نرگس انوشه
معرفی مولکول به صورت کلی
متابوليسم کربوهيدراتها، ليپيدها و پروتئينها تحت کنترل و تنظيم خيلي دقيق بوده که اين اعمال بوسيله هورمونهاي مترشحه از لوزوالمعده صورت مي‌گيرند. لوزوالمعده از دو نوع غده مترشحه کاملاَ متمايز تشکيل يافته است. يکي غده‌اي برون ريز با ساختمان خوشه‌اي که ترشحات خود را براي کمک به هضم مواد غذايي در دوازدهه مي‌ريزد و ديگري غده‌اي درون ريز که از جزاير موسوم به جزاير لانگرهانس تشکيل يافته است. جزاير لانگرهانس که در تمام بافت لوزوالمعده پراکنده هستند، مجموعه‌هايي تخم مرغي شکل متشکل از چهار نوع سلول مترشحه (D,B,A و F)با وظايف متفاوت هستند. انسولين یک هورمون پپتیدی با ترکیب ۵۱اسید آمینه می‌باشد که از سلولهاي بتاي جزاير لانگرهانس غده لوزوالمعده ترشح مي‌شود. در اين حالت انسولين به صورت پيش هورمون است و پس از تغيير و تحولاتي که در ساختار آن ايجاد مي‌شود به انسولين تبديل مي‌شود. ترشح انسولين به جريان خون پيچيده بوده، بطوري که يون کلسيم در آن نقش داشته و در نتيجه بوسيله عمل اگزوسيتوز محتويات دانه‌هاي ترشحي به محيط خارج سلولي ترشح مي‌شود. گلوکز محرک ترشح انسولين است. به اين صورت که گيرنده‌هاي اختصاصي گلوکز بر روي سلولهاي بتا ، تحريک ترشح انسولين را در زماني که گلوکز خون زياد مي‌شود، انجام مي‌دهند. نام انسولین نیز از واژه لاتین “اینسولا” به معنی جزیره گرفته شده‌است وزن مولکولی انسولین ۵۸۰۸ دالتون اندازه گیری شده‌است.
نقش اين هورمون در تنظيم قند خون (گلوکز) شناخته شده است. ژن انسولين در روي بازوي کوتاه کروموزوم شماره 11 قرار گرفته است.انسولین یکی از هورمون‌هایی است که تاثیرات مختلفی در متابولیسم و دیگر اعمال بدن می‌گذارد.
ساختمان شيميايي انسولين
انسولين پلي‌پپتيدي است که از دو زنجيره پپتيدي A و B تشکيل يافته است. تعداد اسيدهاي آمينه در زنجيره‌ها که در زنجيره A برابر 21 و در زنجيره B برابر 30 مي‌باشداين دو زنجيره به کمک دو پل دي‌سولفور ، يکي بين اسيدهاي آمينه شماره 7 از دو زنجيره و ديگري ميان اسيدهاي آمينه شماره 20 از زنجيره A و شماره 19 از زنجيره B با يکديگر اتصال دارند. علاوه بر اين، ريشه‌هاي اسيد آمينه رديف 6 و 11 در داخل زنجيره A بوسيله پيوند دي‌سولفور به يکديگر متصل هستند. مکان اين پيوندها در گونه‌هاي مختلف، ثابت است.
پژوهشگران با بررسي اثرات تغييرات شيميايي هر يک از اسيدهاي آمينه در رديفهاي مختلف ساختمان انسولين موفق شده‌اند، قسمتهايي از ساختمان انسولين را که براي بروز اثرات زيست شناختي آن ضروري هستند را تعيين کنند. انسولين در غلظتهاي فيزيولوژيک به صورت يک مونومر ساده مي‌باشد و در غلظتهاي بالاتر، انسولين پليمريزه شده و ساختمان کمپلکس را به خود مي‌گيرد و يونهاي روي (Zn ) نقش بسيار مهمي را در ايجاد اين کمپلکس بر عهده دارند.
نقش و اثرات بیوشیمیایی در سلولهای هدف
هورمون انسولین یک ماده ی پیام آور مهم است. انسولین سبب می شود کربوهیدراتهای مصرف شده در غذا به سلولهای هدف (برای مثال سلولهای ماهیچه ای ) حمل شوند و سپس به عنوان منبع انرژی در اختیار سلولها قرار گیرند. وقتی که غذا حاوی مقادیر زیادی چربی باشد. انسولین بیشتری در پانکراس تولید می شود و غلظت انسولین در مغز نیز افزایش مییابد.
اندرکنش انسولین و سلولهای هدف در مغز نقش حیاتی در کنترل تعادل انرژی بدن دارد. اگر چه مکانیزیم دقیق مولکولی آن هنوز کاملاً مشخص نشده است اما در این تحقیق دانشمندان یکی از مراحل مهم این مکانیسم تنظیمی پیچیده را کشف کردند. آنها نشان دادند که انسولین در نورونهای SF-1 (گروهی از نورونها در هیپوتالاموس ) سبب فعال شدن یک مسیر پیام رسانی آبشاری می شود.
اثر انسولين در متابوليز چربيها
در بافتهاي کبدي و چربي، انسولين داراي اثر بازدارنده قوي در واکنشهاي ليپوليز (تجزيه چربيها) است که اين اثر نيز خود بطور غير مستقيم به اثرات آنابوليسمي مي‌انجامد. اثر بازدارنده انسولين در واکنشهاي ليپوليز از دو راه صورت مي‌گيرد. در حاليکه هورمونهاي محرک واکنشهاي ليپوليز يعني گلوکاگون و اپي نفرين عمل خود را از طريق افزايش غلظت AMP حلقوي به انجام مي‌رسانند، انسولين با اثري مخالف موجب کاهش غلظت AMP حلقوي مي‌گردد. انسولين با فعال ساختن يک آنزيم فسفاتاز ويژه ، از فعاليت آنزيم ليپاز ، که در تجزيه چربيها نقش دارد جلوگيري مي‌نمايد. اثر بازدارنده انسولين در واکنشهاي ليپوليز به کاهش غلظت اسيدهاي چرب آزاد در جريان خون و نهايتا به افزايش اثرات انسولين در متابوليسم گلوکز مي‌انجامد.
اثر انسولين در متابوليسم پروتئينها
انسولين اصولاً داراي اثر آنابوليسمي در متابوليسم پروتئينها است به اين معني که واکنشهاي سنتز پروتئينها را فعال ساخته و از تجزيه آنها جلوگيري مي‌کند. انسولين جذب اسيدهاي آمينه خنثي را توسط سلولهاي عضلاني افزايش مي‌دهد. اثر اصلي انسولين در افزايش سنتز پروتئينهاي بدن (اسکلت ، عضله ، قلب و کبد) در طي مراحل واکنشهاي بيوسنتز پروتئينها به ويژه در مرحله ترجمه RNA پيامبر به پروتئين، بروز مي‌نمايد. انسولين قادر است با تغييراتي که در بعضي RNA هاي پيامبر (mRNA) ايجاد مي‌نمايد، در سنتز پروتئينهاي خاص تاثير بگذارد.
بیماریهای مربوطه
انسولین در پزشکی برای درمان نوعی دیابت شیرین استفاده میشود. در دیابت شیرین نوع یک(دیابت وابسته به انسولین) توانایی تولید انسولین در بدن کاهش مییابد یا قطع میشود از این رو با تزریق روزانهی انسولین(اغلب به صورت زیر پوستی) علایم بیماری از بین می‌رود.
افراد مبتلا به دیابت شیرین نوع دو(یا دیابت غیروابسته به انسولین)، با این که مقدار انسولین در خون از مقدار طبیعی بیشتر است، ولی تعداد گیرنده‌های انسولین کم است. در مواردی نادر اگر داروهای دیگر اثر گذار نبودند، از انسولین برای کنترل مقدار گلوکوز خون استفاده میشود. انسولین بر اعمال سایر نقاط بدن نیز اثر می‌گذارد، برای مثال اگر انسولین وارد مغز شود باعث افزایش توانایی یادگیری و حافظه میشود. نقش مهم انسولين در رشد و نمو اندامها در دوران جنيني را مي‌توان با بررسي نوزادان غير طبيعي مبتلا به سندرم لپرشونيسم ارزيابي کرد. در اين نوزادان، وزن بدن کمتر از حد طبيعي، رشد عضلات ناقص، مقدار چربي زير پوست کم و عمر نوزاد کوتاه است. اين نوزادان در برابر انسولين مقاوم هستند با اينکه مقدار هورمون در خون زياد است ولي به دليل نداشتن پروتئين پذيرنده انسولين، قادر به استفاده از آن نيستند.
اندازه گیری
- گلوکز خون ناشتا(FBS =Fasting Blood Sugar)
- قند خون تصادفی(RBS = Random Blood Sugar)
- قند خون 2 ساعته(پس از تجویز گلوکز خالص (2h.BS = 2 Hours – Blood Sugar)
- تست تحمل گلوکز خوراکی(OGGT = Oral Glucose Tolerance Test)
- قند 2 ساعت پس از صرف غذا( (2h-PPG = 2 Hours- Post Prandial
مقادیر طبیعی
غلظت گلوکز خون در حالت ناشتا (80 – 100 ميلي گرم درصد) آستانه غلظتي است که تجاوز از آن با تحريک ترشح انسولين همراه است. و بيشترين اثر محرک گلوکز زماني حاصل مي‌شود که غلظت آن در خون به حدود 500 – 300 ميليگرم درصد برسد.
مقادیر طبیعی قند خون بالغین : 70-110 mg/dl، مقادیر طبیعی قند خون نوزادان : 30-60 mg/dl ،مقادیر طبیعی قند خون شیرخواران : 40-90 mg/dl
کلیهها که به صورت دستگاه تصفیه کننده خون عمل می کنند، برای بازجذب گلوکز به خون دارای محدودیت میباشند که آستانه کلیوی گلوکز نامیده میشود که این میزان 180 mg/dl است(یعنی ماکزیمم حدی که کلیه گلوکز را جذب مجدد میکند و بیشتر از آن در ادرار دفع میشود)
پگاه میرزایی راد
خلاصه :
هورمونی پپتیدی می باشد که ۵۱ اسید آمینه در آن وجود دارد که از جزایر لانگرهانس و بخش درون ریز پانکراس به خون ترشح میشود
انسولین پلی‌پپتیدی است که از دو زنجیره پپتیدی A و B تشکیل یافته است. تعداد اسیدهای آمینه در زنجیره‌ها که در زنجیره A برابر 21 و در زنجیره B برابر 30 می‌باشد این دو زنجیره به کمک دو پل دی‌سولفور با یکدیگر اتصال دارند
انسولین با افزایش کمی و افزایش فعالیت تعدادی از آنزیمهای کلیدی در واکنشهای گلیکولیز کبدی مانند آنزیمهای گلوکوکیناز و پیروات کیناز ، مصرف گلوکز در مسیر گلیکولیز را افزایش میدهد و بطور غیرمستقیم از رها شدن گلوکز در پلاسمای خون جلوگیری میکند
انسولین با کاهش فعالیت آنزیم گلوکز 6- فسفاتاز موجود در کبد از آزاد شدن گلوکز جلوگیری میکند. چون گلوکز 6- فسفات قادر به عبور از غشا سلول کبدی نیست، عمل انسولین منجر به نگهداری گلوکز در داخل سلولهای کبدی میشود.
کمبود ترشح انسولین و همچنین پیدایش مقاومت در برابر عمل انسولین منجر به بیماری دیابت قندی می‌گردد. تقریبا 90درصد افراد بیمار ، مبتلا به دیابت قندی نوع II یعنی دیابت قندی غیر وابسته به انسولین هستند. این بیماران معمولا افراد چاقی بوده و غلظت انسولین در پلاسمای خون آنها زیاد است.
تست انسولین ناشتا و انسولین دو ساعته :اين تست در تشخيص انسولينوما و ارزيابي متابوليسم غير طبيعي چربي و كربو هيدرات است .
پس از 12 تا 14 ساعت ناشتا بودن بايد نسبت انسولين / قند كمتر از 3/0 باشد.
معرفی مولکول به صورت کلی :
هورمونی پپتیدی می باشد که ۵۱ اسید آمینه در آن وجود دارد که از جزایر لانگرهانس و بخش درون ریز پانکراس به خون ترشح میشود. نام آن از واژه “اینسولا” به معنی جزیره گرفته شده‌است وزن مولکولی انسولین ۵۸۰۸ دالتون اندازه گیری شده‌است.
انسولین در پزشکی برای درمان نوعی دیابت شیرین استفاده میشود. در دیابت شیرین نوع یک(دیابت وابسته به انسولین) توانایی تولید انسولین در بدن کاهش یافته یا قطع میشود از این رو با تزریق روزانهٔ انسولین(اغلب به صورت زیر پوستی) علایم بیماری از بین می‌رود.
ساختمان شیمیایی انسولین :
انسولین پلی‌پپتیدی است که از دو زنجیره پپتیدی A و B تشکیل یافته است. تعداد اسیدهای آمینه در زنجیره‌ها که در زنجیره A برابر 21 و در زنجیره B برابر 30 می‌باشد، در انسولینهای جدا شده از اغلب گونه‌های حیوانی ثابت است. این دو زنجیره به کمک دو پل دی‌سولفور ، یکی بین اسیدهای آمینه شماره 7 از دو زنجیره و دیگری میان اسیدهای آمینه شماره 20 از زنجیره A و شماره 19 از زنجیره B با یکدیگر اتصال دارند. علاوه بر این ، ریشه‌های اسید آمینه ردیف 6 و 11 در داخل زنجیره A بوسیله پیوند دی‌سولفور به یکدیگر متصل هستند. مکان این پیوندها در گونه‌های مختلف ، ثابت است.
پژوهشگران با بررسی اثر تغییرات شیمیایی هر یک از اسیدهای آمینه در ردیفهای مختلف ساختمان انسولین موفق شده‌اند، قسمتهایی از انسولین را که برای بروز اثرات زیست شناختی آن ضروری هستند را تعیین کنند. انسولین در غلظتهای فیزیولوژیک به صورت یک مونومر ساده می‌باشد و در غلظتهای بالاتر ، انسولین پلیمریزه شده و ساختمان کمپلکس را به خود می‌گیرد و یونهای روی (Zn ) نقش بسیار مهمی را در ایجاد این کمپلکس بر عهده دارند.
اثرات بیولوژیک :
انسولین با افزایش کمی و افزایش فعالیت تعدادی از آنزیمهای کلیدی در واکنشهای گلیکولیز کبدی مانند آنزیمهای گلوکوکیناز و پیروات کیناز ، مصرف گلوکز در مسیر گلیکولیز را افزایش میدهد و بطور غیرمستقیم از رها شدن گلوکز در پلاسمای خون جلوگیری میکند
در بافتهای کبدی و چربی ، انسولین دارای اثر بازدارنده قوی در واکنشهای لیپولیز است که این اثر نیز خود بطور غیر مستقیم به اثرات آنابولیسمی می‌انجامد
در متابولیسم پروتئینها انسولین اصولا دارای اثر آنابولیسمی است به این معنی که واکنشهای سنتز پروتئینها را فعال ساخته و از تجزیه آنها جلوگیری می‌کندو+ جذب اسیدهای آمینه خنثی را توسط سلولهای عضلانی افزایش میدهد.
اثرات بیوشیمیایی :
انسولین با کاهش فعالیت آنزیم گلوکز 6- فسفاتاز موجود در کبد از آزاد شدن گلوکز جلوگیری میکند. چون گلوکز 6- فسفات قادر به عبور از غشا سلول کبدی نیست، عمل انسولین منجر به نگهداری گلوکز در داخل سلولهای کبدی میشود.
اثر بازدارنده انسولین در واکنشهای لیپولیز از دو راه صورت می‌گیرد. در حالیکه هورمونهای محرک واکنشهای لیپولیز یعنی گلوکاگن و اپی نفرین عمل خود را از طریق افزایش غلظت AMP حلقوی به انجام می‌رسانند، انسولین با اثری مخالف موجب کاهش غلظت AMP حلقوی می‌گردد. انسولین با فعال ساختن یک آنزیم فسفاتاز ویژه ، از فعالیت آنزیم لیپاز ، که در تجزیه چربیها نقش دارد جلوگیری می‌نماید. اثر بازدارنده انسولین در واکنشهای لیپولیز به کاهش غلظت اسیدهای چرب آزاد در جریان خون و نهایتا به افزایش اثرات انسولین در متابولیسم گلوکز می‌انجامد.
اثر اصلی انسولین در افزایش سنتز پروتئینهای بدن (اسکلت ، عضله ، قلب و کبد) در طی مراحل واکنشهای بیوسنتز پروتئینها به ویژه در مرحله ترجمه RNA پیامبر به پروتئین ، بروز می‌نماید. انسولین قادر است با تغییراتی که در بعضی RNA های پیامبر (mRNA) ایجاد می‌نماید، در سنتز پروتئینهای خاص تاثیر بگذارد.
ارزش تشخیصی و بیماریهای مربوطه
کمبود ترشح انسولین و همچنین پیدایش مقاومت در برابر عمل انسولین منجر به بیماری دیابت قندی می‌گردد. تقریبا 90درصد افراد بیمار ، مبتلا به دیابت قندی نوع II یعنی دیابت قندی غیر وابسته به انسولین هستند. این بیماران معمولا افراد چاقی بوده و غلظت انسولین در پلاسمای خون آنها زیاد است. که این افراد در پروتئینهای پذیرنده انسولین موجود در غشا ، دچار اشکال هستند. نقش مهم انسولین در رشد و نمو اندامها در دوران جنینی را می‌توان با بررسی نوزادان غیر طبیعی مبتلا به سندرم لپرشونیسم ارزیابی کرد. در این نوزادان ، وزن بدن کمتر از حد طبیعی ، رشد عضلات ناقص ، مقدار چربی زیر پوست کم و عمر نوزاد کوتاه است. این نوزادان در برابر انسولین مقاوم هستند با اینکه مقدار هورمون در خون زیاد است ولی به دلیل نداشتن پروتئین پذیرنده انسولین ، قادر به استفاده از آن نیستند.
روش اندازه گیری :
تست انسولین ناشتا و انسولین دو ساعته :اين تست در تشخيص انسولينوما و ارزيابي متابوليسم غير طبيعي چربي و كربو هيدرات است . گروهي از محققين معتقدند كه اندازه گيري نسبت قند خون و انسولين در يك نمونه گرفته شده در حين تست تحمل گلوكز خوراكي (GTT ) قابل اعتمادتر از اندازه گيري سطح انسولين خون به تنهايي است . در مقايسه با GTT خوراكي ، سنجش انسولين مي تواند منحني هاي مشخص در حالات مختلف را نشان دهد . براي مثال بيماران مبتلا به ديابت جوانان ، انسولين ناشتاي پاييني داشته و منحني انسوليني GTT بعلت افزايش جزئي يا عدم افزايش سطح انسولين صاف است . بيماراني كه ديابت خفيف دارند سطح انسولين ناشتاي طبيعي دارند و منحني انسوليني GTT بطور تاخيري بالا مي رود
مقدار طبیعی :
پس از 12 تا 14 ساعت ناشتا بودن بايد نسبت انسولين / قند كمتر از 3/0 باشد
منابع :
سایتwikipedia.com
کتاب بیوشیمی هارپر ترجمه دکتر حمید رضا کریم زاده و دکتر علیرضا رفتاری و مریم نورمحمدیان
Insulin & Related Proteins — Structure to Function and Pharmacologyکتاب
edited by Markus Leyck Dieken, Matthias Federwisch, Pierre De Meyts
