БИОЛОГИЯ Том 2 - руководство по общей биологии - 2004

17. КООРДИНАЦИЯ И РЕГУЛЯЦИЯ У ЖИВОТНЫХ

17.6. Эндокринная система

17.6.6. Поджелудочная железа

Строение поджелудочной железы

Строение поджелудочной железы при малом и большом увеличениях светового микроскопа показано на рис. 17.56, А, Б, а схема ее клеточного строения — на рис. 17.56, В. Этот орган выполняет как эндокринную, так и экзокринную функции. Основную массу поджелудочной железы составляет ткань, образованная ацинарными клетками; эти клетки формируют округлые структуры — ацинусы (рис. 17.56, В), от которых отходят многочисленные выводные протоки, соединяющиеся в конечном итоге в один основной проток железы, так что структура в целом напоминает гроздь винограда (от лат. acinus — ягода, гроздь). Клетки ацинусов — экзокринные. Они секретируют ферменты панкреатического сока, который по протоку железы выводится в двенадцатиперстную кишку. Эндокринные клетки мы рассмотрим ниже.

Рис. 17.56. Строение поджелудочной железы. А. Фотография, полученная с помощью светового микроскопа при мааом увеличении; среди массы ацинарных клеток видны островки Лангерганса. Б. То же самое при более сильном увеличении: видна часть одного островка Лангерганса. В. Схема островка Лангерганса, окруженного ацинарными клетками. Г. Фотография островка Лангерганса, полученная с помощью светового микроскопа. Обратите внимание на то, что секретирующие инсулин бета-клетки (светлые) занимают центральное положение, а вырабатывающие глюкагон альфа-клетки (темные) — периферическое.

Открытие инсулина

В 1868 г. немецкий ученый Пауль Лангерганс заметил в ткани поджелудочной железы множество небольших пятен диаметром до 0,5 мм. Микроскопическое исследование этих пятен показало, что они состоят из особых клеток и обильно пронизаны кровеносными капиллярами. Позднее их назвали островками Лангерганса (рис. 17.56, В). Каждый островок образован небольшим числом так называемых α-клеток, более многочисленными β-клетками и капиллярами.

Функция островков Лангерганса оставалась неизвестной до прошлого столетия. Наконец, было обнаружено, что удаление поджелудочной железы у подопытного животного (например, у собаки) приводит к болезни, очень похожей на сахарный диабет человека; в связи с этим было высказано предположение, что в поджелудочной железе вырабатывается гормон, регулирующий концентрацию сахара в крови. Гормон назвали инсулином (от лат. insula — остров), хотя его существование еще надо было доказать. Это сделали в 1921 г. канадские исследователи Бантинг, Бест и Маклеод, выделив соответствующее вещество. Инъекции инсулина собаке с удаленной поджелудочной железой излечивали диабет. Эти же ученые показали, что гормон, выделенный из желез крупного рогатого скота и свиней (такого сырья достаточно на бойнях), помогает и людям, больным диабетом. Открытие канадских ученых спасло миллионы жизней во всем мире. В настоящее время человеческий инсулин получают от трансгенных бактерий (разд. 25.2.1).

Два гормона

Сейчас известно, что в островках Лангерганса синтеризуются два основных гормона — инсулин (β-клетками) и глюкагон (α-клетками). Эти два гормона оказывают противоположное действие на уровень глюкозы в крови.

Инсулин

Инсулин представляет собой небольшой полипептид, состоящий из 51 аминокислотного остатка. Первичная структура инсулина (рис. 3.28) была установлена в 1950 г. Фредом Сэнгером в Кембридже. Этот гормон выделяется в ответ на повышение концентрации глюкозы в крови выше 90 мг% (т. е. 90 мг/100 мл). Инсулин переносится плазмой крови в связанной с β-глобулином форме и действует на все органы, хотя наиболее сильное действие он оказывает на печень и мышцы. Связывание инсулина с рецепторами наружной клеточной мембраны ведет к изменению ее проницаемости и активации ряда ферментных систем. Это вызывает в клетке следующие эффекты:

1) ускорение полимеризации глюкозы в гликоген (гликогенеза), что происходит главным образом в печени и мышцах (гранулы этого полисахарида хорошо заметны в электронный микроскоп; см. рис. 5.12);

2) ускорение поглощения глюкозы клетками, особенно клетками скелетных мышц;

3) ускорение утилизации глюкозы (а не других высококалорийных веществ, например жира) в качестве источника энергии для клеточного дыхания;

4) ускорение превращения глюкозы в жирные кислоты и жир с отложением его запасов;

5) ускорение поглощения клетками аминокислот и ускорение синтеза белка;

6) замедление глюконеогенеза (образования глюкозы из неуглеводных предшественников).

Регуляция образования инсулина

Образование инсулина регулируется по механизму отрицательной обратной связи. Повышение концентрации сахара в крови регистрируют Р-клетки поджелудочной железы, и они же в ответ усиливают синтез и секрецию инсулина. При повышении уровня инсулина начинается ускоренное удаление глюкозы из крови описанными выше путями. Снижение ее концентрации тормозит работу β-клеток, и они вырабатывают меньше гормона.

Секреция инсулина жизненно необходима, поскольку он является единственным фактором, понижающим уровень глюкозы в крови. Недостаток этого гормона ведет к метаболическому расстройству, называемому сахарным диабетом. У больных диабетом глюкозы в крови так много, что она не полностью реабсорбируется (удерживается) почками и в результате выделяется с мочой.

Эффекты недостатка и избытка инсулина обобщены в табл. 17.14.

Таблица 17.14. Некоторые симптомы недостатка и избытка инсулина

Глюкагон

Глюкагон — это полипептид, состоящий из 29 аминокислотных остатков и секретируемый, как и несколько других гормонов, в ответ на падение ниже нормы уровня глюкозы в крови. Обычно это бывает при увеличении энергозатрат, например во время физической нагрузки. Глюкагон повышает концентрацию сахара в крови, т. е. увеличивается его доступность для тканей. Главным органом-мишенью глюкагона служит печень, где он стимулирует расщепление гликогена до глюкозы (гликогенолиз). Кроме того, он стимулирует превращение в глюкозу белков, жиров и молочной кислоты. Этот процесс называется глюконеогенезом (от греч. glykýs— сладкое, néos — новое, génesis — возникновение) (разд. 19.6.2).

Связывание глюкагона с рецепторами на мембране клеток печени активирует аденилатциклазу и ведет к образованию цАМФ. Действие глюкагона сходно с действием адреналина: в обоих случаях цАМФ активирует ферменты фосфорилазы, которые катализируют расщепление гликогена до глюкозы (см. рис. 17.48). В мышцах глюкагон не запускает этот процесс. Регуляция его выделения как и выделения инсулина основана на механизме отрицательной обратной связи, только реагируют не β-, а α-клетки и не на повышение уровня глюкозы, а на его понижение.

Обобщенные схемы, демонстрирующие роль этих гормонов в метаболизме углеводов, приведены на рис. 19.4 и 19.22.