Как и в каком органе вырабатывается инсулин?

• Что такое инсулин?
• Строение органа, который вырабатывает инсулин
• Процесс синтеза гормона
• Секреция инсулина в поджелудочной железе

Что такое инсулин?

Инсулин относится к группе пептидных гормонов. На молекулярном уровне его структура состоит из нескольких полипептидных цепочек, складывающихся из аминокислотных остатков. Наиболее активная форма гормона, которая циркулирует в крови как биологически активное вещество, содержит 2 белковые цепи, одна из которых состоит из 30 остатков аминокислот, а вторая – из 21. Между собой молекулярные цепочки соединяются дисульфидными «мостиками».

Менее активные формы инсулина, являющиеся его предшественниками, содержат дополнительные L- и С-цепочки. На данный момент среди всех гормонов, вырабатываемых эндокринной системой человека, инсулин является наиболее изученным.

За что отвечает инсулин:

• за стимуляцию поглощения глюкозы гормонозависимыми органами (жировой прослойкой, печенью и мышцами);
• за активацию ферментов, влияющих на скорость и интенсивность окисления моносахарида в тканях организма;
• за ингибирование (угнетение) процесса производства глюкозы из жирных кислот и белков, т.е. из жировых запасов и мышечной ткани;
• за полимеризацию моносахарида и превращение его в гликоген – форме хранения питательного вещества в печени и мышцах.

Кроме основных функций, инсулин отвечает и за другие аспекты обмена веществ и гормонального фона человека: например, он стимулирует процессы синтеза белков, повышает усваиваемость аминокислот, усиливает транспорт ионов магния и калия в клетки.

Если орган, вырабатывающий этот гормон, повреждён или недоразвит, то инсулинозависимые органы лишаются возможности полноценно окислять глюкозу, что приводит к голоданию тканей. Частично организм компенсирует этот эффект переводом большей части клеток на питание кетоновыми телами, которые образуются из жирных кислот. Именно с этим связано появление запаха ацетона у диабетиков, а также у поклонников жёстких диет (при сильном дефиците углеводов в питании).

Строение органа, который вырабатывает инсулин

Столь важный для углеводного обмена гормон вырабатывается поджелудочной железой, а именно специфичными клетками, составляющими не более2-3% массы всего органа.

На макроскопическом уровне железу условно делят на головку, тело и хвостовую область. По виду вырабатываемых веществ (функции) различают экзокринную и эндокринную части органа. Экзокринная часть поджелудочной железы является источником ферментов, которые позволяют переваривать белки, жиры и углеводы. Интенсивность продукции ферментов регулируется гормонами – холецистокинином, гастрином и секретином, которые вырабатываются в желудке и двенадцатипёрстной кишке.

Интересный факт: небольшое количество гастрина было обнаружено также в клетках эндокринной части самой железы.

Эндокринная часть секреторного органа располагается между функциональными единицами экзокринной части – ацинусами. Её функциональные единицы (островки Лангерганса), в отличие от ацинусов, не имеют выводных протоков, выделяя гормоны непосредственно в кровяное русло.

Как и другие гормоны поджелудочной железы, инсулин вырабатывается в панкреатических островках или островках Лангерганса-Соболевского. Очевидно происхождение названия вещества: в переводе с латыни «Insula» означает «остров». Сами островки состоят из клеток-инсулоцитов.

По функциональным и другим признакам выделяют 5 видов инсулоцитов:

• α-клетки (вырабатывают глюкагон – гормон, имеющий эффект, обратный инсулиновому);
• β-клетки (выделяют инсулин);
• δ-клетки (продуцируют гипоталамический гормон соматостатин, угнетающий выработку СРГ гипоталамусом и, вслед за этим, производство ТТГ и гормона роста гипофизом);
• D1-клетки (вырабатывают нейропептидный гормон ВИП, оказывающий стимулирующий эффект на мускулатуру кишечника и угнетающий секреции соляной кислоты в желудке);
• РР-клетки (продуцируют панкреатический полипептид, являющийся антагонистом одного из основных гормонов, регулирующих работу ЖКТ – холецистокинина).

Небольшое количество клеток островков Лангерганса-Соболевского способны секретировать гипоталамические гормоны тиролиберин и соматолиберин, увеличивающие, соответственно, выработку тиротропина (в конечном итоге – гормонов щитовидной железы) и ускоренный рост трубчатых костей параллельно со стимуляцией сжигания жира.

Процесс синтеза гормона

Выработка инсулина в организме человека кодируется геном короткого плеча 11-ой хромосомы. Однако получаемое на рибосомах вещество пептидной природы является не полноценно активным веществом, а предшественником проинсулина. От действующей формы гормона он отличается двумя лишними полипетидными цепочками (L и C), добавляющими структуре белка 55 лишних аминокислотных остатков.

Наличие дополнительных структурных элементов, делающих предшественников гормона неактивными, имеет определённую функцию: например, L-цепь необходима для прохождения предпроинсулина через липидную мембрану. Таким образом, 24 аминокислотных остатка из избыточных 55 отсоединяются практически сразу после завершения синтеза.

Молекулы образованного проинсулина с С-пептидом транспортируются в комплекс Гольджи, где вырабатывается инсулин (процесс также называется вызреванием инсулина). В ходе вызревания из структуры пептида вырезается С-цепочка и проинсулин разделяется на активный гормон и инертный остаток.

Запас инсулина хранится в секреторных гранулах эндокринной части поджелудочной железы в виде твёрдых гексамерных агрегатов, которые образуются при присоединении к молекулам вещества активных ионов цинка.

Секреция инсулина в поджелудочной железе

Стимулирующий полимеризацию глюкозы гормон начинает вырабатываться в ответ на повышение сахара крови.  Секреция инсулина происходит по этапам:

• Молекулы моносахарида транспортируются в β-клетки островков Лангерганса белком-переносчиком (GluT 2).
• Глюкоза подвергается окислению с образованием источника энергии для клеток – АТФ. Количество образованного АТФ напрямую зависит от объёма окисленного моносахарида.
• Поступление АТФ стимулирует закрытие калиевых ионных каналов и деполяризует мембрану клетки, что приводит к открытию потенциал-зависимых каналов и притоку кальция.
• Ионы кальция активируют С-фосфолипазу, которая расщепляет один из мембранных фосфолипидов, что приводит к резкому повышению концентрации кальция за счёт высвобождения внутриклеточных запасов.
• Высокая концентрация кальциевых ионов провоцирует секрецию инсулина, хранящегося в кристаллических гранулах. Высвобождение гормона происходит при продавливании сквозь плазматическую мембрану: за счёт резкого изменения свойств окружающей среды цинк и другие неактивные части отщепляются, оставляя двухцепочечный активный инсулин.

Инсулин, отвечающий за углеводный обмен, а также за некоторые аспекты распада белков и жиров, является важным рычагом регуляции эндокринной системы организма. При наличии генетических дефектов или разрушении β-клеток островков Лангерганса в поджелудочной железе развивается сахарный диабет.