10 Fungsi Insulin: Struktur, Jenis, sintesis dan gangguan

10 Fungsi Insulin: Struktur, Jenis, sintesis dan gangguan

Insulin (dari bahasa Latin, “pulau”) adalah hormon polipeptida yang terdiri dari 51 asam amino, 1 diproduksi dan disekresikan oleh sel beta pulau Langerhans pankreas.

Insulin terlibat dalam metabolisme penggunaan nutrisi, terutama dengan anabolisme karbohidrat.

Sintesis insulin melewati serangkaian tahapan. Preproinsulin pertama kali dibuat oleh ribosom dalam retikulum endoplasma kasar (RER), yang menjadi proinsulin (ketika kehilangan urutan sinyalnya). Ini diimpor ke peralatan Golgi, di mana ia dimodifikasi, menghapus satu bagian dan bergabung dengan dua fragmen yang tersisa menggunakan jembatan disulfida.

Sejumlah besar penelitian menunjukkan bahwa insulin adalah alternatif yang aman, efektif, dapat ditoleransi dengan baik dan diterima untuk pengobatan jangka panjang diabetes tipe 1 dan tipe 2, bahkan sejak hari pertama diagnosis.

Frederick Grant Banting, Charles Best, James Collip, dan J.J.R. Macleod dari University of Toronto, Kanada, menemukan insulin pada tahun 1921. Dr. Banting menerima Hadiah Nobel dalam Fisiologi atau Kedokteran untuk menemukan hormon ini meskipun penemu sejati terbukti Nicolae Paulescu pada tahun 1921.

Insulin adalah hormon yang bertanggung jawab untuk memungkinkan glukosa dalam darah memasuki sel, memberi mereka energi untuk berfungsi. Kurangnya insulin yang efektif memainkan peran kunci dalam perkembangan diabetes.

Hormon adalah pembawa pesan kimia yang menginstruksikan sel atau jaringan tertentu untuk bertindak dengan cara tertentu yang mendukung fungsi tertentu dalam tubuh. Insulin sangat penting untuk tetap hidup.

Dalam artikel ini, kita melihat bagaimana tubuh memproduksi insulin dan apa yang terjadi ketika tidak cukup banyak beredar, serta berbagai jenis yang dapat digunakan seseorang untuk menambah insulin.

Apa itu insulin?

Insulin adalah hormon penting untuk mengendalikan gula darah dan penyerapan energi.

Insulin adalah pembawa pesan kimia yang memungkinkan sel menyerap glukosa, gula, dari darah.

Pankreas adalah organ di belakang lambung yang merupakan sumber utama produksi insulin dalam tubuh. Kelompok sel di pankreas yang disebut pulau menghasilkan hormon dan menentukan jumlahnya berdasarkan kadar glukosa darah dalam tubuh.

Semakin tinggi kadar glukosa, semakin banyak insulin yang diproduksi untuk menyeimbangkan kadar gula dalam darah.

Insulin juga membantu memecah lemak atau protein untuk energi.

Keseimbangan insulin yang lembut mengatur gula darah dan banyak proses dalam tubuh. Jika kadar insulin terlalu rendah atau tinggi, gula darah yang terlalu tinggi atau rendah dapat mulai menimbulkan gejala. Jika keadaan gula darah rendah atau tinggi terus berlanjut, masalah kesehatan yang serius mungkin mulai berkembang.

Fungsi

Insulin adalah hormon “Anabolik”: memungkinkan sel memiliki pasokan glukosa yang diperlukan untuk proses sintesis dengan pengeluaran energi. Dengan cara ini, melalui glikolisis dan respirasi sel, energi yang diperlukan akan diperoleh dalam bentuk ATP.

Fungsi utama insulin untuk mendorng penggabungan glukosa dari darah ke dalam sel: bertindak sebagai insulin yang dilepaskan oleh sel beta pankreas ketika kadar glukosa darah tinggi. Glukagon, sebaliknya, bertindak ketika kadar glukosa menurun dan kemudian dilepaskan ke dalam darah.

Somatostatin adalah hormon yang bertanggung jawab untuk mengatur produksi dan pelepasan glukagon dan insulin. Insulin diproduksi di Pankreas di “Pulau Langerhans”, oleh sel-sel yang disebut Beta.

Salah satu cara untuk mendeteksi apakah sel beta membuat insulin adalah dengan menguji C-peptide dalam darah. Peptida C dilepaskan ke dalam darah ketika sel beta memproses proinsulin, mengubahnya menjadi insulin.

Ketika hanya antara 10 dan 20% sel beta dalam kondisi baik, gejala diabetes mulai muncul, pertama kali melalui keadaan sebelumnya yang disebut bulan madu, di mana pankreas masih mengeluarkan beberapa insulin.

Insulin memiliki fungsi pengaturan penting pada metabolisme, yang memiliki efek sebagai berikut:

  • Merangsang glikogenogenesis.
  • Menghambat glikogenolisis.
  • Meningkatkan transpor glukosa dalam otot rangka dan jaringan adiposa.
  • Meningkatkan retensi natrium di ginjal.
  • Meningkatkan pengambilan ulang kalium dan asam amino seluler.
  • Mengurangi sekresi gluko hepatik.
  • Ini mempromosikan glikolisis.
  • Ini mendukung sintesis triacilgleceroles (trigliserida). Untuk melakukan ini, itu merangsang produksi asetil-
  • KoA (misalnya, dengan mempercepat glikolisis), dan juga merangsang sintesis asam lemak (komponen triasilgliserol) dari asetil-KoA.
  • Merangsang sintesis protein.

Struktur Insulin

Di antara vertebrata, insulin mempertahankan kesamaan struktural yang intim. Sebagai contoh, insulin sapi berbeda dari insulin manusia dengan hanya tiga asam amino, sedangkan insulin babi berbeda hanya dengan satu, sehingga insulin yang diturunkan dari hewan sama efektifnya dengan insulin manusia.

Insulin dari spesies ikan tertentu cukup mirip dengan manusia sehingga secara klinis efektif untuk digunakan manusia. Bahkan insulin Caenorhabditis elegans invertebrata, nematoda, sangat mirip dalam strukturnya, memiliki efek seluler yang sangat mirip, dan diproduksi secara analog dengan manusia.

Jadi itu adalah protein yang telah diawetkan sepanjang evolusi waktu, menunjukkan peran fundamentalnya dalam kontrol metabolisme hewan. C peptide, produk dari pembelahan proinsulin, sangat berbeda antara spesies yang berbeda, jadi, meskipun juga merupakan hormon, ia memiliki peran sekunder.

Konformasi struktural insulin sangat penting untuk aktivitasnya sebagai hormon. Insulin disintesis dan disimpan dalam tubuh dalam bentuk hexamer, yaitu, unit yang terdiri dari enam insulin, sedangkan bentuk aktifnya adalah hormon monomerik, yaitu molekul insulin saja.

Enam molekul insulin tetap tidak aktif untuk waktu yang lama dalam bentuk heksameriknya, sebagai bentuk penyimpanan yang cepat tersedia dan perlindungan molekul insulin yang sangat reaktif. Dalam aparatus Golgi, proinsulin dikirim ke vesikel sekretori dan penyimpanan yang kaya Zn2 + dan Ca2 +.

Setelah berada di kantong empedu, spesies hexameric proinsulin dibentuk dengan dua atom seng untuk setiap hexamer proinsulin: (Zn2 +) 2 (Ca2 +) (Proin) 6, yang kemudian diubah menjadi hexamer insulin: (Zn2 +) 2 (Ca2 +) (In) 6 – dengan aksi enzim proteolitik dan juga menghasilkan protein C.11

Konversi antara bentuk hexameric dan monomer adalah salah satu karakteristik mendasar dari formula injeksi insulin. Hexamer jauh lebih stabil daripada hormon saja, jadi itu akan menjadi presentasi yang lebih praktis, namun, monomer adalah bentuk hormon yang paling reaktif karena difusinya jauh lebih cepat, sehingga tidak harus diberikan selama beberapa menit ( 30-60) sebelum makan.12 Presentasi dengan insulin paling reaktif memberi penderita diabetes pilihan untuk makan setiap hari pada waktu yang lebih fleksibel. Sediaan insulin tertentu memiliki variasi setidaknya dua asam amino sehingga ketika insulin disuntikkan, ia cenderung untuk membentuk agregat heksamerik dan kerjanya cepat dan pengaruhnya pendek.

Sintesis Insulin

Insulin disintesis dalam sel beta pankreas dan dilepaskan di bawah pengaruh berbagai rangsangan, di antaranya, asupan protein, karbohidrat, dan perjalanan mereka ke darah dari makanan yang dicerna. Banyak karbohidrat menghasilkan glukosa, meningkatkan kadar mereka dalam plasma darah dan segera merangsang pelepasan insulin ke dalam sirkulasi portal.

Hormon pertumbuhan juga terbukti mampu meningkatkan sekresi insulin manusia. Sel target – terutama di hati, otot, dan jaringan adiposa – transduksi sinyal dimulai, efeknya adalah untuk meningkatkan penyerapan glukosa dan penyimpanan selanjutnya, sehingga mencegah peningkatan berlebihan dalam glukosa darah postprandial. Dengan pengurangan konsentrasi glukosa yang bersirkulasi, insulin yang dikeluarkan terdegradasi, sehingga mengakhiri respons sekitar 2 atau 3 jam setelah asupan.

Bagian eksokrin pankreas terdiri dari asin serosa yang membentuk sebagian besar massa kelenjar. Sel beta adalah bagian dari pulau Langerhans (sel beta adalah 70% dari semua sel endokrin) yang membentuk bagian endokrin pankreas (2% dari seluruh parenkim), membuat pankreas pada dasarnya kelenjar campuran. .

Dalam sel beta, insulin disintesis dari proinsulin, molekul prekursor, oleh aksi enzim proteolitik yang dikenal sebagai prohormon convertases, secara khusus mengkonversi proprotein 1 dan mengkonversi proprotein 2, serta exoprotease carboxypeptidase E.15 Modifikasi tertentu diberikan pada proinsulin mereka menghilangkan suatu daerah di tengah molekul yang disebut C-peptida, meninggalkan terminal-C dan terminal-N berakhir bebas. Ujung bebas ini memiliki total 51 asam amino dan disebut rantai A (21 asam amino) dan B (30 asam amino), yang akhirnya dihubungkan satu sama lain melalui ikatan disulfida.9 Sehingga proinsulin terdiri dari rantai BCA dan Butiran sekretori melepaskan ketiga rantai secara bersamaan.

Produksi insulin endogen diatur dalam beberapa langkah di sepanjang jalur sintetis. Pertama tentang transkripsi DNA, khususnya pada tingkat gen insulin. Kemudian pada tingkat stabilitas mRNA dan pada tingkat terjemahan mRNA. Akhirnya, ini juga diatur pada tingkat modifikasi pasca-translasi.

Insulin dan protein terkaitnya telah terbukti diproduksi di dalam otak juga dan bahwa kadar protein yang sangat rendah ini dapat dikaitkan dengan penyakit Alzheimer.

Klasifikasi

Insulin sintetik biasanya disintesis oleh rekayasa genetika melalui DNA. Ada beberapa ketidaksepakatan tentang kemanjuran insulin sintetis dibandingkan dengan insulin yang berasal dari sumber hewani.

Pada diabetes tipe I, dan dalam beberapa kasus pada tipe II, injeksi insulin diperlukan untuk mempertahankan kadar glukosa darah yang benar. Ada beberapa jenis insulin berikut:

  • Insulin kerja cepat.
  • Insulin kerja pendek disebut teratur.
  • Insulin tindakan menengah atau NPH.
  • Insulin kerja lama.

Dalam banyak kasus pengobatan dengan insulin jenis ini digabungkan.

Juga berdasarkan area injeksi, kami dapat mengklasifikasikannya sebagai:

  • Insulin subkutan: Insulin apa saja, baik yang bekerja cepat atau yang bekerja lambat.
  • Endovenous Insulins: Hanya insulin yang bekerja cepat yang tidak memiliki retardant.

Tergantung pada retardant yang digunakan, kita dapat mengklasifikasikan insulin sebagai berikut:

  • Insulin yang menggunakan seng sebagai penghambat.
  • Insulin yang menggunakan protein lain seperti protamin sebagai penghambat.

Pelepasan insulin

Sel beta pulau Langerhans melepaskan insulin dalam dua fase. Fase pertama pelepasan insulin dipicu dengan cepat sebagai respons terhadap peningkatan kadar glukosa darah. Fase kedua menghasilkan pelepasan vesikel yang baru terbentuk yang lambat dan berkelanjutan yang diaktifkan terlepas dari jumlah gula dalam darah.

Pada fase pertama, pelepasan insulin terjadi segera:

  • Glukosa memasuki sel beta melalui transporter glukosa GLUT212
  • Glukosa masuk ke glikolisis dan siklus pernapasan, di mana berbagai molekul ATP berenergi tinggi diproduksi oleh oksidasi
  • Saluran kalium (K +), bergantung pada kadar ATP dan, karenanya, pada kadar glukosa darah, ditutup dan membran sel didepolarisasi12 19
  • Dengan depolarisasi membran, kalsium (Ca2 +) yang bergantung pada tegangan membuka dan kalsium memasuki sel19
  • Peningkatan kadar kalsium intraseluler menghasilkan aktivasi fosfolipase C, yang membelah membran fosfolipid fosfatidil inositol 4,5-bifosfat menjadi inositol 1,4,5-trifosfat dan diasilgliserol20
  • Inositol 1,4,5-trifosfat (IP3) berikatan dengan reseptor protein pada membran retikulum endoplasma (ER).
  • Hal ini memungkinkan pelepasan Ca2 + dari ER melalui saluran IP3, lebih lanjut meningkatkan konsentrasi kalsium intraseluler.
  • Jumlah kalsium yang jauh lebih tinggi di dalam sel ini memicu aktivasi synaptotagmine, yang membantu pelepasan insulin yang sebelumnya disintesis dan disimpan dalam vesikel sekretori.

Ini adalah mekanisme utama pelepasan insulin. Beberapa pelepasan insulin juga terjadi dengan asupan makanan, tidak hanya glukosa atau karbohidrat, dan sel beta juga sedikit banyak dipengaruhi oleh sistem saraf otonom. Mekanisme pensinyalan yang mengendalikan tautan ini tidak sepenuhnya dipahami.

Zat lain yang dapat merangsang pelepasan insulin termasuk asam amino dari protein yang dicerna, asetilkolin – dilepaskan dari ujung saraf vagus (sistem saraf parasimpatis) —collecistokinin – disekresikan oleh sel-sel enteroendokrin dari lapisan usus – dan ketergantungan peptida insulinotropik glukosa (GIP). Tiga asam amino (alanin, glisin, dan arginin) bertindak serupa dengan glukosa dengan mengubah potensi membran sel beta. Asetilkolin memicu pelepasan insulin melalui fosfolipase C, sementara kolesistokinin bekerja melalui mekanisme adenilat siklase.

Sistem saraf simpatik, melalui stimulasi reseptor adrenergik alfa 2, seperti yang ditunjukkan oleh agonis clonidine atau alphamethyldopa, menghambat pelepasan insulin. Namun, perlu dicatat bahwa sirkulasi epinefrin akan mengaktifkan reseptor Beta 2 pada sel beta pulau pankreas untuk meningkatkan pelepasan insulin. Ini penting karena otot tidak dapat mengambil manfaat dari peningkatan glukosa darah sebagai akibat stimulasi adrenergik (peningkatan glukoneogenesis dan glikogenolisis dengan kadar insulin darah rendah: oleh glukagon) kecuali insulin hadir untuk memungkinkan translokasi GLUT-4 pada tingkat jaringan. Oleh karena itu, dimulai dengan persarafan langsung, norepinefrin menghambat pelepasan insulin melalui reseptor alfa2, dan kemudian, sirkulasi adrenalin dari medula adrenalin akan merangsang reseptor beta2, sehingga mendorong pelepasan insulin.

Ketika kadar glukosa turun ke nilai fisiologis normal, pelepasan insulin dari sel beta melambat atau berhenti. Jika kadar glukosa darah menjadi di bawah tingkat itu, terutama pada tingkat yang sangat rendah, pelepasan hormon hiperglikemik, yang paling menonjol di antaranya adalah glukagon dari pulau Langerhans yang sama tetapi dari sel alfa, memaksa pelepasan glukosa dalam darah dari toko seluler, terutama penyimpanan glikogen dalam sel-sel hati. Dengan meningkatkan glukosa dalam darah, hormon hiperglikemik mencegah atau memperbaiki hipoglikemia yang mengancam jiwa. Pelepasan insulin sangat dihambat oleh hormon stres norepinefrin, yang menyebabkan peningkatan kadar glukosa darah selama masa stres.

Bukti perubahan fase pertama dari pelepasan insulin dapat dideteksi dalam tes toleransi glukosa, ditunjukkan oleh substansial peningkatan kadar glukosa darah dalam 30 menit pertama, penurunan yang nyata selama 60 menit berikutnya, dan peningkatan konstan lagi ke tingkat referensi dalam beberapa jam berikutnya.

Gangguan insulin

Pada beberapa orang, sistem kekebalan menyerang pulau-pulau kecil, dan mereka berhenti memproduksi insulin atau tidak menghasilkan cukup.

Ketika ini terjadi, glukosa darah tetap di dalam darah dan sel-sel tidak dapat menyerap mereka untuk mengubah gula menjadi energi.

Ini adalah awal dari diabetes tipe 1, dan seseorang dengan versi diabetes ini membutuhkan suntikan insulin secara teratur untuk bertahan hidup.

Pada beberapa orang, terutama mereka yang kelebihan berat badan, obesitas, atau tidak aktif, insulin tidak efektif dalam mengangkut glukosa ke dalam sel dan tidak mampu memenuhi aksinya. Ketidakmampuan insulin untuk memberikan efek pada jaringan disebut resistensi insulin.

Diabetes tipe 2 akan berkembang ketika pulau-pulau tidak dapat menghasilkan cukup insulin untuk mengatasi resistensi insulin.

Sejak awal abad ke-20, dokter telah dapat mengisolasi insulin dan menyediakannya dalam bentuk injeksi untuk melengkapi hormon bagi orang-orang yang tidak dapat memproduksinya sendiri atau telah meningkatkan resistensi insulin.

Jenis insulin

Seseorang dapat mengambil berbagai jenis insulin berdasarkan berapa lama mereka membutuhkan efek dari hormon tambahan untuk bertahan lama.

Berbagai jenis insulin memiliki efek berbeda pada glukosa darah.

Orang-orang mengategorikan tipe-tipe ini berdasarkan beberapa faktor berbeda:

  • kecepatan onset, atau seberapa cepat seseorang menggunakan insulin dapat mengharapkan efeknya dimulai.
  • puncak, atau kecepatan di mana insulin mencapai dampak terbesarnya
    durasi, atau waktu yang dibutuhkan insulin untuk hilang
  • konsentrasi, yang di Amerika Serikat adalah 100 unit per mililiter (U100)
    rute pengiriman, atau apakah insulin membutuhkan injeksi di bawah kulit, ke dalam vena, atau ke paru-paru dengan cara dihirup.

Orang-orang paling sering mengantarkan insulin ke jaringan subkutan, atau jaringan lemak yang terletak di dekat permukaan kulit.

Tiga kelompok utama insulin tersedia adalah:

Insulin kerja cepat

Tubuh menyerap tipe ini ke dalam aliran darah dari jaringan subkutan dengan sangat cepat.

Orang-orang menggunakan insulin yang bertindak cepat untuk memperbaiki hiperglikemia, atau gula darah tinggi, serta mengendalikan lonjakan gula darah setelah makan.

Jenis ini termasuk:

  • Analog insulin kerja cepat: Ini membutuhkan waktu antara 5 dan 15 menit untuk memiliki efek. Namun, ukuran dosis memengaruhi durasi efek. Dengan asumsi bahwa analog insulin kerja cepat berlangsung selama 4 jam adalah aturan umum yang aman.
  • Insulin manusia biasa: Timbulnya insulin manusia biasa adalah antara 30 menit dan satu jam, dan efeknya pada gula darah berlangsung sekitar 8 jam. Dosis yang lebih besar mempercepat onset tetapi juga menunda efek puncak dari insulin manusia biasa.

Insulin kerja menengah

Jenis ini memasuki aliran darah pada tingkat yang lebih lambat tetapi memiliki efek yang lebih tahan lama. Ini paling efektif dalam mengelola gula darah dalam semalam, serta di antara waktu makan.

Pilihan untuk insulin kerja-sedang termasuk:

  • Insulin manusia NPH: Ini membutuhkan waktu antara 1 dan 2 jam untuk onset, dan mencapai puncaknya dalam 4 hingga 6 jam. Ini dapat bertahan lebih dari 12 jam dalam beberapa kasus. Dosis yang sangat kecil akan memunculkan efek puncak, dan dosis tinggi akan meningkatkan waktu yang dibutuhkan NPH untuk mencapai puncaknya dan durasi keseluruhan efeknya.
  • Insulin pra-campuran: Ini adalah campuran NPH dengan insulin kerja cepat, dan efeknya merupakan kombinasi dari insulin kerja menengah dan cepat.

Insulin kerja lama (long-acting)

Sementara insulin kerja lama lambat untuk mencapai aliran darah dan memiliki puncak yang relatif rendah, ia memiliki efek “stabil” pada gula darah yang dapat bertahan hampir sepanjang hari.

Berguna semalaman, di antara waktu makan, dan saat puasa.

Analog insulin long-acting adalah satu-satunya jenis yang tersedia, dan ini memiliki onset antara 1,5 dan 2 jam. Sementara merek yang berbeda memiliki jangka waktu yang berbeda, mereka berkisar antara 12 dan 24 jam secara total.

Kesimpulan

Insulin adalah hormon vital yang mengendalikan bagaimana sel dan jaringan menyerap energi serta pemecahan lemak dan protein.

Kelompok sel di pankreas yang disebut pulau mengeluarkan hormon ini. Ketika sel-sel dalam tubuh kurang merespons terhadap instruksinya, resistensi insulin meningkat.

Pada beberapa orang, sistem kekebalan menyerang pulau-pulau kecil, menghentikan produksi insulin dan menyebabkan diabetes tipe 1. Diabetes tipe 2 terjadi ketika resistensi insulin hidup berdampingan dengan kurangnya peningkatan kompensasi dalam produksi insulin.

Orang-orang dapat mengambil suntikan insulin untuk melawan efek resistensi insulin. Ada insulin cepat, menengah, dan kerja panjang yang akan diambil seseorang tergantung pada seberapa cepat mereka perlu melihat penurunan gula darah dan lamanya seseorang perlu mengontrol gula darah.

Tinggalkan Balasan