Синтез и секреция

Синтез, запасание и секреция инсулина β-клетками, а также инактивация гормона в тканях-мишенях подробно изучены на клеточном и молекулярном уровнях. Более того, эти сведения послужили основой для изучения секреторной активности других островковых клето. Островки поджелудочной железы содержат клетки четырех типов, которые синтезируют и секретируют разные пептидные гормоны: β-клетки — инсулин, а-клетки — глюкагон, 5-клетки — соматостатин, а РР-клетки (они же F-клетки) — панкреатический полипептид. На долю β-клеток приходится 60—80% массы островка, они составляют его ядро. Альфа-, 8- и РР-клетки формируют вокруг ядра мантию толщиной в 1—3 клетки.

Островковые клетки соединены между собой щелевыми контактами, которые пропускают небольшие молекулы и обеспечивают координацию работы клеток. Артериола, входя в островок, ветвится и образует в его ядре похожую на клубочек капиллярную структуру. Капилляры выходят в мантию и сливаются там в собирательный сегмент венулы. Кровь в островке течет от р-клеток к а-и 5-клеткам. Таким образом, β-клетки первыми воспринимают концентрацию глюкозы в крови, а остальные типы клеток подвергаются действию чрезвычайно высоких концентраций инсулина.

Как уже говорилось, инсулин образуется из одноцепочечного предшественника, в котором А- и В-цепи соединены С-пеп-тидом. В процессе трансляции возникает препроинсулин, содержащий дополнительно сигнальную последовательность из 24 гидрофобных аминокислотных остатков на N-конце В-цепи. Сигнальная последовательность нужна для проникновения образующегося препроинсулина в просвет шероховатого эндо-плазматического ретикулума, где сигнальная последовательность сразу же отщепляется, а проинсулин в мелких везикулах транспортируется в аппарат Гольджи. Здесь он упаковывается в секреторные гранулы вместе с ферментами, необходимыми для его превращения в инсулин.

Превращение проинсулина в инсулин начинается в аппарате Гольджи и продолжается в секреторных гранулах, практически завершаясь к моменту секреции. Таким образом, в кровоток попадают эквимолярные количества С-пептида и инсулина. Какие биологические функции выполняет С-пептид, пока не известно, однако он служит надежным маркером секреции инсулина. Кроме того, из β-клеток высвобождаются малые количества проинсулина и дез-31,32-проинсулина. Это может объясняться либо экзоцитозом гранул, в которых превращение проинсулина в инсулин еще не завершилось, либо наличием дополнительного механизма секреции. Поскольку проинсулина в кровотоке намного больше, чем Т1/2 инсулина, до 20% иммунореактивного инсулина плазмы на самом деле представляют собой проинсулин и промежуточные продукты его превращения в инсулин.

Превращение проинсулина в инсулин осуществляют две Са2+-зависимые эндопептидазы, обнаруженные в секреторных гранулах островковых и других нейроэндокринных клеток. Эти эндопептидазы — прогормон-конвертазы 2 и 3 — имеют активный центр, сходный с таковым субтилизина, и расщепляют связи Лиз—Apr и Apr—Apr. Прогормон-конвертаза 2 расщепляет только место соединения С-пептида с A-цепью. Прогормон-конвертаза 3 расщепляет преимущественно место соединения С-пептида с В-цепью, но может также действовать на точку приложения прогормон-конвертазы 2. Хотя данное семейство эндопротеаз включает в себя как минимум еще два белка (прогормон-конвертазу 1 и фурин), за превращение проинсулина в инсулин ответственны, очевидно, только прогормон-конвертазы 2 и 3.