انسولین هورمونی است که از غده پانکراس ترشح میشود. در این پست پس از بررسی کوتاه پانکراس به بررسی تخصصی این هورمون خواهیم پرداخت. مطالبی که در این پست سلامتانه مطالعه خواهید کرد:
- برسی اجمالی غده پانکراس
- ساختار بیوشیمیایی انسولین
- اثرات انسولین
- گیرنده های انسولین
غده پانکراس
غده پانکراس دو بخش اصلی ترشح کننده دارد. یک بخش آن اگزوکرین است که آنزیم هایی را برای هضم غذا به دستگاه گوارش ترشح میکند. بخش دیگر آن که مورد توجه ما است، بخش اندوکرین است که برخی از هورمون ها را ترشح میکند. در ادامه به بررسی این عضو خواهیم پرداخت. قسمت اندوکراین آن همان جزایر لانگرهانس است که از تعداد متفاوتی سلول تشکیل شده است و ترشحات مختلفی را بر عهده دارند.
سلول‌های پانکراس ۴ دسته‌اند:
- سلول‌های A یا α که هورمون گلوکاگون را سنتز و ترشح می‌کنند
- سلول‌های B یا β که سنتز و ترشح هورمون انسولین را بر عهده دارند،
- سلول‌های D یا δ که ترشح و سنتز سوماتواستاتین را بر عهده دارند
- سلول‌های F که ترشح و سنتز پلی‌پپتید پانکراس را بر عهده دارند.
عملکرد کلی هورمون‌های پانکراس
- انسولین و گلوکاگون هر کدام به طور کلی متابولیسم کربوهیدارت‌ها، پروتئین‌ها و چربی‌ها را انجام می‌دهند.
- سوماتواستاتین که نقش مهاری دارد، تنظیم ترشحات سایر سلول‌ها را بر عهده دارد.
- عملکرد پلی‌پپتید پانکراس نیز چندان شناخته شده نیست اما در پاره‌ای از اعمال گوارشی نقش دارد.
تأکید این مطلب بیشتر بر روی ترشحات سلول‌های α و β است.
همان طور که در شکل زیر مشاهده میشود، سلول‌های A) α) در کنار سلول‌های β قرار گرفته‌اند و ترشحات یک سلول می‌تواند از طریق مکانیسم پاراکراین بر ترشحات سلول دیگر اثرگذار باشد.
انسولین
انسولین یک هورمون آنابولیک (سازنده) است و ذخایر گلوکز، اسیدهای چرب و اسیدهای آمینه را افزایش میدهد. اما در مقابل گلوکاگون یک هورمون کاتابولیک (تجزیه‌کننده) است که منابع انرژی را تجزیه کرده و گلوکز، اسیدهای چرب و اسیدهای آمینه را از محل منابع به داخل جریان خون فراخوانی میکند. این دو هورمون عملکرد متفاوتی دارند و نحوه‌ی ترشح آن‌ها نیز به صورت متفاوت کنترل میشود.
ساختار مولکولی انسولین
هورمون انسولین از دو رشته‌ی پپتیدی A و B تشکیل شده که توسط دو پیوند دی‌سولفیدی به یکدیگر متصل شده‌اند. همچنین دو اسید آمینه از رشته A نیز با یک پیوند دی‌سولفیدی به یکدیگر اتصال دارند.
چندین اندامک در سنتز مولکول‌های پروتئینی نقش مهمی دارند مثل شبکه اندوپلاسمی و دستگاه گلژی. در مولکول پروانسولین که در شکل زیر قابل مشاهده است، دو رشته‌ی A و B توسط قطعه‌ای به نام «C-پپتید» به هم متصل میشوند. پردازش پروانسولین در جسم گلژی صورت گرفته و رشته C-پپتید از آن جدا میشود. سپس در داخل وزیکول‌های ترشحی ذخیره میشوند. هر میزان که انسولین ترشح شود به همان مقدار نیز C-پپتید آزاد میشود.
اثرات متابولیک هورمون انسولین
این هورمون باعث افزایش ذخایر انرژی میشود. یعنی: اولا باعث پیشبرد جذب، ذخیره و متابولیسم گلوکز در بافت‌های بدن به ویژه عضله و کبد می‌گردد. عملکرد انسولین بر مکانیسم کربوهیدرات‌ها تأثیر بر روی سه آنزیم کلیدی است:
- مهار آنزیم فسفوریلاز کبدی که عمل تجزیه گلیکوژن را بر عهده دارد.
- افزایش فعالیت آنزیم گلوکوکیناز که نقش فسفریله کردن گلوکز و به دام انداختن آن در داخل سلول را ایفا میکند.
- افزایش فعالیت آنزیم گلیکوژن‌سنتتاز که عملکرد آن سنتز گلیکوژن است.
دوما موجب پیشبرد سنتز و ذخیره چربی میشود و در نهایت سوما سبب پیشبرد سنتز و ذخیره پروتیین‌ها میشود.
اثرات از لحاظ مدت تأثیر
اثرات انسولین از لحاظ مدت زمان و آغاز عملکرد به سه دسته تقسیم میشوند:
- اثرات سریع که در عرض چند ثانیه بروز می‌کنند و باعث انتقال گلوکز، اسیدهای آمینه و پتاسیم به داخل سلول‌ها میشوند.
- اثرات بینابینی که در عرض چند دقیقه عمل کرده و با فعال کردن یا غیرفعال کردن آنزیم‌ها (مثلاً با اضافه کردن یک گروه فسفات)، تأثیر خود را اعمال می‌کنند.
- اثرات تأخیری که ساعت‌ها طول می‌کشد تا خود را نشان دهند و از طریق تغییراتی در ترجمه و نسخه‌برداریِ تعداد زیادی از ژن‌ها صورت می‌گیرد.
اثرات انسولین بر روی بافت های مختلف
همانطور که گفتیم انسولین یک هورمون آنابولیک است که در اکثر بافت های بدن گیرنده دارد و نقش های مختلفی دارد. اثر این هورمون در بافت ها و دستگاه های مختلف بدن متفاوت است و در هرکدام کار متفاوتی را انجام میدهد. اکثر این کار ها را انسولین از طریق فعال یا غیرفعالسازی آبشاری از آنزیم های مختلف انجام میدهد. د ادامه به بررسی اثرات هورمون انسولین بر روی بافت های مختلف میپردازیم.
بافت آدیپوز (چربی)
اثر انسولین بر بافت چربی به صورت موارد زیر می‌باشد:
- افزایش ورود گلوکز
- افزایش سنتز اسیدهای چرب
- افزایش سنتز گلیسرول‌فسفات
- افزایش رسوب و تجمع تری‌گلیسرید
- فعال شدن لیپوپروتئین‌لیپاز
- مهار شدن لیپازِ حساس به هورمون
- افزایش ورود پتاسیم به داخل سلول
اسیدهای چرب در داخل کبد ساخته و به صورت لیپوپروتئین به داخل خون آزاد میشوند. انسولین با فعال کردن لیپوپروتئین‌لیپازِ موجود در جدار مویرگ بافت چربی، باعث تجزیه تری‌گلیسریدها به اسیدهای چرب شده تا بتوانند جذب سلول‌های چربی شوند و در آن جا مجدداً به تری‌گلیسریدها تبدیل و ذخیره میشوند. لیپاز حساس به هورمون باعث هیدرولیز تری‌گلیسریدهای ذخیره شده در بافت چربی میشود. بنابراین انسولین با مهار این آنزیم، از آزادسازی اسیدهای چرب بافت چربی به داخل گردش خون جلوگیری میکند.
عضله
انسولین سبب اثرات زیر بر بافت عضلات میشود:
- افزایش ورود گلوکز
- افزایش سنتز گلیکوژن
- افزایش ورود اسیدهای آمینه
- افزایش سنتز پروتئین در ریبوزوم‌ها
- کاهش کاتابولیسم پروتئین‌ها
- کاهش آزادسازی یک سری از اسیدهای آمینه گلوکونئوژنیک
- افزایش ورود اجسام کتونی
- افزایش ورود یا جذب پتاسیم
اثر انسولین بر کبد
انسولین باعث اثرات زیر بر بافت کبد میشود:
- کاهش تولید اجسام کتونی
- افزایش سنتز پروتئین‌ها
- افزایش سنتز لیپیدها
- کاهش برون‌ده گلوکز به دلیل کاهش گلوکونئوژنز و افزایش سنتز گلیکوژن
سایر بافت‌ها: اثر عمومی انسولین بر بافت‌ها، افزایش رشد سلولی است.
اثرات فقدان انسولین
نمودار شکل زیر اثر برداشتن پانکراس بر روی قند خون، اسیدهای چرب آزاد و استواستیک اسید را نشان میدهد.
در نمودار شکل فوق محور افقی زمان بر حسب روز و محور عمودی غلظت را نشان میدهد. وقتی پانکراس برداشته میشود، غلظت هر سه ماده‌ی مغذی در خون افزایش می‌یابد ولی روند این افزایش‌ها با یکدیگر متفاوت است. سریع‌ترین شیب را اسیدهای چرب آزاد دارند و غلظت آن‌ها به صورت ناگهانی در خون افزایش پیدا می‌کنند.
شکل بالا بر عملکرد انسولین روی عضلات که سبب افزایش ورود گلوکز به داخل سلول میشود، تأکید دارد. در این شکل، محور افقی غلظت گلوکز خارج سلولی و محور عمودی غلظت گلوکز داخل سلولی را نشان میدهد. در حالت کنترل هر چه غلظت گلوکز خارج سلولی را افزایش دهیم، مشاهده می‌کنیم که مقدار غلظت گلوکز داخل سلولی تقریباً ثابت است. اما در حالتی که انسولین وجود دارد، وقتی غلظت گلوکز خارج سلولی افزایش پیدا کند، غلظت گلوکز داخل سلولی نیز به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد.
گیرنده های انسولین
شکل زیر یک گیرنده ی انسولین را نشان میدهد که جزء دسته‌ی سوم گیرنده هورمون ها (گیرنده‌های هورمونی مرتبط با آنزیم) است. وقتی انسولین به گیرنده باند میشود، قسمت خارجیِ گیرنده باعث ایجاد تغییراتی در شکل فضایی گیرنده و عملکرد آن میشود، به طوری که قسمت داخل سلولیِ گیرنده به صورت یک آنزیم تیروزین‌کیناز فعال میشود و می‌تواند یک سری از آنزیم‌های داخل سلول به نام سوبسترای گیرنده انسولین (Insulin receptor substrates – IRS) را فعال (فسفریله) کند. این آنزیم‌ها می‌توانند باعث اثرات متعددی (از جمله ۱- انتقال گلوکز، ۲- سنتز پروتئین، چربی و گلیکوژن و ۳- رشد و بیان برخی از ژن‌ها) در داخل سلول شوند.
مجدداً شکل زیر نشان میدهد که وقتی این هورمون به قسمت خارجی گیرنده باند میشود، قسمت داخلی گیرنده به صورت اتوفسفوریلاسیون فعال شده (خود را فسفریله میکند) و خاصیت تیروزین‌کینازی پیدا میکند. سپس سوبسترای گیرنده‌ی انسولین (IRS) را فسفریله میکند و منجر به یک سری فعالیت‌ها در داخل سلول میشود.
با توجه به شکل بعدی نیز متوجه می‌شویم که IGFها (Insulin-like Growth Factor)، عملکردهایی مشابه به انسولین دارند. تشابه زیادی بین گیرنده‌های انسولین و IGF-I وجود دارد. IGF-I و IGF-II می‌توانند بر روی گیرنده‌های یکدیگر و گیرنده انسولین اثر بگذارند. انسولین نیز می‌تواند بر روی گیرنده IGF-I اثر بگذارد.
وقتی انسولین به گیرنده‌ی خود متصل میشود، با مکانیسم سیگنال رسانی فسفواینوزیتول ۳-کیناز باعث افزایش تعداد حامل‌های گلوکز از طریق الحاق شدن غشای سلول (طی پدیده اگزوسیتوز) میشود. زمانی هم که میزان انسولین کاهش می‌یابد، این حامل‌ها طی فرایند اندوسیتوز از غشای سلول به داخل سلول فراخوانده میشوند.
حامل‌های گلوکز
انتقال گلوکز از غشای سلول به دو طریق انتقال فعال ثانویه و انتشار تسهیل‌شده. انجام میشود. اگر گلوکز در جهت شیب غلظت حرکت کند به آن انتشار تسهیل‌شده گفته میشود ولی اگر برخلاف جهت شیب غلظت باشد، از نوع انتقال فعال ثانویه است. دو نوع پروتئین برای انتقال فعال ثانویه به نام SGLT1 و SGLT2 وجود دارد که هر دوی این پروتئین‌ها در جذب گلوکز نقش دارند. SGLT1 در روده‌ی باریک و در توبول‌های کلیه وجود دارد و SGLT2 در توبول‌های کلیه مستقر است. انتقال فعال ثانویه در این دو بخش از بدن، نقش مهمی در جذب یا بازجذب گلوکز دارد.
حامل‌های گلوکز که از طریق انتشار تسهیل‌شده کار خود را انجام می‌دهند ۷ عدد هستند که با چندتا از آن‌ها آشنا می‌شویم:
- GLUT1 باعث جذب پایه‌ای گلوکز میشود و در تعداد زیادی از بافت‌های بدن وجود دارد.
- GLUT2 روی سلول‌های بتا وجود دارد و به عنوان یک سنسور گلوکز استفاده میشود.
- GLUT4 یک حامل گلوکز وابسته به انسولین است که در بافت‌های حساس به این هورمون وجود دارد.
- GLUT5 در جذب فروکتوز از ژژونوم نقش دارد.