Główną funkcją hormonu insuliny jest stymulowanie wychwytu glukozy przez trzy tkanki w organizmie: tkankę tłuszczową, mięśnie i wątrobę. Insulina wiąże się ze specyficznymi receptorami na zewnętrznych błonach komórek docelowych, aktywując procesy metaboliczne w obrębie komórek docelowych i stymulując translokację transporterów glukozy. Ostatecznie, hormon insuliny jest odpowiedzialny za utrzymanie zdrowej masy ciała. Poniżej wymieniono kilka ważnych faktów na temat hormonu insuliny.
Funkcje
Hormon insuliny odgrywa wiele ról w metabolizmie. Promuje syntezę białka i hamuje rozpad tłuszczu i białka. Ponadto, insulina jest ważnym czynnikiem w utrzymaniu prawidłowego poziomu glukozy we krwi. Pełni liczne funkcje metaboliczne, w tym obniża poziom glukozy we krwi. Czytaj dalej, aby dowiedzieć się, jak Twój organizm wykorzystuje insulinę. Oto kilka z jej ról w organizmie. Poniżej wymieniono najważniejsze z nich:
W organizmie insulina stymuluje syntezę glukozy z glikogenu. Glikogen to rozgałęziony polimer glukozy, który powstaje wokół białka zwanego glikogeniną. Insulina następnie wyzwala glikogeninę do wiązania się z cząsteczkami glukozy – sekcja ta została zaczerpnięta ze strony alchemia-piekna.pl. Enzym zwany syntazą glikogenu tworzy następnie 1-4 wiązania glikozydowe między cząsteczkami glukozy. To przeniesienie małego łańcucha następuje w strumieniu krwi.
Cząsteczka insuliny zbudowana jest z 51 aminokwasów i posiada dwa łańcuchy z wiązaniami dwusiarczkowymi. Jest ona produkowana przez trzustkę i krąży ogólnoustrojowo. Krążąca insulina jest dystrybuowana przede wszystkim do hepatocytów, które magazynują glukozę w postaci glikogenu. Inne główne cele krążącej insuliny to komórki mięśni szkieletowych i adipocyty. Jeśli jesteś cukrzykiem, insulina jest stosowana do leczenia objawów cukrzycy, które wynikają z nadmiaru cukru we krwi.
Hormon insulina jest kluczowym czynnikiem w utrzymaniu poziomu glukozy we krwi. Insulina jest produkowana przez trzustkę w odpowiedzi na wzrost poziomu glukozy we krwi. Oprócz obniżania poziomu glukozy we krwi, insulina odgrywa również kluczową rolę w utrzymaniu homeostazy, czyli procesu samoregulacji w systemach biologicznych. Proces ten znany jest jako ujemne sprzężenie zwrotne, dzięki któremu zmiany w systemie biologicznym są odwracane przez mechanizm ujemnego sprzężenia zwrotnego.
Synteza
Pojedyncza jednostka hormonu insuliny składa się z dwóch łańcuchów, jednego „A” i drugiego „B”. Są one połączone ze sobą poprzez trzy wiązania disulfidowe, dwa pomiędzy łańcuchami i jedno w obrębie łańcucha „A”. Łańcuch A ma dwie antyrównoległe a-heliki, a łańcuch B ma jedną. Ich struktura jest podobna, ale ich reszty aminokwasowe różnią się oddziaływaniami na łańcuchy boczne. Różnią się także rdzeniem hydrofobowym.
Złożony peptyd proinsuliny jest przechowywany w komórkach b, gdzie znajduje się w gęstych skupiskach zwanych granulami. Insulina jest przechowywana w stężeniu 40 mM. Monomery tworzą dimery insuliny. Każdy monomer wykazuje odrębną konformację przestrzenną łańcuchów bocznych, przy czym Phe zwrócone są do hydrofobowego rdzenia peptydu, natomiast pozostałe Phe zwrócone są od peptydu.
Monomeryczna cząsteczka insuliny jest heksamerem koordynującym dwa atomy cynku, grupy imidazolowe trzech reszt histydyny i trzy cząsteczki wody. Monomeryczna insulina znajduje się w konformacji T, natomiast dimeryczna w konformacji R. Forma R przeważa w kryształach zawierających fenol, natomiast konformacja T dominuje w monomerach komórek b.
Inna cząsteczka pochodząca z peptydu akinaru trzustki i dwunastnicy, ceramid, hamuje syntezę hormonu insuliny. Wiążąc się z receptorami insulinowymi, ceramid hamuje ekspresję Akt. Ceramid zapobiega również syntezie glut-4. Czynniki te są związane z rozwojem insulinooporności. Z tego powodu ceramid odgrywa istotną rolę w procesie metabolicznym insulinooporności.
Oczyszczanie
Na początku lat 60. XX wieku James Bertram Collip, uznany kanadyjski biochemik, opracował metodę oczyszczania hormonu insuliny. Najpierw testował hormon na królikach, a następnie na ludziach, ale insulina nie przeszła prób klinicznych. U czternastoletniego chłopca test spowodował spadek cukru we krwi i powstanie ropnia w miejscu wstrzyknięcia. Chłopiec ten miał ciężką cukrzycę i obniżony poziom ciał ketonowych i było jasne, że insulina nie jest odpowiedzią na jego problem.
Odkrycie insuliny zostało szeroko nagłośnione, ale między czterema współodkrywcami pozostał konflikt. W styczniu 1922 roku Collip zagroził opatentowaniem techniki, a Banting stał się zdesperowany w poszukiwaniu uznania. Konflikt wybuchł w salach uniwersyteckich, ale interweniował FitzGerald, dyrektor instytucji zdrowia publicznego. Ze współpracownikami zawarto ugodę, w której uzgodniono dwa ważne warunki: zgodzili się oni nie ubiegać o patent w komercyjnej firmie farmaceutycznej podczas ich początkowej współpracy z Connaught; oraz zgodzili się nie wprowadzać zmian w polityce badawczej bez zgody FitzGeralda.
Produkcja insuliny wymaga zastosowania szeregu metod analitycznych, w tym filtracji żelowej, która oddziela składnik nie będący insuliną od składnika będącego insuliną. Metody te określają masę cząsteczkową hormonu insuliny i jego zanieczyszczeń białkowych. Oddzielenie tych nieinsulinowych składników może być korzystne dla rozwoju nowych metod leczenia cukrzycy. Na przykład enzym indukujący syntezę glukozy będzie skuteczniejszy w cukrzycy, jeśli zostanie oczyszczony.
Proces syntezy insuliny rozpoczyna enzym karboksypeptydaza B, który katalizuje hydrolizę reszt lizyny i argininy. Do rozdzielenia frakcji insuliny od innych substancji służy kolumna RP-HPLC ACE 5C18-300. Chromatogram powstałego hormonu przedstawiono poniżej. Ostatecznie metoda ta jest najbardziej efektywnym sposobem oczyszczania hormonu insuliny.
Mechanizm działania
Mechanizm działania hormonu insuliny jest kluczowy dla zrozumienia, w jaki sposób kontroluje on metabolizm organizmu. Hormon ten bierze udział w regulacji poziomu glukozy we krwi i jest krytyczny dla metabolizmu węglowodanów, białek i lipidów. Insulina sprzyja również przyrostowi masy ciała i zapewnia efekty anaboliczne poprzez regulację metabolizmu białek i lipidów. Ponadto insulina jest odpowiedzialna za regulację układu odpornościowego i ma związek z nowotworami i chorobą Alzheimera.
Hormon insulina działa jako hormon anaboliczny, który promuje syntezę białek w różnych tkankach. Sprzyja również przekształcaniu małych cząsteczek krwi w duże komórki. I odwrotnie, niski poziom insuliny prowadzi do szerokiego katabolizmu i rozpadu rezerwowej tkanki tłuszczowej. Te dwa czynniki łączą się, tworząc złożony system regulacji, który utrzymuje organizm w zdrowiu. A jeśli interesuje cię szczegółowe wyjaśnienie mechanizmu działania insuliny, czytaj dalej.
Mechanizm działania hormonu insuliny rozpoczyna się od związania insuliny z jej heterotetramerycznym receptorem. Receptory te są błonowymi glikoproteinami złożonymi z dwóch wiążących insulinę podjednostek alfa oraz dwóch podjednostek beta odpowiedzialnych za transdukcję sygnału. Po związaniu się receptorów insulinowych z ich celami, podjednostki alfa ulegają zmianie konformacyjnej. Podjednostki beta ulegają autofosforylacji, co aktywuje aktywność katalityczną receptorów insulinowych. Gdy to nastąpi, sygnał insulinowy rozchodzi się poprzez sieć fosforylacji.
Jako silny regulator metaboliczny, insulina wpływa na wzrost prawie każdej tkanki w organizmie. Oprócz wpływu na wzrost, insulina wpływa na funkcję praktycznie każdej tkanki. Jednak jej wpływ na mięśnie, wątrobę i tkankę tłuszczową jest głównym przedmiotem tej regulacji metabolicznej. Ponadto insulina wpływa na metabolizm lipidów, białek i jonów wapnia. Ponadto insulina kontroluje również regulację napięcia naczyń krwionośnych i produkcję endoteliny.
Patofizjologia
Patofizjologia hormonu insuliny jest kluczowa dla zrozumienia cukrzycy i jej leczenia. W rzeczywistości, zrozumienie działania insuliny jest kluczem do opracowania biomarkerów i środków terapeutycznych. Ponadto, zrozumienie mechanizmów działania insuliny na poziomie molekularnym jest niezbędne do opracowania nowych metod leczenia i biomarkerów. Oto krótki przegląd podstawowych zasad nauki o insulinie. Zapewni on również wgląd w różne rodzaje hormonów insulinowych.
Hormon insulina odgrywa centralną rolę w utrzymaniu integralności naczyń krwionośnych. U chorych na cukrzycę insulina stymuluje produkcję tlenku azotu, który pomaga utrzymać ścianę naczyniową i hamuje agregację płytek krwi. Tlenek azotu odgrywa istotną rolę w wielu procesach biologicznych, w tym w regulacji apoptozy i hamowaniu agregacji płytek krwi. Oznacza to, że insulina może mieć głęboki wpływ na proces chorobowy.
Mechanizmy, dzięki którym insulina uruchamia metabolizm komórkowy, są złożone. Mechanizmy zaangażowane w transdukcję sygnału insulinowego obejmują fosforylację kilku białek i aktywację innych cząsteczek. Zagłębianie się w szczegóły przekracza zakres tego artykułu, ale oto kilka najważniejszych punktów. Receptor insulinowy jest białkiem tetramerycznym. Podjednostka a jest zlokalizowana zewnątrzkomórkowo, natomiast podjednostka b jest transmembranowa i ma wewnętrzną aktywność kinazy tyrozynowej.
Insulina bierze udział we wzroście postnatalnym, a także płodowym. Wykazuje działanie anaboliczne. Niedobór insuliny u niemowląt skutkuje wewnątrzmacicznym ograniczeniem wzrostu i zwiększonym ryzykiem wystąpienia cukrzycy typu 2 w wieku dorosłym. Zmniejsza również wzrost u dzieci. Reguluje wiele szlaków sygnalizacji poreceptorowej, w tym kinazę fosfoglicerynową i glukoneogenezę.