УСПЕХИ СОВРЕМЕННОЙ БИОЛОГИИ, 2012, том 132, № 1, с. 51-68
УДК 577.125
СТАНОВЛЕНИЕ В ФИЛОГЕНЕЗЕ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФУНКЦИИ ЛОКОМОЦИИ И СИСТЕМЫ ИНСУЛИНА. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДЕЙСТВИЯ ГОРМОНА
© 2012 г. В. Н. Титов
ФГУ Российский кардиологический научно-производственный комплекс Минздравсоцразвития РФ, Москва
E-mail: vn_titov@mail.ru
Рассмотрен филогенез биологической функции локомоции и системы инсулина. Показано, что митохондрии начинают окислять глюкозу - последний из окисляемых митохондриями субстратов, когда в цитозоле не остается кетоновых тел и отсутствуют короткоцепочечные жирные кислоты. Установлено, что инсулин сначала ингибирует во всех клетках биохимические реакции, в которых происходит освобождение полярных неэтерифицированных жирных кислот и образование их полярных метаболитов, а затем происходит метаболическое превращение глюкозы. В этой связи можно рассматривать сахарный диабет как нарушение метаболизма в первую очередь жирных кислот и во вторую - глюкозы.
Ключевые слова: филогенез, жирные кислоты, глюкоза, инсулин, митохондрии.
За почти вековую историю познания инсулина (ИНС) анатомами и эмбриологами, физиологами и биохимиками, молекулярными биологами и клиницистами опубликованы тысячи статей. Однако и в настоящее время сахарный диабет остается одной из наиболее распространенных патологий и одной из основных причин смертности во всех индустриально развитых странах. К тому же не до конца понятны функциональные взаимоотношения в системе гуморальной, позже гормональной регуляции, о чем свидетельствуют термин "контринсулярные" гормоны и попытки функционально противопоставить гуморальные регуляторы. Заметим, что при диабете in vivo происходит реализация механизмов компенсация низкого содержания глюкозы (ГЛЮ) в цитозоле клеток (гликопении), нормализация биологической функции гомео стаза; в то же время клиницисты стараются понизить концентрацию ГЛЮ в межклеточной среде, т.е. нормализовать в первую очередь биологическую функцию эндоэкологии. Не до конца выяснена биологическая целесообразность того, что ИНС регулирует в клетках метаболические превращения не только глюкозы (ГЛЮ), но в первую очередь липидов - насыщенных и моноеновых жирных кислот (Н-ЖК и моно-ЖК). При этом ИНС не оказывает прямого влияния на перенос, поглощение и метаболические превращения в клетках экзогенных, эссен-циальных полиеновых ЖК (ЭС поли-ЖК) [45].
Со свойственной ему первичной структурой ИНС функционирует только у позвоночных, хотя пептиды с ИНС-подобной активностью присутствуют в ткани моллюсков в форме ИНС-подоб-ного ростового фактора I и II. С использованием техники рекомбинации ДНК наличие ИНС-по-добного пептида выявлено в тканях насекомых и нематод [31]. И ИНС, и два его предшественника в форме пептидов в эволюции происходят из одного общего гена: гомологичность их первичной структуры превышает 50%. Это касается последовательности аминокислотных остатков в обеих цепях гормона. У всех позвоночных ИНС синтезируют эндокринные клетки поджелудочной железы, которые образованы из экзодемального зародышевого листка и развиваются вместе с тонкой кишкой. Синтез ИНС происходит в форме проинсулина и после удаления сигнального пептида (С-пептида) образуется гормонально активная молекула. Структура ИНС консервативна. На протяжении более 400 миллионов лет между ранними рыбами и человеком в ней сохранена последовательность более 61% аминокислотных остатков. Столь же высока степень консерватизма и для рецептора к ИНС и его предшественников на плазматической мембране. Для всех позвоночных характерно и анаболическое действие ИНС.
Неоднократно предпринимались попытки изолировать и охарактеризовать ИНС-подобные молекулы у беспозвоночных на основании сло-
жившихся представлений о структуре и функции ИНС у позвоночных. В таких экспериментах после приготовления экстрактов тканей в них пытались определить наличие ИНС-подобных субстанций с помощью радиоиммунного анализа, в котором в качестве антигена использовали ИНС позвоночных, или специальных биологических методов тестирования активности ИНС. Однако подобные подходы не привели к успеху и остается полагать, что ИНС как гормон, а не фактор роста является гуморальным медиатором только у позвоночных. ИНС-подобные пептиды, которые присутствуют в ткани беспозвоночных моллюсков (бомбиксин-А2), являются в большей мере нейроэндокринными тропными гормонами. Специалисты, которые проработали в эндокринологии много лет, еще могут помнить биологические способы определения содержания свободного (не связанного с аутоантителами) ИНС и общей концентрации ИНС (свободный+связан-ный) в биологических пробах на переживающих миоцитах диафрагмальной мышцы и адипоцитах эпидидимальной жировой клетчатки крыс.
ИНС-подобные пептиды с большей степенью приближения к позвоночным имеются в тканях насекомых и моллюсков. И хотя эти животные не являются позвоночными и не имеют скелета, у них есть наружный каркас из хитина или раковины из солей фосфата и карбоната кальция, покрытые перламутром. Они-то и являются опорой для мышечной ткани и тех "недюжих" усилий, которые эти животные способны развивать. У муравьев уже сформировано жировое тело как, вероятно, запас ЖК для реализации биологической функции локомоции и, вероятно, в гемолимфе циркулирует и альбумин(АЛБ)-подобный протеин, который переносит ЖК в форме неэтерифицированных ЖК (НЭЖК) от жирового тела к скелетным миоцитам [26]. Заметим, что АЛБ и адипоциты с функцией запасания ЖК в форме ТГ - адипоцитов имеют не все виды даже позвоночных рыб. Все это косвенно подтверждает наше мнение, что становление биологической роль ИНС в филогенезе предназначено для энергетического обеспечения биологической функции локомоции.
Локомоция - это та далеко не ранняя биологическая функция в филогенезе, которая оказала существенное влияние на совершенствование всех ранее сформированных функций, в том числе и функцию интеллекта. Сохранению каждого из видов животных и дальнейшему их развитию способствует и инициированная ИНС целенаправленна специализация клеток рыхлой соединительной ткани (РСТ) с формированием адипоцитов и запасанием субстратов для длительной реализации
биологической функции локомоции. Это касается длительной интенсивной физической активности для обеспечения периода гибернации и выживания особей в чрезвычайных состояниях. Можно полагать, что способность запасать энергию и, возможно, длительные периоды гибернации позволили малым по размерам млекопитающим пережить все те катастрофы, которые привели к вымиранию динозавров и наступлению эры млекопитающих. Это соответствует принципу - жир для жизни [35]. Однако все in vivo должно быть биологично и физиологично, в том числе и количество адипоцитов. Приобретя узкую специализацию - запасание субстратов для наработки миоцитами энергии, адипоциты "не забыли", что в течение миллионов лет они было клетками РСТ, которые in vivo призваны реализовать биологическую функцию эндоэкологии и биологическую реакцию воспаления.
Мы предлагаем рассмотреть ИНС с позиций а) становления функции на разных ступенях филогенеза, б) тех условий, которые инициировали его синтез и в) его роли в реализации биологических функций и биологических реакций [14]. Для этого целесообразно воспользоваться возможностями "фундаментальной" медицины, которая, мы полагаем, призвана прояснять причины общности патогенеза наиболее распространенных в популяции заболеваний при использовании методологических приемов общей биологии и физической химии. В качестве приемов общей биологии используем:
- единение в биологии структуры и функции [6],
- единение основных этапов становления функций в фило- и онтогенезе [8],
- единую технологию становления в филогенезе функциональных систем [15],
- единение всех клеток in vivo при автономной регуляции каждой из них [10],
- преемственность становления в филогенезе функциональных систем,
- биологические принципы субординации ре-гуляторных процессов в филогенезе. В первую очередь это определено действием разных физико-химических факторов [2, 18], воздействием измененных условий внешней среды, главным образом температуры [17].
Мы предлагаем при рассмотрении регуляции метаболизма in vivo исходить из того, что на разных ступенях филогенеза, от простейших до homo sapiens, произошло формирование трех последовательных уровней регуляции:
- аутокринного - в каждой из индивидуальных клеток;
- паракринного - на уровне специализированных клеточных сообществ функционально разных клеток - прообразов органов (пул специализированных клеток + локальный перистальтический насос + пул интерстициальных клеток);
- уровня организма, гуморальных нейросекре-торных центров гипоталамуса и продолговатого мозга с привлечением нервной проводимости, симпатической и парасимпатической нервной системы.
Так сформировались "клеточный" уровень регуляции, "муниципальный" - на уровне каждого из множества паракринных сообществ и "федеральный" - на уровне организма. При этом "муниципальная" регуляция не вмешивается в ре-гуляторные механизмы клеток, "федеральная" -не в силах отменить действие "муниципальной" регуляции, и все они сотрудничают в реализации биологических функций и биологических реакций in vivo [14].
Методами иммуноморфологии показано, что в эмбрионах мышей на этапе 25 сомитов, на седьмой неделе беременности a-клетки островков Лангерганса начинают синтезировать глюкагон (ГЛЮК) [34]. Наличие Р-клеток и начало синтеза ИНС удается отметить только двумя неделями позже [20]. У взрослых особей большую часть каждого из островков занимают Р-клетки, а a-клетки, которые продуцируют ГЛЮК, располагаются по периферии. При моделировании алло-ксанового диабета и гибели Р-клеток, в процессе регенерации в центре островкой ткани первыми появляются a-клетки и только позже клетки, продуцирующие ИНС. Это позволяет полагать, что в филогенезе синтез ГЛЮК происходил в то время, когда Р-клеток еще не было, не было и синтеза ИНС. Различие в 2 недели при 16-недельном эмбриогенезе у приматов и человека [44] дает основание полагать, что в филогенезе гипергликемия и ГЛЮК регулировали мет
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.