Haima, insuliini, glukagoni ja sokeritauti

1. INSULIINI, GLUKAGONI JA SOKERITAUTI
Yleisiä asioita sokeritasapainon säätelystä
Haima 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 toistensa vastavaikuttajia.
Keskeinen sokerin varasto ovat maksan solut. Kun syömme hyvin sokeripitoista ravintoa, kaikkea sokeria ei
heti käytetäkään soluhengityksen tarpeisiin. Ylimääräinen sokeri varastoidaan maksasoluihin, mutta myös
lihaksiin glykogeeninä.
Glukagonin ja insuliinin eritystä säätelee suoraan verinesteessä virtaavan sokerin määrä. Useimmista muista
umpirauhasista poiketen haiman hormonierityksen säätely on siis riippumatonta Hypotalamus-
aivolisäkejärjestelmästä.
Insuliinin toisiolähettivaikutukset
Insuliinireseptoreita on kaikkien solujemme pinnalla. Kun insuliini kiinnittyy omaan reseptoriinsa, se
laukaisee solun sisällä toisiolähettijärjestelmän. Koska insuliinireseptori on tyrosiinikinaasi, se fosforyloi
ATP:n avulla kohdeproteiinissaan olevia tyrosiini nimisiä aminohappoja. Näin kohdeproteiinit aktivoituvat ja
toisiolähettivaikutus etenee solun sisällä.
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).

2. 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.
Kun insuliini saa sokerikanavat siirtymään solun ulkopinnalle, sokeri alkaa siirtyä verinesteestä solujen
sisään, suuremmasta pitoisuudesta pienempään. Sokerit, tai oikeastaan niistä ”fatsien ja muiden natsien”
(vedynsiirtäjät NAD ja FAD) solun sisällä irrottamat vetyatomit, päätyvät mitokondrioissa tapahtuvaan
soluhengitykseen.
Vetyatomien avulla mitokondrion sisäkalvolla valmistetaan ATP:tä. Se, mitä sokereista vetyatomien
irrottamisen jälkeen jää jäljelle puhkutaan hengitysilman mukana ulos CO2-molekyyleinä.

3. Insuliinierityksen vähetessä solu imaisee sokerikanavia sisältävät solukelmun osat uudelleen sisäänsä. Näin
kanavaproteiinit kiertävät jatkuvasti soluliman ja solukelmun välillä.
Glukagonin toisiolähettivaikutukset
Kun glukagoni kiinnittyy maksasolun pinnalla olevaan reseptoriinsa, toisiolähettijärjestelmä aktivoituu G-
proteiinivälitteisesti. G-proteiinit kuluttavat GTP:tä. Seuraavina aktivoituva toisiolähetti, adenylaattisyklaasi
alkaa muokata ATP-molekyylejä sykliseksi AMP:ksi (cAMP).
Toisiolähettivaikutuksia on kaksi:
1) Sokerin pitkäketjuinen varastomolekyyli (glykogeeni eli eläintärkkelys) alkaa hajota yksittäisiksi
”pikkusokereiksi”.
2) Sokerikanavia sisältävät kalvorakkulat yhtyvät solukelmuun samalla periaatteella kuin insuliininkin
vaikutuksesta.
Koska sokeri tässäkin tapauksessa virtaa suuremmasta pitoisuudesta kohti pienempää pitoisuutta, sokeri
virtaa nyt solusta ulos, verinesteeseen.
Oikea sokeripitoisuus on etenkin hermosolujen toiminnan edellytys. Niissä ei ole sokerivarastoja, vaan ne
elävät sokerin osalta ”kädestä suuhun”.
Haimasta puhuttaessa kannattaa 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).

4. 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 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.
CO2
H2O
O2
Sokeri
C6H12O6
Yhteyttäminen
(kasveissa
tapahtuu myös
soluhengitystä)
Soluhengitys
(ei yhteyttä-
mistä)
Kuva 18. Elämän energiatalous

5. 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

6. 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 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, 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 saattaa
liittyä myös rasva-aineenvaihduntaan. Tämä diabeteksen muoto ei missään tapauksessa ole yksittäinen
sairaus, vaan pikemminkin tautiryhmä. Tautiryhmälle on annettu nimikin: metabolinen oireyhtymä.
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.

7. 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 antigeenien esittelyyn tarkoitettuja reseptoreita) 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.

8. 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.
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 ).

9. 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).
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

10. 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.

11. 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).

12. 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

13. No juu! Muun muassa tämän kaltaisia sivujuonteita siis sisältyy sokeritasapainon hormonaaliseen säätelyyn.