Гормоны поджелудочной железы

Поджелудочная железа синтезирует ферменты, необходимые для пищеварения. Эндокринная часть железы (островки Лангеранса) секретирует по крайней мере четыре гормона: инсулин, глюкагон, соматостатин и панкреатический полипептид.

Структура и роль инсулина были рассмотрены выше. Глюкагон — 29-членный пептид, вызывающий повышение уровня глюкозы в крови за счет стимуляции расщепления гликогена в печени, увеличивает содержание глюкозо-6-фосфата в мышцах и обладает липолитическим (жирорасщепляющим) действием.

Эти гормоны высвобождаются в панкреатическую вену, впадающую в воротную вену печени, что имеет важное значение, поскольку для инсулина и глюкагона печень служит главной мишенью.

Основная роль инсулина и глюкагона сводится к регуляции углеводного обмена, однако гормоны поджелудочной железы оказывают влияние и на многие другие процессы. Например, соматостатин подавляет секрецию гормона роста. Он участвует в локальной регуляции секреции инсулина и глюкагона.

На рис. 12.15 приведена схема регулирования содержания глюкозы СН в плазме крови человека.

В соответствии с этой схемой мозг (Сг), поджелудочная железа (Рп), печень (Нр) и другие ткани (Т1) находятся в потоке крови, через который осуществляется гуморальная связь между различными органами. Схема отражает одну из специфических особенностей взаимосвязи метаболических путей в организме — пространственное разделение взаимодействующих компонентов.

Большинство химических превращений в организме, а также активный транспорт через клеточные мембраны осуществляются с помощью ферментов и белковых молекул (Е).

В схеме рис. 12.15 учтены только два гормона, синтезируемые в поджелудочной железе, — инсулин (In) и глюкагон (G1).

Реакции в поджелудочной железе:

Реакции в печени:

Реакции в тканях:

Реакции в крови (дезактивация гормонов):

В приведенных здесь реакциях Е, Еь, Е_а, Ер — ферменты, функционирующие в соответствующих органах или тканях; Рг — протеин; In, G1 — гормоны инсулин и глюкагон; СН, СН, — глюкоза в крови и тканях, G_n — гликоген со степенью полимеризации и; Xj, Хс, — продукты дезактивации гормонов.

Рис. 12.15. Схема регу лирования концентрации глюкозы СН в крови человека:

Сг — мозг. Рп — поджелудочная железа, Нр — печень. TI — ткани. In — инсулин. GI — глюкагон. Ев. Е* - ферменты поджелудочной железы, Еь — гликогснфосфорилаза, 1ц — фермент тканей, Оь — гликоген печени.

СН, — глюкоза тканей Роль инсулина и глюкагона в жизнедеятельности организма хорошо изучена. Инсулин активирует фермент Et и ускоряет переход глюкозы в ткани скелетных мышц и жировую ткань. В результате такой активации уровень глюкозы в крови быстро падает. Глюкагон активирует фермент Еь — гликогенфосфорилазу — и ускоряет процесс деполимеризации полисахарида гликогена в печени и мышцах с отщеплением глюкозы. В результате концентрация глюкозы в крови возрастает.

Увеличение содержания глюкозы в крови является стимулом для клеток поджелудочной железы к увеличению активности фермента Ер, что приводит к активации секреции инсулина. Уменьшение содержания глюкозы в крови приводит к активации фермента Е_а в а-клетках этой железы и увеличению секреции глюкагона.

На рис. 12.16 приведен типичный пример автоколебательного характера уменьшения содержания глюкозы в крови человека после перорального введения различных доз этого вещества.

Рис. 12.16. Изменение концентрации глюкозы с (мг/100 мл) от времени в крови здорового человека после перорального приема внутрь:

/ - 25 и 2- 100 г глюкозы (норма 70−110 мг/100 мл (4−6 мМ))

Схему регулирования уровня глюкозы в крови нетрудно описать с помощью кинетических уравнений. Анализ этих уравнений позволяет сделать вывод, что автоколебательный характер возвращения биохимического состава организма к исходному состоянию после импульсного возмущения связан с наличием по крайней мере одной автокаталитичсской реакции в метаболическом пути. Такие реакции имеются в рассмотренной здесь схеме реакций регулирования уровня сахара в крови.

Например, увеличение концентрации глюкозы в соответствии с реакцией Е_р+ СН Ер-СН -> Ер+ In приводит к увеличению содержания инсулина в крови, а это вызывает увеличение абсорбции глюкозы тканями мышц.

(Е,+ In Et-In + СН E,-In + СН E, In + СН,).

Помимо автоколебаний следует обратить внимание на другие особенности регулирования сахара, которые иллюстрирует рис. 12.16.

Во-первых, максимальное количество глюкозы в крови возрастает непропорционально дозе: дозы различаются в 4 раза, максимальные количества — примерно лишь в 1,5 раза. Эти максимальные значения в несколько раз ниже предельно возможных при данных дозах 25 и 100 г. Максимальное значение при меньшей дозе достигается значительно быстрее, чем при большой. Кроме того, наблюдается «проскакивание» исходного количества глюкозы в крови к концу периода релаксации до стационарного значения.

Перечисленные особенности адаптационного регулирования в той или иной мере проявляются и для других биогенных веществ, вводимых в организм. Они связаны с характером всасывания или введения в кровь, с одной стороны, и характером реакционной цепи превращений — с другой. Практическое отсутствие периода задержки указывает на быстрое включение компенсационного механизма адаптации внутренней среды.

Экспериментальное исследование регулирования концентраций ионов ОН, CI, аминокислот и других веществ в организме показывает, что регулирование и этих компонентов носит автоколебательный характер. Это общее свойство процессов регулирования уровня различных веществ в крови, очевидно, отражает общность механизмов регулирования, в основе которых лежат реакционные цепи типа схемы регулирования уровня глюкозы.

Приведенные выше факты позволяют сделать заключение, что регулирование температуры тела также должно демонстрировать автоколебательный характер достижения равновесного значения. Этот вывод подтверждается экспериментальными данными.

Изменение температуры в организме гомойотермных (теплокровных) животных вызывает соответствующую реакцию терморецепторов. Охлаждение тканей приводит к увеличению расхода энергии для поддержания температуры на необходимом уровне, что, в свою очередь, интенсифицирует процессы поглощения глюкозы тканями и соответствующее уменьшение концентрации глюкозы в крови. В результате включается механизм компенсации, отображаемый реакциями регулирования уровня глюкозы.