Биологический каталог




Основы биохимии. Том 3

Автор А.Уайт, Ф.Хендлер, Э.Смит, Р.Хилл, И.Леман

плазматических гранулах F-клеток, находящихся как в островковой, так и в ацинозной ткани поджелудочной железы.

В данной главе рассматриваются данные о химии панкреатических гормонов, современные представления об их биосинтезе и секреции, их биологические функции и взаимоотношения, а также полученная к настоящему времени информация о механизме их действия. Некоторые вопросы, касающиеся функции соматоста-тина, приведены в гл. 41 и 48; взаимоотношения соматостатина с инсулином и глюкагоном рассматриваются в данной главе; основное внимание в ней сосредоточено на инсулине, глюкагоне и на панкреатическом полипептиде (см. выше); название последнего не является специфическим, поскольку другие панкреатические гормоны также являются поли пептидами.

1632

V. БИОХИМИЯ ЭНДОКРИННЫХ ЖЕЛЕЗ

46.1. Инсулин

Инсулин был открыт как фактор из поджелудочной железы, который может уменьшать гипергликемиго у собак с удаленной поджелудочной железой и у человека при диабете. Гипогликеми-ческое действие инсулина является, однако, лишь одним из вызываемых им физиологических эффектов. Инсулинополобный материал, обнаруживаемый с помощью иммунохимического метода в экстрактах слизистой желудка свиньи, является, по-видимому, инсулином и его предшественником, проинсулином (см. ниже). Эти данные представляют интерес с точки зрения эмбриологии и эволюции, поскольку слизистая оболочка верхней части пищеварительного тракта имеет общее происхождение с эндокринными клетками поджелудочной железы. Следует добавить, что глюкагон (см. ниже), гастрин (гл. 34) и соматостатин (гл. 48) были обнаружены как в клетках островков поджелудочной железы, так и в верхней части пищеварительного тракта.

46.1.1. Химия инсулина

Инсулин является небольшим глобулярным белком (М 5700) с известной последовательностью аминокислот и установленной пространственной структурой. Гормон содержит относительно большое число остатков гидрофобных аминокислот (рис. 46.1); в растворе он легко ассоциирует, образуя изологичные димеры, а в определенных условиях и более крупные олигомеры.

46.1.2. Синтез инсулина в островковых клетках

Проинсулин, который синтезируется в островковых клетках, является предшественником инсулина; он образован одной полипептидной цепью, содержащей от 78 до 86 аминокислотных остатков (в зависимости от вида животного). 3 секреторных гранулах в результате отщепления С-пептида, содержащего в проинсулинс быка 30 аминокислотных остатков, образуется двухцепочечная структура инсулина, в состав которой входит 51 аминокислотный остаток. Три дисульфидные связи проинсулина остаются незатронутыми при превращении; две из них образуют ковалентные мостики между А- и В-цепями инсулина (рис. 46.1).

Проинсулины различных видов отличаются по величине; они содержат от 78 (собака) до 86 (человек, лошадь, крыса) аминокислотных остатков. Эти различия связаны только с размерами полипептидного фрагмента, который находится в проинсулине между С-концом В-цепи и ?-концом А-цепи инсулина. Все известные проинсулины млекопитающих имеют по два остатка основных аминокислот на каждом из концов соединяющего фрагмента

Рис. 46.1. Структура проинсулина быка. Собственно инсулин показан затемненными кружками. Сплошными стрелками показаны места первичной протеолитической атаки при превращении проинсулина в инсулин, при котором удаляется пептидный сегмент (называемый С-пептидом), содержащий 30 аминокислотных остатков (31—60). При последующем протеолизе удаляются пары основных аминокислот, находящиеся на обоих концах С-пептида; это показано пунктирными стрелками. Дальнейшее расщепление С-пептида катализируется протеиназой, обладающей химотрипси-

ноподобной активностью.

1634

V. БИОХИМИЯ ЭНДОКРИННЫХ ЖЕЛЕЗ

проинсулин (образование связанные с мембраной^' •протеиназы J

аминокислоты, ? РНК, АТР, GTP

мдГ

ферменты

антт/|мициновый блок

1-я ствЗия переноса (энерго зависимая!

Г2-я стаЭия переноса

(^)-ранние гранулы

прогресирующее превращение

10-20 мин

20 мин V

в основном инсулин ¦ (криствлловивный) \

С-пептиЭ __—-"аЗ'

(вне кристаллов}

30-120 мин

плазматическая мембрана

эмиоцитоз (экзоцитоз)

рециклирование мембраны 7

3-я стайия переноса (энергозависимая, Саг*-зависимая)

часы-сутки _1_

СЕКРЕТИРУЕМЫЕ ПРОДУКТЫ } 94°/о

инсулин С-пепгпиЭ проинсулин ин термеЭиаты

прочие 1

Рис. 46.2. Общая схема процесса биосинтеза инсулина в панкреатических В-клет-ках. Шкала времени в правой части рисунка показывает продолжительность основных стадий биосинтеза. RER— шероховатый эндоплазматический ретикулум; MV—микропузырьки. Предполагается, что препроинсулин синтезируется в RER, продолжительность периода времени, в течение которого из препроинсулина образуется проинсулин, не установлена. [Steiner D. F., Kemmler W., Tager ?. S., Rubinstein ?. ?., Lernmark ?., Zuhlke ?., Proteases and Biological Control, Cold! Spring Harbor Conf. Cell Prolif., 2, 537 (1975).]

46. ПОДЖЕЛУДОЧНАЯ ЖЕЛЕЗА

1635

{С-пептида); эти пары остатков служат связями между С-пепти-дом и ннсулнновыми цепями в проинсулине. Наблюдаются значительно большие межвидовые вариации первичных структур физиологически, по-видимому, несущественных С-пептидов, чем соответствующих инсулинов. С-пептид остается в секреторных гранулах вместе с инсулином и секретируется примерно в зквимоляр-ных количествах с гормоном.

Продукт трансляции проинсулиновой мРНК в бесклеточных бе-локсинтезнрующих системах является полипептидом с молекулярной массой 11 500, называемым препроинсулином; в области К-конца он имеет на 23 аминокислотных остатка больше, чем про-инсулин. Последовательность и локализация клеточных процессов при синтезе инсулина в поджелудочной железе сходны с теми, которые были описаны выше для препро-, про- и паратгормона (гл. 42). Это проиллюстрировано на рис. 46.2.

Синтез препро- и проинсулина происходит в шероховатом зн-доплазматическом ретикулуме (гл. 26); свертывание молекулы, сопровождающееся образованием дисульфидных связей, происходит, вероятно, вскоре после синтеза. Синтезированный полипептид переносится затем (в результате энергозавнсимого процесса) из пузырьков шероховатого эндоплазматического ретикулума в аппарат Гольджи, где происходят начальные стадии превращения предшественника в инсулин. Главными ферментами, необходимыми для протеолитического расщепления, приводящего к образованию инсулина, являются трипсиноподобная нротеиназа и еще один фермент со специфичностью, подобной таковой у карбоксипептидазы В. Последний удаляет С-концевые основные остатки, «обнажающиеся» после триптического расщепления; в результате образуются модифицированный С-пептид и нативный инсулин. Гормон-содержащие гранулы формируются путем окружения части содержимого аппарата Гольджи мембранами, образующимися из пластинок Гольджи. Эти гранулы перемещаются затем в цитозоль, где происходит завершение расщепления проинсулина до инсулина.

46.1.3. Секреция продуктов островковых клеток

Как указывалось выше, инсулин и С-пептид секретируются в примерно зквимолярных количествах; оба они попадают в кровь человека. Секреторный процесс сходен в общих чертах с другими типами секреции (разд. 34.5). Интересно отметить, что в железистых клетках, в том числе в островковых клетках поджелудочной железы, в исключительно большом количестве находится растворимый миозин (разд. 36.1.4.3). На участие микротрубочек в секреции инсулина указывают наблюдения, показавшие, что у животных, получавших глюкозу, которая влияет на секрецию инсулина (см. ниже), доля полимеризованной формы микротрубочек

31·

1636

V. БИОХИМИЯ ЭНДОКРИННЫХ ЖЕЛЕЗ

значительно преобладает над долей деполимеризованной формы (разд. 11.3.3.7).

Секреция инсулина и С-пептида происходит на поверхности плазматической мембраны путем энергозависимого процесса (эми-цитоз или экзоцитоз), в результате которого содержимое гранул освобождается на клеточной поверхности. В нормальной сыворотке обнаруживается небольшое количество проинсулина; содержание его (а также инсулина) значительно повышено у лиц с аденомой панкреатических В-клеток.

46.1.3.1. Регуляция секреции инсулина

Скорость секреции инсулина зависит от концентрации глюкозы-в крови. При повышении содержания глюкозы в крови секреция инсулина увеличивается, а при снижении концентрации глюкозы в крови образование инсулина поджелудочной железой уменьшается. При добавлении глюкозы in vitro к изолированным остров-ковым клеткам в них стимулируется синтез инсулина. С помощью этой модельной системы удалось показать, что глюкоза оказывает действие в условиях, при которых используется ранее синтезированная мРНК, т. е. глюкоза проявляет посттранскрипциональный эффект.

Некоторые гормоны и другие агенты, например глюкагон (см. ниже), секретин и холецистокинин (гл. 34), соматотропин (гл. 48) и простагландин ?? (гл. 19), которые повышают аденилатциклаз-ную активность островковых клеток, усиливают секрецию инсулина. Активация циклазы этими агентами может увеличивать также индуцируемую глюкозой секрецию инсулина. Однако сАМР не является необходимым медиатором стимулирующего действия глюкозы на секрецию инсулина.

Механизм регуляторного влияния глюкозы на секрецию инсулина весьма сложен. Секреторная реакция на глюкозу является Са2+-зависимой. Са2+ поступает в островковые клетки вместе с глюкозой; концентрация последней быстро уравновешивается по обеим сторонам мембраны островковых клеток; в этих клетках глюкоза фосфорилируется в глюкозо-6-фосфат (разд. 14.3.1.1) в ходе реакции, катализируемой глюкокиназой (фермент характеризуется высоким сродством к глюкозе); далее происходит значительное ускорение гликолиза. Наблюдается приблизительно пропорциональная зависимость между скоростью гликолиза, суммарным поглощением Са2+ и скоростью синтеза инсулина. С другой стороны, голодание, сопровождающееся понижением концентрации глюкозы в крови, приводит к торможению метаболизма островковых клеток и их способности синтезировать инсулин. В обоих случаях скорости поглощения Са2+ и секреции инсулина, по-видимому, наиболее тесно сопряжены с активност

страница 102
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161

Скачать книгу "Основы биохимии. Том 3" (10.5Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(21.11.2019)