<< Молекулярная биология

Сигнальный путь инсулина

Описание (перевод).

Организм человека построен из множества органов, обладающих специальными функциями. Для обеспечения нормальной работы организма, органы должны взаимодействовать между собой. Взаимодействие органов происходит путем обмена сигналами между ними. Это дает им информацию о том, что происходит во внутренней среде организма и с отдельными органами в целом. Одним из важнейших биохимических показателей внутренней среды организма является концентрация глюкозы.

Глюкоза является важным продуктом процесса пищеварения. Это источник энергии для клеточного метаболизма. Энергия вырабатывается в процессе гликолиза и в цикле Кребса. Сразу после полостного переваривания пищи, в кровеносной системе циркулирует большое количество глюкозы, которая проникает в различные клетки. В мышечных клетках глюкоза используется в чистом виде для получения энергии, а также запасается в виде гликогена. В жировых клетках глюкоза используется для получения триглицеридов, которые также играют роль энергозапасающих молекул.

Здесь проиллюстрирован сигнальная путь (т.е. цепь реакций) внутри клетки, возникающий при высокой концентрации глюкозы в межклеточном пространстве. Этот путь включает множество различных белков и сигнальных событий, происходящих при их участии. Такой путь носит название цитоплазматического сигналинга.

В анимации «Рециркуляция Белков» было показано, как группа запасающих везикул с белком GLUT4 переходит из клеточной оболочки в неактивную позицию в цитозоле. Белок GLUT4 способствует проникновению глюкозы в клетку. Когда бета-клетки поджелудочной железы фиксируют повышенный уровень содержания глюкозы, они выделяют инсулин. Инсулин циркулирует в кровеносном русле до тех пор, пока не свяжется с инсулиновым рецептором, расположенным в мембране мышечной, жировой клетки или клетки мозга. После связывания инсулина с рецептором к его внутриклеточному домену присоединяется остаток фосфорной кислоты (фосфорилируется). После того, как рецептор фосфорилируется первый раз, начинается процесс аутофосфорилирования.

Фосфорилирование запускает каскад химических реакций. Затем активированный рецепторный белок присоединяет фосфатную группу к следующему ассоциированному белку. Так сигнал передается от рецептора к следующему звену сигнального пути.

Ферменты, присоединяющие фосфатные группы к другим белкам, называют киназами. Киназы часто являются составляющими компонентами сигнальных путей, а фосфорилирование – важной составляющей процесса передачи сигнала от одного участка клетки к другому. В этой системе сигнал – это концентрация глюкозы в крови. Этот сигнал передается снаружи клетки внутрь ее. Далее происходит процесс фосфорилирования большой группы молекул, включенных в мембрану.

Так как же влияет концентрация глюкозы на появление в мембране глюкозо-связывающего белка GLUT4? Как было отмечено ранее, GLUT4 - это переносчик глюкозы, а GLUT4-накопительные везикулы удерживаются в состоянии рециркуляции около клеточной мембраны. Везикулы удерживаются в этом месте, поскольку белки RAB, взаимодействующие с двигательными белками, необходимыми для перемещения везикул к мембране, находятся в неактивном состоянии.

Последний этап сигнальной цепи предполагает фосфорилирование белка, который не позволяет белкам RAB взаимодействовать с везикулами. Когда белки RAB перестают ингибироваться, запасающие везикулы могут свободно сливаться с мембраной. После слияния везикул с мембраной, белки GLUT4 встраиваются в нее, и глюкоза проникает в клетку. Такой сигнальный путь гарантирует, что в клетку проникнут только необходимые молекулы.