1. 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
2. ”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).
3. Insuliini sitoutuu Glukoosikanavat
reseptoriinsa siirtyvät
solukelmulle
Glukoosikana-
vien takaisin
otto
Glukoosia
ADP ja siirtyy
fosforyloitu veriplasmasta
proteiini soluun
ATP ja
proteiini
Kanava-
vesikkeli Endosomi
Endosomi
Fosfaatti-
ryhmä
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.
4. 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).
5. CO2
H2O
Soluhengitys
Yhteyttäminen (ei yhteyttä-
(kasveissa mistä)
tapahtuu myös
soluhengitystä)
O2
Sokeri
C6H12O6
Kuva 18. Elämän energiatalous
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
6. 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.
7. CO2
H2O
ATP
Yhteyttäminen Soluhengitys
- viherhiukka- - aitotumallisten
sissa, vain ATP eliöiden (siis myös
kasveissa ja kasvien)
eräissä mitokondrioissa,
Protoctistoissa bakteereilla
esim. levissä tapahtuu solun
ulkokalvolla
O2
Sokeri
C6H12O6
Kuva 19. Elämän energiatalous.
Viherhiukkasen ja mitokondrion välinen
tehtävänjako.
Diabetes ja insuliinishokki
8. 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.
9. 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).
10. 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
11. 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 5.…B-solut
interferonit), jotka tuottamaan vasta-
aktivoivat… aineita, jotka…
7.…makrofagit
muuttumaan
vihaisiksi
makrofageiksi, 3… T-auttajia, jotka 6.…merkitsevät pöpön
jotka… tuottavat … tarttumalla sen
ulkopintaan …
1. Makrofagit 2. …erilaistumattomille
esittelevät MHC- T-solujen esiasteille,
reseptoriensa jotka alkavat jakautua
avulla pöpön tuottaen …
proteiineja…
8.… T-tappajia, jotka
liuottavat pöpöt
kuoliaaksi …
9.… popsivat pöpön
suihinsa…
Kuva 20. Valkosolujen yhteistyökaavio.
12. 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)
13. avulla ribosomin tuottama proteiini alkaa työntyä ER:n onteloon (tämän
touhun perusidea löytyy kuvasta 21 ).
SRP
Ribosomi
Signaali-
1 sekvenssi
2 mRNA
6
3
SRP:n tunnistusreseptori
5
4
Karkea solulimakalvosto
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.
14. 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).
15. Ribosomi
mRNA
A-ketju Karkea solulimakalvosto
C-ketju
B-ketju
PRE
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.
16. 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).
17. Beta-solun tuma Ribosomi
Karkea solulimakalvosto eli
rER
Preproinsuliini
Proinsuliini
Insuliinin rakennetta
muokkaavia entsyymejä
Golgin laitteen
cis-puoli
Golgin laite
Golgin laitteen
trans-puoli Solukelmu
Proinsuliinia
sisältävä
kalvorakkula eli
vesikkeli yhtyy
Kuva 23. Insuliinin synty ja solukelmuun
muokkaus rER:n ja Golgin
Valmis
laitteen sisällä.
insuliini
C-ketju
18. No juu! Muun muassa tämän kaltaisia sivujuonteita siis sisältyy
sokeritasapainon hormonaaliseen säätelyyn.
