VIVO Патофизиология

Физиологични ефекти на инсулина

Застанете на уличен ъгъл и попитайте хората дали знаят какво е инсулин и мнозина ще отговорят, "Няма ли нещо общо с кръвната захар?„Всъщност това е вярно, но подобен отговор е малко като да кажеш„ Моцарт? Не беше ли някакъв музикант? "

Инсулинът е ключов играч в контрола на посредническия метаболизъм и голямата картина е, че той организира използването на горива или за съхранение, или за окисляване. Чрез тези дейности инсулинът има дълбоки ефекти върху метаболизма на въглехидратите и липидите и значително влияние върху метаболизма на протеините и минералите. Следователно, нарушенията в инсулиновата сигнализация имат широкоразрушаващи ефекти върху много органи и тъкани.

Инсулиновият рецептор и механизмът на действие

Подобно на рецепторите за други протеинови хормони, рецепторът за инсулин е вграден в плазмената мембрана. Инсулиновият рецептор се състои от две алфа субединици и две бета субединици, свързани с дисулфидни връзки. Алфа веригите са изцяло извънклетъчни и домове за свързване на инсулин, докато свързаните бета вериги проникват през плазмената мембрана.

ефекти

Инсулиновият рецептор е тирозин киназа. С други думи, той функционира като ензим, който прехвърля фосфатни групи от АТФ към тирозинови остатъци върху вътреклетъчните целеви протеини. Свързването на инсулина с алфа субединиците кара бета субединиците да се фосфорилират (автофосфорилиране), като по този начин активират каталитичната активност на рецептора. След това активираният рецептор фосфорилира редица вътреклетъчни протеини, което от своя страна променя тяхната активност, като по този начин генерира биологичен отговор.

Няколко вътреклетъчни протеина са идентифицирани като фосфорилиращи субстрати за инсулиновия рецептор, най-добре проучен от които е инсулиновият рецепторен субстрат 1 или IRS-1. Когато IRS-1 се активира чрез фосфорилиране, се случват много неща. Наред с други неща, IRS-1 служи като вид докинг център за набиране и активиране на други ензими, които в крайна сметка медиират ефектите на инсулина. По-подробен поглед върху тези процеси е представен в раздела за предаване на инсулинов сигнал.

Метаболизъм на инсулин и въглехидрати

Глюкозата се освобождава от хранителните въглехидрати като нишесте или захароза чрез хидролиза в тънките черва и след това се абсорбира в кръвта. Повишените концентрации на глюкоза в кръвта стимулират отделянето на инсулин и инсулинът действа върху клетките от тялото, за да стимулира усвояването, усвояването и съхраняването на глюкозата. Ефектите на инсулина върху метаболизма на глюкозата варират в зависимост от прицелната тъкан. Два важни ефекта са:

1. Инсулинът улеснява навлизането на глюкоза в мускулите, мастната тъкан и няколко други тъкани. Единственият механизъм, чрез който клетките могат да поемат глюкоза, е чрез улеснена дифузия чрез семейство хексозни транспортери. В много тъкани - мускулите са отличен пример - основният транспортьор, използван за усвояване на глюкоза (наречен GLUT4), се предоставя в плазмената мембрана чрез действието на инсулин.

Когато концентрациите на инсулин са ниски, GLUT4 транспортерите на глюкоза присъстват в цитоплазматичните везикули, където са безполезни за транспортиране на глюкоза. Свързването на инсулин с рецепторите на такива клетки води бързо до сливане на тези везикули с плазмената мембрана и вмъкване на глюкозните транспортери, като по този начин се дава възможност на клетката да поеме ефективно глюкозата. Когато нивата на инсулин в кръвта намалят и инсулиновите рецептори вече не са заети, глюкозните транспортери се рециклират обратно в цитоплазмата.

Тук трябва да се отбележи, че има някои тъкани, които не се нуждаят от инсулин за ефективно усвояване на глюкозата: важни примери са мозъкът и черният дроб. Това е така, защото тези клетки не използват GLUT4 за внос на глюкоза, а по-скоро друг транспортер, който не зависи от инсулина.

2. Инсулинът стимулира черния дроб да съхранява глюкоза под формата на гликоген. Голяма част от абсорбираната от тънките черва глюкоза веднага се поема от хепатоцитите, които я превръщат в полимерния гликоген за съхранение.

Инсулинът има няколко ефекта върху черния дроб, които стимулират синтеза на гликоген. Първо, той активира ензима хексокиназа, който фосфорилира глюкозата, задържайки я в клетката. По съвпадение инсулинът действа като инхибира активността на глюкозо-6-фосфатазата. Инсулинът също така активира няколко от ензимите, които участват пряко в синтеза на гликоген, включително фосфофруктокиназа и гликоген синтаза. Нетният ефект е ясен: когато доставката на глюкоза е изобилна, инсулинът „казва“ на черния дроб да отдели колкото се може повече от него, за да се използва по-късно.

3. Добре известният ефект на инсулина е да намали концентрацията на глюкоза в кръвта, което би трябвало да има смисъл, като се имат предвид механизмите, описани по-горе. Друго важно съображение е, че тъй като концентрациите на глюкоза в кръвта падат, секрецията на инсулин спира. При липсата на инсулин, голяма част от клетките в тялото стават неспособни да поемат глюкоза и започват да преминават към използване на алтернативни горива като мастни киселини за енергия. Невроните обаче изискват постоянна доставка на глюкоза, която в краткосрочен план се осигурява от гликогенови резерви.

Когато нивата на инсулин в кръвта спаднат, синтезът на гликоген в черния дроб намалява и ензимите, отговорни за разграждането на гликогена, стават активни. Разграждането на гликогена се стимулира не само от липсата на инсулин, но и от наличието на глюкагон, който се секретира, когато нивата на кръвната захар спаднат под нормалните граници.

Инсулин и липиден метаболизъм

Метаболитните пътища за усвояване на мазнини и въглехидрати са дълбоко и сложно преплетени. Като се имат предвид дълбоките ефекти на инсулина върху метаболизма на въглехидратите, има основание да се каже, че инсулинът също има важни ефекти върху липидния метаболизъм, включително следното:

1. Инсулинът насърчава синтеза на мастни киселини в черния дроб. Както беше обсъдено по-горе, инсулинът стимулира синтеза на гликоген в черния дроб. Въпреки това, тъй като гликогенът се натрупва до високи нива (приблизително 5% от чернодробната маса), по-нататъшният синтез е силно потиснат.

Когато черният дроб е наситен с гликоген, всяка допълнителна глюкоза, поета от хепатоцитите, се шунтира в пътища, водещи до синтез на мастни киселини, които се изнасят от черния дроб като липопротеини. Липопротеините се разкъсват в циркулацията, осигурявайки свободни мастни киселини за използване в други тъкани, включително адипоцити, които ги използват за синтезиране на триглицериди.

2. Инсулинът инхибира разграждането на мазнините в мастната тъкан чрез инхибиране на вътреклетъчната липаза, която хидролизира триглицеридите за освобождаване на мастни киселини.

Инсулинът улеснява навлизането на глюкоза в адипоцитите и в тези клетки глюкозата може да се използва за синтезиране на глицерол. Този глицерол, заедно с мастните киселини, доставени от черния дроб, се използват за синтезиране на триглицериди в адипоцита. По тези механизми инсулинът участва в по-нататъшното натрупване на триглицериди в мастните клетки.

От гледна точка на цялото тяло, инсулинът има ефект на пестене на мазнини. Освен че кара повечето клетки да окисляват въглехидратите за предпочитане вместо мастни киселини за енергия, инсулинът косвено стимулира натрупването на мазнини в мастната тъкан.

Други забележителни ефекти на инсулина

В допълнение към ефекта на инсулина върху навлизането на глюкоза в клетките, той също така стимулира усвояването на аминокиселини, като отново допринася за цялостния му анаболен ефект. Когато нивата на инсулин са ниски, както на гладно, балансът се изтласква към вътреклетъчно разграждане на протеини.

Инсулинът също така увеличава пропускливостта на много клетки за калиеви, магнезиеви и фосфатни йони. Ефектът върху калия е клинично важен. Инсулинът активира натриево-калиевите АТФази в много клетки, причинявайки калиев поток в клетките. При определени обстоятелства инжектирането на инсулин може да убие пациентите поради способността му да потиска остро плазмените концентрации на калий.

Дефицит на инсулин и излишни болести

Захарният диабет, може би най-важното метаболитно заболяване на човека, е състояние на дефицит на инсулин. Също така е значителна причина за заболяване при кучета и котки. Разпознават се две основни форми на това заболяване:

Хиперинсулинемията или прекомерната секреция на инсулин е най-често следствие от инсулинова резистентност, свързана с диабет тип 2 или метаболитен синдром. По-рядко хиперинсулинемията е резултат от секретиращ инсулин тумор (инсулином) в панкреаса. Хиперинсулинемията поради случайно или умишлено инжектиране на прекомерен инсулин е опасна и може да бъде остро животозастрашаваща, тъй като нивата на глюкоза в кръвта бързо падат и мозъкът изпитва глад за енергия (инсулинов шок).

Синтез и секреция на инсулин

Глюкагон

Последна актуализация през февруари 2019 г. Изпращайте коментари на [email protected]

Превод на босненски на тази страница е създаден от Амина Дугалич и е достъпен в превод на босненски

Финландски превод на тази страница е създаден от Елза Янсон и е достъпен на фински превод

Френски превод на тази страница е създаден от Mathilde Guibert и е достъпен на френски превод

Превод на тази страница на иврит е създаден от Карън Ан Гейман и е достъпен в превода на иврит

Превод на латвийски на тази страница е създаден от Margareta Sliwka и е достъпен на латвийски превод

Руски превод на тази страница е създаден от Олга Фиодорова и е достъпен на руски превод

Словашки превод на тази страница е създаден от Katarina Hornik и е достъпен на словашки превод

Превод на тази страница на шведски е създаден от Дейвид Мукиано и е достъпен на шведски превод

Украински превод на тази страница е създаден от Анна Матеш и е достъпен в украински превод