В живых организмах постоянно происходит огромное количество химических реакций, которые направлены на поддержание жизни. Совокупность этих реакций принято называть обменом веществ, или метаболизмом. Все химические превращения можно поделить на два типа: реакции, в ходе которых сложные органические вещества расщепляются на более простые, и реакции, в результате которых образуются сложные молекулы из простых.

Один из регуляторов обмена веществ — белковый гормон инсулин (рис. 1), основная функция которого — снижение уровня глюкозы в крови. Инсулин запускает механизм поглощения глюкозы клетками, связываясь с рецепторами на их поверхности. Позже, эта глюкоза будет использоваться клетками по назначению. Например, в процессе гликолиза из одной молекулы глюкозы получится две молекулы пировиноградной кислоты. Также инсулин способен запустить процесс образования жиров из глюкозы в специальных жировых клетках — адипоцитах(G. Dimitriadis et al., 2011. Insulin effects in muscle and adipose tissue).

Инсулин синтезируется бета-клетками — особыми клетками, расположенными в поджелудочной железе. Строение инсулина очень простое: 51 аминокислота образует две полипептидые цепи — A и B. A-цепь содержит 21 аминокислотный остаток, а в B-цепи таких остатков 30.

Про этот гормон можно смело сказать «мал, да удал», поскольку инсулин, один из самых маленьких среди белковых гормонов по размеру и количеству аминокислот, участвует в большом количестве процессов в организме (для сравнения: гормон роста — соматотропин — имеет в своем составе 191 аминокислоту, а гормон передней доли гипофиза пролактин — 199 аминокислот). Один из этих процессов всем очень хорошо известен: инсулин способен снижать количество глюкозы в крови. Дело в том, что большое количество сахара в крови чревато последствиями: излишний сахар может гликозилировать белки крови, например гемоглобин, из-за чего гемоглобин начинает хуже выполнять свои функции, то есть хуже транспортировать кислород и углекислый газ. При повышенном сахаре также изменяется вязкость крови.

Ну и чтобы читатель окончательно убедился, что повышенный сахар в крови — это плохо, предлагаю поискать в интернете выражение «диабетическая стопа». Мы постоянно получаем микроповреждения на стопе. При неконтролируемом сахарном диабете нарушается целостность сосудов конечностей, а чувствительность в этих зонах уменьшается. Что мы имеем на выходе? В микроповреждениях скапливается небольшое количество крови. И если обычную кровь бактерии не очень любят, так как там полно клеток, которые их убивают, то в ситуации со сладкой кровью ситуация меняется. В итоге мы получаем раны на ступнях, которые кишат бактериями, а так как чувствительность уменьшилась — человек даже не чувствует болевых ощущений.

Как же инсулин снижает количество глюкозы в крови? Вместе с кровью инсулин и глюкоза приходят к различным клеткам наших органов. Далее, гормон связывается с рецепторами на поверхности мембраны клеток. Это связывание запускает работуглюкозных транспортеров — большой группы мембранных белков, задача которых — перенести глюкозу через мембрану из внешнего пространства внутрь клетки. Также инсулин активирует превращение сладкой мономерной глюкозы в гликоген. Гликоген — это полимерная молекула, которая состоит из связанных между собой остатков глюкозы. Новое строение — новые свойства. Полимерная молекула несладкая и нерастворима в воде, а значит, не влияет на химические реакции, которые происходят вокруг. Полисахарид может спокойно лежать в сторонке до лучших времен. Именно в форме гликогена глюкоза долгое время хранится в организме, создавая запас на будущее. По аналогии с крахмалом у растений, гликоген может образовывать гранулы в цитоплазме. Как только клетке понадобится энергия, а свободной глюкозы не окажется «под рукой», связи в полисахариде разрежут ферменты и появится мономер.

При нарушениях в работе инсулиновой системы развивается сахарный диабет — хроническое заболевание эндокринной системы. Есть два типа сахарного диабета:

1-й тип: поджелудочная железа вырабатывает недостаточное количество инсулина;

2-й тип: взаимодействие клеток организма с инсулином нарушено (подробнее о диабете 2-го типа вы можете прочитать в новости Микрофлора кишечника влияет на предрасположенность к аутоиммунным заболеваниям, «Элементы», 24.04.2013).

Патологии в углеводном обмене представляют серьезную проблему современности. Количество больных сахарным диабетом растет каждый год. По данным ВОЗ, число людей с диабетом возросло со 108 миллионов в 1980 году до 422 миллионов в 2014-м. Только за 2015 год диабет унес жизни около 1,6 миллионов человек; для сравнения, в том же году в ДТП погибло примерно 1,3 миллионов человек (см.: 10 ведущих причин смерти в мире).

Примерно 10–15% случаев сахарного диабета — то есть примерно 40 миллионов человек по всему миру — приходятся на диабет 1-го типа. Как уже говорилось, диабет 1-го типа возникает тогда, когда поджелудочная железа вырабатывает недостаточно инсулина. Это происходит из-за гибели бета-клеток поджелудочной железы. Причиной могут быть стресс, вирусные инфекции и аутоиммунные нарушения (которые возникают в том случае, когда иммунная система начинает воспринимать свои собственные клетки как врага и просто уничтожает их). Единственный выход для больных диабетом 1-го типа —пожизненные инъекции инсулина и соблюдение специальной диеты (при диабете 2-го типа достаточно просто соблюдать диету, потому что инсулин есть, но его требуется больше, чтобы клетки на него отреагировали).

Если снижать количество углеводов в рационе, остается больше инсулина для воздействия на клетки. Для диабетиков разработаны специальные таблицы (рис. 2), благодаря которым они подсчитывают необходимое количество инсулина для инъекций. Диетологами была предложена единица измерения — хлебная единица, или ХЕ. Одна ХЕ — это примерно 10-12 грамм усвояемых углеводов; например, один кусок белого хлеба весом 20 г — это одна хлебная единица. Сейчас уже существуют мобильные приложения, которые облегчают подсчет.

Читать далее.