INSULIINI, GLUKAGONI JA SOKERITAUTI

Yleisiä asioita sokeritasapainon säätelystä

Haima (WSOY:n Ihminen s. 24, 79 ja 88-90) koostuu kahdesta

toiminnallisesti erilaisesta solukkotyypistä: avorauhas- ja umpirauhasosasta.

Avorauhasosa tuottaa kaikkia neljää ravintoainetyyppiä (= sokerit, rasva-

aineet, proteiinit ja nukleiinihapot) hajottavia ruuansulatusentsyymeitä

(varsinainen akrobaatti siis). Nämä (amylaasi → sokeri, peptidaasit →

proteiinit, lipaasit → rasva-aineet, nukleaasit → nukleiinihapot DNA ja RNA)

vapautuvat haimatiehyttä pitkin ohutsuolen ensimmäiseen mutkaan

(pohjukaissuoleen) mahalaukun alapuolella.

Haiman umpirauhasosa tuottaa hormoneita. Kuuluisimpia näistä ovat

glukagoni ja insuliini, joiden avulla elimistö säätelee verinesteen (veri koostuu

verinesteestä ja verisoluista) sokeritasapainoa. Glukagonia haimassa

tuottavat ns. Alfa-solut ja se nostaa veren sokeripitoisuutta. Insuliinia tuottavat

ns. Beta-solut ja se laskee veren sokeripitoisuutta. Nämä hormonit ovat siis

toistensa vastavaikuttajia. Molempien hormonien eritystä säätelee suoraan

verinesteessä virtaavan sokerin määrä. Useimmista muista umpirauhasista

poiketen haiman hormonierityksen säätely on siis riippumatonta

Hypotalamus-aivolisäkejärjestelmästä (WSOY:n Ihminen s. 85 ja s.132).

Glukagoni vaikuttaa erityisesti sokerivarastoina toimiviin maksan soluihin.

Kun syömme hyvin sokeripitoista ravintoa, kaikkea sokeria ei heti

käytetäkään soluhengityksen tarpeisiin. Ylimääräinen sokeri varastoidaan

maksaan ja lihaksiin glykogeeninä. Kun glukagoni kiinnittyy maksasolun

pinnalla olevaan reseptoriinsa, alkavat sokerin pitkäketjuiset

varastomolekyylit (glykogeeni eli eläintärkkelys) hajota yksittäisiksi

”pikkusokereiksi”. Nämä siirtyvät maksasoluista verinesteeseen, jonka oikea

sokeripitoisuus on etenkin hermosolujen toiminnan edellytys.

Insuliinireseptoreita on kaikkien solujemme pinnalla. Kun insuliini kiinnittyy

omaan reseptoriinsa, se laukaisee solun sisällä toisiolähettijärjestelmän.

Toisioläheteistä viimeiset saavat solun sisällä olevat tietyt kalvorakkulat

yhtymään solukelmuun. Näihin (rER:stä peräisin oleviin) kalvorakkuloihin on

ankkuroitunut transmembraanisia (= kalvon läpi ulottuvia)

sokerikanavaproteiineja (kuva 17).

ATP ja

proteiini

ADP ja

fosforyloitu

proteiini

Glukoosia

siirtyy

veriplasmasta

soluun

Glukoosikana-

vien takaisin

otto

Glukoosikanavat

siirtyvät

solukelmulle

Fosfaatti-

ryhmä

Insuliini sitoutuu

reseptoriinsa

Endosomi Kanava-

vesikkeli Endosomi

Kuva 17. Insuliini ja sokerikanavien toiminta solussa.

Insuliinin sitoutuminen reseptoreihinsa käynnistää solun sisällä ATP-

käyttöisen toisiolähettijärjestelmän. Toisiolähettijärjestelmä saa solun

sisällä olevat sokerikanavat (kanavavesikkelit eli kalvorakkulat) siirtymään

solukelmulle. Tällöin sokeria alkaa siirtyä kanavaproteiinien läpi

verinesteestä solun sisälle. Sokerikanavia sisältävät solukelmun osat

imetään takaisin solun sisälle pieninä kalvorakkuloina. Nämä yhtyvät

suuremmiksi kokonaisuuksiksi, joista uusia kanavarakkuloita kuroutuu

odottamaan lähtöä solukelmulle. Sokerikanavia siirtyy solukelmulle niin

kauan kuin insuliinia on sitoutuneena reseptoreihinsa.

Insuliini saa siis sokerikanavat siirtymään solun ulkopinnalle päästäen näin

sokerin siirtymään verinesteestä solujen sisään. Sokerit päätyvät

mitokondrioissa tapahtuvaan soluhengitykseen ATP:n raaka-aineeksi.

Insuliinierityksen vähetessä solu imaisee sokerikanavia sisältävät solukelmun

osat uudelleen sisäänsä. Näin kanavaproteiinit kiertävät jatkuvasti soluliman

ja solukelmun välillä.

Haimasta puhuttaessa kannattaa siis muistella myös energia-

aineenvaihduntaa (yhteyttäminen ja soluhengitys)

Sokerit, joiden kohtaloita insuliini ja glukagoni ohjailevat, ovat putkahtaneet

maailmaan alun perin kasveissa yhteyttämisen tuloksena. Me toisenvaraiset

eliöt olemme sokeritaloudessamme täysin riippuvaisia syömästämme

ravinnosta: saamme siis sokereita joko popsimalla sokeripitoisia kasveja tai

muita eläimiä (jotka ravintoketjun kautta ovat saaneet sokerinsa kasveista)

(kuva 18).

Koko ekosysteemin toiminta perustuu yhteyttämiseen ja soluhengitykseen.

Riippuvuussuhteen ymmärrät pysähtymällä pohtimaan, mikä liikuttaa

polkupyörää, autoa tai käkikelloa. Kaikissa niissä on kyse omasta

lihastyöstäsi (joka vaatii ATP:tä, siis sokereita). Autossa työ rajoittuu tosin

polkimien painamiseen ja ajatteluun. Yllättäen kuitenkin myös bensiinin

CO2

H2O

O2

Sokeri

C6H12O6

Yhteyttäminen

(kasveissa

tapahtuu myös

soluhengitystä)

Soluhengitys

(ei yhteyttä-

mistä)

Kuva 18. Elämän energiatalous

sisältämä energia on alun perin yksisoluisten merenpohjaan vajonneiden

levien yhteyttämällä tuottamaa sokeria eli auringon säteilyenergiaa.

Yhteyttäminen ja soluhengitys soluelinten tasolla tarkasteltuna

Soluissa esiintyy kaksi energia-aineenvaihduntaan erikoistunutta soluelintä:

mitokondrio ja viherhiukkanen. Kumpaakin näistä tavataan yhteyttävissä

soluissa. Viherhiukkasten sisältämä lehtivihreä saa yhteyttävät solut

näyttämään vihreiltä.

Toisenvaraisissa soluissa on vain mitokondrioita ja viherhiukkaset puuttuvat.

Yksittäisissä soluissa näitä soluelimiä voi olla valtavasti. Esimerkiksi

lihassoluissa mitokondrioita suorastaan tungeksii. Viherhiukkasten ja

mitokondrioiden välistä työnjakoa havainnollistaa kuva 19.

ATP

ATP

CO2

H2O

O2

Sokeri

C6H12O6

Yhteyttäminen

- viherhiukka-

sissa, vain

kasveissa ja

eräissä

Protoctistoissa

esim. levissä

Soluhengitys

- aitotumallisten

eliöiden (siis myös

kasvien)

mitokondrioissa,

bakteereilla

tapahtuu solun

ulkokalvolla

Kuva 19. Elämän energiatalous.

Viherhiukkasen ja mitokondrion välinen

tehtävänjako.

Diabetes ja insuliinishokki

Sokeritaudista tunnetaan kaksi eri muotoa: aikuisiän ja nuoruusiän diabetes.

Nimistään huolimatta muodot eivät ole erotettavissa potilaan iän perusteella.

Molemmille sairaustyypeille on ominaista, että sokeri jää ajelehtimaan

solujemme ulkopuolelle verinesteeseen (verihän koostuu verinesteestä ja

verisoluista). Solut siis suorastaan kylpevät energianlähteessään, mutta

sokerimolekyylit eivät pääse sisälle soluihin, eivätkä siksi myöskään

mitokondrioihin. Elimistö yrittää päästä eroon ylimääräisestä sokerista

erittämällä sen munuaisten kautta virtsaan. Tästä johtuu sokeritautipotilaan

voimakas jano ja alituinen virtsaamistarve.

Koska sokeri ei pääse soluihin sisälle, ei mitokondrioiden soluhengitys pääse

tapahtumaan täydellä teholla. Soluhengityshän tuottaa ATP:tä solun

työkalujen eli proteiinien käyttövoimaksi. Soluhengityksen ollessa puutteellista

elimistön proteiinit siis muuttuvat toimintakyvyttömiksi. Ei ihme, että

sokeritautipotilas tuntee olonsa heikoksi.

Liian korkea sokeripitoisuus veressä häiritsee solujen nestetasapainoa. Ne

ovat vaarassa kuivua verinesteen voimakkaan osmoottisen imun vuoksi,

samaan tapaan kuin bakteerit sokeroidussa mansikkahillossa tai

suolakalassa. Suurimmassa vaarassa ovat hermosolut. Liian korkea veren

sokeripitoisuus voi johtaa tajuttomuuteen ja kuolemaan.

Sokeritautia hoidetaan tavallisesti insuliinipistoksilla. Insuliinipistoksen jälkeen

verinesteen sokeripitoisuus alkaa laskea. Siksi on tärkeätä, että

sokeritautipotilas saa ottamaansa insuliinimäärää vastaavan annoksen

hiilihydraattipitoista ravintoa. Jos näin ei tapahdu, verinesteen sokeriarvot

laskevat liikaa, ja tuloksena on tällöinkin häiriöitä hermosolujen toiminnassa.

Syntynyttä taudintilaa kutsutaan insuliinishokiksi. Potilas puhuu sekavia

(samaan tapaan vähän hassuja kuin humalainen), hikoilee voimakkaasti ja on

ihonväriltään kalpea. Tärkeätä on saada potilas nopeasti syömään hyvin

sokeripitoista ravintoa, kuten hunajaa, sokerilimsaa tai sokerilla maustettua

jugurttia. Tyypillistä on kuitenkin potilaan ruokahaluttomuus sekä taudintilan

sinnikäs kieltäminen. Näiden voittaminen vaatiikin yleensä syöttäjältä

melkoista tahdonlujuutta (pakkosyöttämistä ja vahtimista).

Vakavasta shokista kärsivä potilas oksentelee ja vaipuu lopulta

tajuttomuuteen (kuolema kolkuttelee). Tällöin hoitona käytetään

glukagoniruisketta. Glukagonia diabeetikoilla onkin aina kotonaan, mutta

koska glukagoni tulee säilyttää jääkaapissa, sitä ei shokin iskiessä kodin

ulkopuolella yleensä ole saatavilla.

Sokeritaudin syyt

Nuoruus- ja aikuistyypin diabeteksen syyt ovat erilaiset. Nuoruustyypin

diabeteksen oireet johtuvat insuliinin puutteesta, aikuistyypin taas siitä, että

insuliini ei vaikuta. Jälkimmäistä taudin muotoa kutsutaankin

insuliiniresistenssiksi.

Nuoruustyypin diabetes on autoimmuunisairaus (bilsan viitoskurssin

immunologian osuus), jossa elimistön omat valkosolut popsivat suihinsa

insuliinia erittävät haiman beta-solut. Immuniteettiasioiden yhteydessä esitetty

molekulaarinen mimikry (selvitys seuraavan väliotsikon jälkeen) on

todennäköisesti yleisin sairauden syy. Laukaisijoina voivat toimia eräät virus-

ja bakteeritaudit, tietyt lääkeaineet ja todennäköisesti myös eräät

ravintoaineet (mahdollisesti esim. maito).

Aikuistyypin diabetes on itse asiassa tautiryhmä, jonka syyt ovat vaihtelevat.

Osalla potilaista veren B-valkosolut erittävät vasta-aineita, jotka kiinnittyvät

insuliinimolekyyleihin estäen niiden normaalin toiminnan. Eräissä muodoissa

häiriöt liittyvät sokerikanavien syntyyn tai liikkeeseen

(toisiolähettijärjestelmään). Koska maksa on tärkein sokerivarastomme, on

todennäköistä, että osa aikuistyypin diabeteksista onkin itse asiassa maksan

sairauksia. Taudille altistavia tekijöitä ovat liikunnan puute ja liikalihavuus,

joten sairaus liittyy myös rasva-aineenvaihduntaan. Tämä diabeteksen muoto

ei missään tapauksessa ole yksittäinen sairaus, vaan pikemminkin

tautiryhmä.

No tässäpä sitten vielä heti pieni lisärykäys autoimmuunisairauksista

(tässä esiintyy joitakin käsitteitä, jotka selviävät viitoskurssin

immunologiaa käsittelevään materiaaliin tutustumalla)

Autoimmuunisairauksilla tarkoitetaan tilaa, jossa potilaan omat valkosolut

alkavat tuhota hänen omia kudoksiaan. Tyypillisiä esimerkkejä ovat

nuoruustyypin diabetes, nivelreuma ja MS-tauti. Ainakin joissakin tapauksissa

näiden tautien synty johtuu ilmiöstä, jota kutsutaan nimellä molekulaarinen

mimikry (= molekulaarinen yhdennäköisyys).

Oletetaan, että nämä taudit laukaisee elimistölle vieras proteiini, joka

sattumalta muistuttaa jotakin elimistön omaa proteiinia. Proteiinin lähteeksi

voi sopia vaikkapa tavallinen influenssavirus tai vatsanväänteitä aiheuttava

bakteeri.

Jos rakenteellinen samankaltaisuus on riittävän suurta, veren B-valkosolujen

tuottamat vasta-aineet tarttuvat paitsi taudinaiheuttajan myös potilaan omiin

proteiineihin. Vasta-aineet alkavat houkutella puoleensa T-tappajia ja

vihaisia makrofageja (molemmat solutyypit ovat veren valkosoluja). Ne

sitten popsivat pois haiman beeta-solut nuoruustyypin sokeritaudissa,

hermosolujen viejähaarakkeiden myeliinitupet (”a-luokan nakit”) MS-taudissa

sekä nivelpinnat nivelreumassa (kuva 20).

4.…aineita (lymfokiinejä

esim. interleukiinit ja

interferonit), jotka

aktivoivat…

5.…B-solut

tuottamaan vasta-

aineita, jotka…

2. …erilaistumattomille

T-solujen esiasteille,

jotka alkavat jakautua

tuottaen …

8.… T-tappajia, jotka

liuottavat pöpöt

kuoliaaksi …

3… T-auttajia, jotka

tuottavat …

6.…merkitsevät pöpön

tarttumalla sen

ulkopintaan …

1. Makrofagit

esittelevät MHC-

reseptoriensa

avulla pöpön

proteiineja…

7.…makrofagit

muuttumaan

vihaisiksi

makrofageiksi,

jotka…

9.… popsivat pöpön

suihinsa…

Kuva 20. Valkosolujen yhteistyökaavio.

Perinnöllinen alttius autoimmuunisairauksiin riippuu makrofageissa olevien

MHC-reseptorien (makrofagien ulkopinnalla olevia ”tunnusteluproteiineja”)

rakenteesta. Tietyt MHC-reseptorityypit tuntuvat muita useammin esiintyvän

ihmisillä, joilla on jokin autoimmuunisairaus. On mahdollista, että nämä

reseptorit sitovat poikkeuksellisen tiukasti antigeenejä (= puolustusreaktion

käynnistäviä pöpöproteiineja). Tämän on todettu aktivoivan T-soluja tavallista

voimakkaammin. Kääntäen on havaittu, että mitä löysemmin antigeeni MHC-

reseptoriin kiinnittyy sitä helpommin T-solut joutuvat anergiseen

(=toimintakyvyttömään) tilaan.

Vaikka asiaa ei vielä tarkasti tunnetakaan, on MHC-reseptoreilla mitä

ilmeisimmin tärkeä osa autoimmuunireaktioiden synnyssä ja estämisessä.

On joka tapauksessa selvää, että autoimmuunisairaudet eivät ole perinnöllisiä

sanan arkisessa tiukassa merkityksessä. Periytyvyys tulee ilmi vasta

laajoissa tilastollisissa aineistoissa ja taudin kehittyminen vaatii potilaalta

myös huonoa tuuria: altistumisen taudinaiheuttajille, joissa molekulaarisesti

samankaltaisia proteiineja esiintyy.

TÄSTÄ ETEENPÄIN TEKSTISSÄ ESIINTYVÄT NÄKÖKULMAT LIITTYVÄT

BI5-KURSSIIN, JOTEN NÄITÄ EI TARVITSE LUKEA BI4-KURSSIA VARTEN

Insuliinin muokkaus rER:ssä ja Golgin laitteessa (saman tapaiset

vaiheet toteutuvat myös glukagonia tuotettaessa) (kuvat 21 ja 22)

Insuliinin tuotanto alkaa Beta-solujen tumassa. Täällä muodostuu insuliinin

varhaisin esivaihe: preproinsuliinin rakennetta koodaava lähetti-RNA-

molekyyli. Etuliite ”pre” sanassa ”preproinsuliini” paljastaa, että

insuliiniproteiinin ensimmäiseen versioon sisältyy signaalisekvenssinä toimiva

aminohappojärjestys. Tämän (ja SRP:n sekä SRP:n tunnistusreseptorin)

avulla ribosomin tuottama proteiini alkaa työntyä ER:n onteloon (tämän

touhun perusidea löytyy kuvasta 21 ).

1

2

3

SRP

Signaali-

sekvenssi

4

5

Kuva 21. Solulimakalvoston sisään tarkoitettujen proteiinien syntytapa.

Solun kalvoille tai solusta ulos eritettäviksi tarkoitettujen proteiinien

alkupäässä (=aminopäässä) on aminohappojärjestys nimeltä

signaalisekvenssi. Solulimassa vapaina olevat signaalisekvenssin

tunnistuspartikkelit (1) kiinnittyvät signaalisekvenssiin (2).

Solulimakalvoston pinnalla on reseptoreita, joihin SRP:t kiinnittyvät (3).

Kiinnittymisen tapahduttua aminohappoketju alkaa työntyä kalvoston

onteloon (4). Tämän jälkeen signaalisekvenssi irtoaa (5) ja ribosomi

kiinnittyy omiin reseptoreihinsa solulimakalvoston pinnalla (6).

Ribosomireseptoreita ei ole merkitty kuvaan. Karkea solulimakalvosto

näyttää karkealta siihen kiinnittyneiden ribosomien vuoksi.

Karkea solulimakalvosto

6

mRNA

Ribosomi

SRP:n tunnistusreseptori

Välittömästi ER:ään työntymisen jälkeen leikkaajaentsyymit poistavat

signaalisekvenssin insuliinin esiasteesta.

Tuloksena muodostuu proinsuliinia. Tämä jatkaa kulkuaan rER:n sisällä ja

päätyy lopulta

Golgin laitteeseen (kuvat 22 ja 23).

mRNA

Ribosomi

Karkea solulimakalvosto

PRE

B-ketju

C-ketju

A-ketju

Kuva 22. Insuliinin rakenne ja valmistumistapa.

Insuliini on proteiinirakenteinen hormoni, jota tuotetaan haiman Beta-soluissa.

Insuliinin ensimmäistä esivaihetta kutsutaan preproinsuliiniksi. Pre-osa on

signaalisekvenssi. Signaalisekvenssi kiinnittyy solulimassa oleviin

reseptoreihinsa (=SRP). Nämä taas kiinnittyvät omiin reseptoreihinsa karkean

solulimakalvoston pinnalla ja vetävät mukanaan insuliinia valmistavat

ribosomit karkean solulimakalvoston pintaan. Rakentumisensa aikana

insuliinimolekyyli työntyy karkean solulimakalvoston sisälle.

Tehtävänsä hoidettuaan signaalisekvenssi leikataan irti. Jäljelle jää

proinsuliini. Tässä on kolme osaa: A-, B- ja C-ketju. Proinsuliinissa C-ketju

yhdistää A- ja B-ketjua. Se leikataan irti vasta juuri ennen insuliinin

vapautumista Beta-solusta verenkiertoon. Muidenkin proteiinirakenteisten

hormonien valmistamisessa on usein samantapaisia vaiheita.

Etuliite ”pro” johtuu siitä, että insuliini muodostuu kahdesta erillisestä

aminohappoketjusta: A- ja B-ketju. Proinsuliiniksi kutsutussa esimuodossa A-

ja B-ketjun välissä on kuitenkin vielä ns. C-ketju. C-ketju leikataan pois

insuliinia muokattaessa. Ketjun irroittava viimeinen muokkausvaihe tapahtuu

vasta Golgin laitteen jälkeen. Sen toteuttavat entsyymit, joita insuliinia

kuljettaviin kalvorakkuloihin pakataan Golgin laitteessa. Insuliinin rakennetta

muokataan myös koko sen ajan minkä insuliini on Golgin laitteen sisällä.

Jokaisessa kalvorakkuloiden siirtymävaiheessa insuliinin vaeltamista

solulimassa ohjataan kalvorakkuloiden pinnalla olevien ”avain-lukko”-

proteiinien avulla (näitä ei ole merkitty alla olevaan kuvaan 23).

Beta-solun tuma

Karkea solulimakalvosto eli

r E R

Golgin laite

Preproinsuliini

Ribosomi

Valmis

insuliini

C-ketju

Proinsuliinia

sisältävä

kalvorakkula eli

vesikkeli yhtyy

solukelmuun

Insuliinin rakennetta

muokkaavia entsyymejä

Solukelmu

Kuva 23. Insuliinin synty ja

muokkaus rER:n ja Golgin

laitteen sisällä.

Golgin laitteen

cis-puoli

Golgin laitteen

trans-puoli

Proinsuliini

No juu! Muun muassa tämän kaltaisia sivujuonteita siis sisältyy

sokeritasapainon hormonaaliseen säätelyyn.