§19. Инсулин мысалында гормондардың «нысана-жасушаға» әсер ету механизмі
Бұл тақырыптың оқу мақсаты: нәруызды гормондардың «нысана-жасушаға» әсер ету механизмін түсіндіру.
Қандағы глюкоза мөлшерін реттеу механизмі қандай? Ұйқы безінің гормондары гормондардың қандай биохимиялық класына жатады?
Тақырыпты табысты меңгеру үшін 8-сыныпқа арналған оқулықтан 42-параграфты қайталау керек.
Нәруызды гормондардың «нысана-жасушаға» әсер ету механизмі. Пептидтердің стероидтардан айырмашылығы мембрананың қос фосфолипид қабатынан өте алмауына және жасуша ішіне түспеуіне байланысты. Табиғаты нәруызды барлық гормон әсері белгілі бір молекулаларды «тануға» қабілетті «мембрана рецепторлары» деп аталатын арнайы құрылымдардың жұмысы арқылы қамтамасыз етіледі. Оны «жүйке ұлпасының нейрондарына ұқсас сезімтал құрылым» сияқты қабылдауға болмайды. Шын мәнінде, бұл – белгілі бір затпен химиялық әрекеттесуге түсетін мембранаға қондырылған молекулалар. Олар осы затқа «әсер етеді» деп айту қабылданған. Осы өзара әсердің биохимиялық механизмі нәруыз-ферменттердегі осындай механизмге ұқсас. Шын мәнінде, бұл принцип антиденелер мен антигендердің байланысу үдерісінде де қолданылатын «құлыпқа кілттей» (§1, 2-параграфтарды қараңдар) сәйкес келеді.
Нәруыздардың мембрана рецепторларының молекулалары гормондармен байланысқан кезде өзгереді. Олардың конфигурациясы, құрылымы, нәтижесінде биохимиялық қасиеттері де өзгереді. Гормон молекулаларымен әрекеттескен соң олар басқа химиялық белсенділікке ие болады, сәйкесінше жасуша мембранасы қасиеттері өзгереді. Мембрана полюстілікті ауыстырып, бұрын ол арқылы өте алмаған заттар өте алатын болады немесе иондар ағыны өзгеріске ұшырайды. Нәтижесінде мембрана заряды және т.б. өзгереді. Қалай болса да нәруыздың мембрана рецепторы молекулаларының гормон молекулаларымен әрекеттескен кезінде өзгеруі жалпы жасуша күйінің өзгеруіне апарады. Жасушалардың көп мөлшері күйінің өзгеруі – физиологиялық гормондық өзгерістер болып табылады.
Инсулиннің мембрана рецепторы – әртүрлі екі суббірліктен тұратын күрделі нәруыз. Жасуша сыртында орналасқан рецептор бөлігі суббірлік молекуласымен байланысуға қабілетті. Сыртқы суббірлікті ұстайтын рецептордың басқа бөлігі мембрананың фосфолипидті қабатына батып тұрады. Жалпы бүкіл нәруызды кешен жасуша мембранасынан өтіп, қоршаған ортаға да, цитоплазмаға да шығады.
Инсулинді мембрана-рецепторлар көп жасушаларға тән. Яғни олар, мысалы, ми жасушаларында, жыныс бездерінде және эритроциттерде болады. Бірақ глюкоза бірінші кезекте бауыр жасушаларында – гепатоциттерде қорға жиналады. Осы себепке байланысты бір эритроцит бетінде инсулиннің шамамен 40 мембрана рецепторы бола алады. Ал гепатоциттерде немесе липоциттерде (май ұлпаларының жасушаларында) шамамен 300 инсулин болады.
Инсулин және «нысана-жасушаның» өзара әсерінің механизмі толық зерттелмеген. Бірақ соңғы 20 жылда белгілі бір қорытынды жасауға мүмкіндік беретін мәліметтер жинақталды. Алынған ғылыми мәліметтерді қорытындылай отырып, мынадай оқиғалар тізбесін беруге болады:
1) инсулин гормоны рецепторының «танып-білуі»;
2) рецептордың шығып тұратын бөлігінің инсулин молекуласымен «байланысуы»;
3) мембрана құрамына кіретін және цитоплазмаға шығатын рецептор молекуласы бөлігінің қасиетінің өзгеруі. Негізі нәруыз-рецептор молекуласы фосфорланады – өзіне фосфор қалдығын (АТФ-тан) қосып алып, химиялық белсенді болады;
4) мембрана-рецептордың химиялық белсенді, фосфорланған молекуласы фосфорлауға және жасуша (гепатоцит) цитоплазмасында жасушаішілік ферменттер активациясына ретті апаратын химиялық реакциялар каскадын бастайды;
5) нәтижесінде глюкоза үшін жасуша мембранасының өткізгіштігі едәуір артады. Ал цитоплазмада глюкозаның әртүрлі жолмен жойылуына және сақталуына қатысатын ферменттер белсенді күйде «күтіп тұрады». Гликоген түрінде де, липидтер түрінде де қанттан синтезі күрт белсендіріледі.
17-сурет. Инсулиннің мембрана рецепторы жұмысының сызбасы
I – бұлшық ет талшығы немесе миоцит – көлденең жолақты қаңқа бұлшық ет ұлпасының жасушасы;
II – гепатоцит – бауыр жасушасы (*шынайы гепатоцит мембранасында инсулиннің мембрана рецепторларының мөлшері жүздеп саналатынын есте сақтау керек);
а) – инсулин әзірше рецептормен әрекеттесуге түскен жоқ және жасуша глюкоза молекуласы үшін «жабық» болады;
ә) – инсулиннің мембрана рецепторымен «құлып пен кілт» қағидасы бойынша әрекеттесуі;
б) – мембрана рецепторының жұмысына байланысты жасушаның физиологиялық күйі (I – миоцит және II – гепатоцит) өзгереді де, ол қоршаған ортадан (қаннан) глюкоза молекулаларын сіңіріп, оларды өз цитоплазмасында сақтай бастайды (*глюкозаның гликогенге айналу үдерісі бұл сызбада көрсетілмейді).
Инсулиннің мембрана рецепторына бірінші және басты әсер ету нәтижесі – жасушаның глюкоза молекуласын сіңіруінің күрт күшеюі. Жасушалар әсеріне ұшырайтын мембраналар шайылатын қан жасушаларынан глюкозаны өзіне «жіберетін» сияқты. Нәтижесінде қандағы глюкоза мөлшері күрт төмендейді (17-сурет).
Рецепторлы-инсулинді кешен «жұмысын аяқтаған соң» ол екі жолдың бірін таңдайды. Демек, ол толық бұзылуы немесе нәруыз-рецептор «өзін-өзі қалпына келтіріп», бұрынғы орнына – жасуша мембранасына оралуы мүмкін.
Инсулин әсерінен жасушаларда жүретін әсерлер глюкоза үшін мембрана өткізгіштігінің өзгеруімен шектелмейтінін айту керек. Ферментті жүйелердің кейінгі өзгерістері көмірсу алмасудың гендерінің транскрипциясына апарып соғады. Келесі «екінші реттік» нәтижелер:
1) глюкозаның гликоген түрінде жойылуы және қорға жиналуы;
2) май қышқылдарының көмірсулардан синтезі;
3) анаболизмнің жалпы күшеюі, аминқышқылдары мен майлардың қорға жиналуы;
4) катаболизм үдерістерінің тежелуі – гликоген, майлар мен нәруыздардың ыдырауының толық-дерлік тоқтауы.
Инсулиннің жасушаға біртіндеп әсер етуі нәруыз-рецептор мен нәруыз-ферменттің ретті өзгеруімен байланысты. Алдымен глюкоза үшін мембрана өткізгіштігін бақылаушы, кейін глюкоза жойылуына жауапты цитоплазма нәруыздары, ең соңында анаболизмді күшейтетін және катаболизмді тежейтін, ген реализациясына (транскрипция және трансляциялар) қатысушы нәруыз-ферменттер үдерістеріне байланысты.
Нәруызды гормондардың нысана-жасушаларға әсер ету механизмі, мембраналық рецептор, гепатоциттер, липоциттер, инсулин және нысана-жасушалардың өзара әсерінің механизмі.
Білу және түсіну:
1. Мембрана-рецепторлар дегеніміз не? Олар қандай типті гормондарды қабылдауға бейімделген?
2. Инсулин нәруыз-рецепторының екі бөлігі қалай орналасқан және қалай жұмыс істейді? Сипаттаңдар.
Қолдану:
1. Эритроцит және гепатоцит мембранасындағы рецептор нәруыздарының мөлшерін салыстырыңдар. Ол неге байланысты?
2. Ұсынылған сызбаны толтырып, оқиғалардың шамамен ретін анықтаңдар. Сандар мен әріптерді сәйкестендіріңдер:
1__→ 2__→ 3__→ __→ 4__→ 5__→ 6 __→7__
А. Мембрана-рецептор нәруызының қалпына келуі және оның жасуша мембранасына орналасуы.
Ә. Анаболизм және глюкоза жойылу үдерісін арттыратын гендер транскрипциясының күшеюі.
Б. Инсулинді сыртқа шығып тұратын мембрана-рецептор бөлігімен байланыстыру.
В. Цитоплазмадағы бірінші (төрт) нәруыз-ферменттердің фосфорлануы.
Г. Глюкоза үшін мембрана өткізгіштігін арттыру.
Ғ. Цитоплазмаға шығатын мембрана-рецептор нәруызының ішкі бөлігінің активациясы (фосфорлануы).
Д. Глюкозаның жасушаға түсуінің күшеюі.
Талдау:
1. Инсулиннің жасушаға әсерін шартты түрде 3 кезеңге бөліп, сызба түрінде бейнелеңдер: 1) рецептормен байланысу нәтижесі; 2) цитоплазмада және жасуша мембранасындағы өзгеріс; 3) жасуша ядросында болатын қызметтің өзгеруі.
2. Инсулиннің мембрана-рецептормен өзара әсерінің кезеңдерін талдаңдар.
Синтез:
1. Әртүрлі жасуша типтерінің мембранасындағы инсулин мембрана-рецепторларының (ИМ-Р) мөлшеріне байланысты берілген мәліметтерді бағалаңдар.
2. Берілген мәліметтер негізінде қорытынды жасап, неліктен инсулин мембрана-рецепторлары аз мөлшерде ми жасушаларында да, бұлшық ет жасушаларында да болатынын талқылаңдар. Ал май ұлпалары жасушаларында да гепатоциттердегідей көп бола ма?
Бағалау:
Ғалымдардың мынадай пікірлерін талқылаңдар:
1. «Егер бұлшық ет жасушасының цитоплазмасына адреналин молекуласын жіберсе, жиырылмайды. Миоцит тіпті мұндай әсерді «байқамайды». Ал бұл кезде молекуланың миоцит мембранасына түсуі бұлшық еттің жиырылуымен аяқталады».
2. Мембрана рецепторлары жұмысының физиологиялық әсері тітіркендіргіштің белгілі бір түріне әсер ететін нағыз рецептор жасушаларының жұмысына ұқсас. Шайға саусағыңды қанша рет салсаң да, оның тәтті не тәтті емес екенін білмейсің. Себебі адам терісінде (балық терісінен айырмашылығы) дәм сезу хеморецепторлары жоқ. Оның есесіне терморецепторлар тек температураны анықтайды.