярні механізми основних порушень вуглеводного обміну.

ЛІТЕРАТУРА

1.Біохімія людини:, Р.Маррі, Д.Греннер, П.Мейєс, В.Родуелл.- М.книга,2004.- т.1.с. 205-211., 212-224.

2. Основи біохімії: А. Уайт, Ф. Хендлер, Е. Сміт, Р. Хілл, І. Леман.-М. книга,

1981,т. -.2,.с. 639-641,

3.Наочна біохімія: Кольман., Рем К.-Г-М.книга 2004р.

4. Біохімічні основи ... під. ред. член-кор. РАН Є.С. Северина. М.Медицина, 2000.-с.179-205.

МАТЕРІАЛЬНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ

1.Мультимедійна презентація

РОЗРАХУНОК НАВЧАЛЬНОГО ЧАСУ

Всього: 90 хв

Вступ.Завдання регулювання та обмеження споживання вуглеводів з особливою гостротою виникає у зв'язку з профілактикою та лікуванням діабету, а також виявленням кореляції між надмірним споживанням вуглеводів із частотою розвитку деяких хвороб – «супутників огрядності», а також з розвитком атеросклерозу.

Дайте визначення поняття стрес, перерахуйте фази стресу.

Поясніть, чому стрес називається «загальним адаптаційним синдромом»

Назвіть стрес-реалізуючі гормональні системи.

Перерахуйте найважливіші гормони, що у розвитку загального адаптаційного синдрому.

Перерахуйте основні ефекти гормонів, що забезпечують короткочасну адаптацію, поясніть механізм.

Поясніть поняття «системний структурний слід адаптації», яка його фізіологічна роль?

Ефекти якого гормону забезпечують довготривалу адаптацію, які механізми цього гормону?

Перелічіть гормони кори надниркових залоз.

Вкажіть, у чому полягає вплив глюкокортикоїдів

на білковий обмін

на жировий обмін

на вуглеводний обмін

Гормони в регуляції основних параметрів гомеостазу

Коли ми говоримо про регулювання всіх видів обміну, ми трохи лукавимо. Справа в тому, що надлишок жирів призведе до порушення їх обміну та утворення, наприклад, атеросклеротичних бляшок, а недолік до порушення синтезу гормонів лише через тривалий час. Це саме стосується і порушень білкового обміну. Лише рівень глюкози в крові є тим гомеостатичним параметром, зниження рівня якого призведе до гіпоглікемічної коми за кілька хвилин. Це станеться насамперед тому, що нейрони не отримають глюкозу. Тому, говорячи про обмін речовин, насамперед звернемо увагу на гормональну регуляцію рівня глюкози в крові, а паралельно зупинимося на ролі цих же гормонів у регуляції жирового та білкового обміну.

Регулювання вуглеводного обміну

Глюкоза поряд з жирами та білками є джерелом енергії в організмі. Запаси енергії у організмі як глікогену (вуглеводи) невеликі проти запасом енергії, представленої як жирів. Так, кількість глікогену в організмі людини вагою 70 кг становить 480 г (400 г – глікоген м'язів та 80 г – глікоген печінки), що еквівалентно 1920 ккал (320 ккал-глікоген печінки та 1600 – глікоген м'язів). Кількість циркулюючої глюкози у крові становить лише 20 г (80 ккал). Глюкоза, що міститься в цих двох депо, є основним і майже єдиним джерелом живлення інсуліннезалежних тканин. Так, мозок масою 1400 р при інтенсивності кровопостачання 60 мл/100 р на хвилину споживає 80 мг/хв глюкози, тобто. близько 115 г за 24 години. Печінка здатна генерувати глюкозу зі швидкістю 130 мг/хв. Таким чином, більше 60% глюкози, що утворюється в печінці, йде на забезпечення нормальної активності центральної нервової системи, причому ця кількість залишається незмінною не тільки при гіперглікемії, але навіть при діабетичній комі. Споживання глюкози ЦНС зменшується лише після того, як її рівень у крові стає нижчим за 1,65 ммоль/л (30 мг%). У синтезі однієї молекули глікогену беруть участь від 2000 до 20 000 глюкози молекул. Утворення глікогену з глюкози починається з процесу фосфорилювання її за допомогою ферментів глюкокінази (у печінці) та гексокінази (в інших тканинах) з утворенням глюкозо-6-фосфату (Г-6-Ф). Кількість глюкози в крові, що відтікає від печінки, залежить в основному від двох взаємопов'язаних процесів: гліколізу та глюконеогенезу, які у свою чергу регулюються ключовими ферментами фосфофруктокіназою та фруктозо-1,6-бісфосфатазою відповідно. Активність цих ферментів регулюється гормонами.

Регуляція концентрації глюкози у крові відбувається двома шляхами: 1) регуляція за принципом відхилення параметра нормальних значень. Нормальна концентрація глюкози у крові становить 3.6 – 6.9 ммоль/л. Регуляція концентрації глюкози в крові в залежності від її концентрації здійснюється двома гормонами з протилежними ефектами – інсуліном та глюкагоном; 2) регуляція за принципом обурення - ця регуляція не залежить від концентрації глюкози в крові, а здійснюється відповідно до необхідності збільшення рівня глюкози в крові в різних, як правило, ситуаціях, що стресують. Гормони, що збільшують рівень глюкози у крові, тому називаються контрінсулярними. До них відносяться: глюкагон, адреналін, норадреналін, кортизол, тиреоїдні гормони, соматотропін, оскільки єдиний гормон, що знижує рівень глюкози в крові – інсулін (рисунок 18).

Основне місце у гормональній регуляції гомеостазу глюкози в організмі відводиться інсуліну.Під впливом інсуліну активуються ферменти фосфорилювання глюкози, що каталізують утворення Г-6-Ф. Інсулін також підвищує проникність клітинної мембрани для глюкози, що посилює її утилізацію. При збільшенні концентрації Г-6-Ф у клітинах підвищується активність процесів, для яких він є вихідним продуктом (гексозомонофосфатний цикл та анаеробний гліколіз). Інсулін збільшує частку участі глюкози у процесах утворення енергії за незмінного загального рівня енергопродукції. Активація інсуліном глікогенсинтетази та глікогенгілкаючого ферменту сприяє збільшенню синтезу глікогену. Поряд з цим інсулін інгібує вплив на глюкозо-6-фосфатазу печінки і гальмує, таким чином, вихід вільної глюкози в кров. Крім того, інсулін пригнічує активність ферментів, що забезпечують глюконеогенез, за рахунок чого гальмується утворення глюкози з амінокислот.

ІНСУЛІН- гормон синтезується  клітинами острівців Лангерганса підшлункової залози. Основний стимул для секреції – підвищення рівня глюкози у крові. Гіперглікемія сприяє збільшенню вироблення інсуліну, гіпоглікемія зменшує утворення та надходження гормону в кров. Крім того, секреція інсуліну посилюється під впливом. ацетилхоліну (парасимпатична стимуляція), норадреналіну через -адренорецептори, а через -адренорецептори норадреналін гальмує секрецію інсуліну. Деякі гормони шлунково-кишкового тракту, такі як шлунковий пептид, що інгібує, холецистокінін, секретин, збільшують вихід інсуліну. Основний ефект гормону – зниження рівня глюкози у крові.

Під впливом інсуліну відбувається зменшення концентрації глюкози у плазмі (гіпоглікемія). Це пов'язано з тим, що інсулін сприяє перетворенню глюкози на глікоген у печінці та м'язах (глікогенез). Він активує ферменти, що беруть участь у перетворенні глюкози в глікоген печінки, та інгібує ферменти, що розщеплюють глікоген.

Регуляція вуглеводного обміну здійснюється на 3 рівнях:

центральний.

міжорганні.

клітинний (метаболічний).

1. Центральний рівень регуляції вуглеводного обміну

2. Міжорганний рівень регулювання вуглеводного обміну

Глюкозо-лактатний цикл (цикл Корі) Глюкозо-аланіновий цикл

3. Клітинний (метаболічний) рівень регуляції вуглеводного обміну

IV. Педфак. Вікові особливості ПФШ та ГНГ, значення.

ДЕРЖАВНА МЕДИЧНА АКАДЕМІЯ

кафедра біохімії

затверджую

Зав. кав. проф., д.м.н.

Мєщанінов В.М.

_____‘’_____________2005 р

ЛЕКЦІЯ №10

Тема: Структура та обмін інсуліну, його рецепторів, транспорт глюкози.

Механізм дії та метаболічні ефекти інсуліну.

Факультети: лікувально-профілактичний, медико-профілактичний, педіатричний. 2 курс.