चयापचय का हार्मोनल विनियमन

चयापचय का हार्मोनल विनियमन वह तरीका है जिससे परिसंचारी हार्मोन पूरे शरीर में ईंधन के भंडारण और जुटाने का समन्वय करते हैं। यह संकेत देकर कि शरीर ने अभी-अभी भोजन किया है या बिना भोजन के है, इंसुलिन, ग्लूकागन, कैटेकोलामाइन और कोर्टिसोल जैसे हार्मोन प्रत्येक ऊतक को बताते हैं कि ईंधन का भंडारण करना है या उसे छोड़ना है, जिससे रक्त शर्करा और ऊर्जा की आपूर्ति कार्यशील सीमाओं के भीतर बनी रहती है।

Definition

चयापचय का हार्मोनल विनियमन अंतःस्रावी संकेतों — मुख्य रूप से इंसुलिन, ग्लूकागन, कैटेकोलामाइन और ग्लूकोकॉर्टिकॉइड्स — द्वारा ईंधन भंडारण, जुटाने और ऑक्सीकरण का नियंत्रण है, जो पोषण संबंधी स्थिति के अनुसार यकृत, मांसपेशियों और वसा ऊतक में चयापचय एंजाइमों की गतिविधि और मात्रा को समायोजित करते हैं।

Scope

यह विषय ईंधन चयापचय को नियंत्रित करने वाले प्रमुख हार्मोन, सेलुलर सिग्नलिंग जिसके माध्यम से वे कार्य करते हैं, और पारस्परिक तर्क जिसके द्वारा वे ऊतकों को भंडारण और जुटाने के बीच स्विच करते हैं, को शामिल करता है। यह जैव रसायन और शरीर विज्ञान के भीतर चयापचय के अंतःस्रावी नियंत्रण का एक संदर्भ विवरण है, न कि नैदानिक या निर्देशात्मक मार्गदर्शन।

Core questions

• कौन से हार्मोन भोजन की स्थिति का संकेत देते हैं और कौन से उपवास की स्थिति का संकेत देते हैं?
• कोशिका की सतह पर एक हार्मोन कोशिका के अंदर एक चयापचय मार्ग की दर को कैसे बदलता है?
• इंसुलिन और ग्लूकागन विपरीत, पारस्परिक नियंत्रण कैसे करते हैं?
• जब हार्मोनल सिग्नलिंग विफल हो जाती है, जैसे कि इंसुलिन प्रतिरोध में, तो ईंधन के प्रबंधन का क्या होता है?

Key concepts

• एनाबॉलिक, भोजन-पश्चात हार्मोन के रूप में इंसुलिन
• उपवास, ग्लूकोज-जुटाने वाले हार्मोन के रूप में ग्लूकागन
• कैटेकोलामाइन और तनाव प्रतिक्रिया
• कोर्टिसोल और दीर्घकालिक ग्लूकोनियोजेनिक अनुकूलन
• रिसेप्टर सिग्नलिंग और द्वितीय संदेशवाहक
• प्रतिवर्ती एंजाइम फॉस्फोराइलेशन
• इंसुलिन प्रतिरोध

Key theories

पारस्परिक इंसुलिन-ग्लूकागन नियंत्रण

इंसुलिन और ग्लूकागन एक-दूसरे के विपरीत कार्य करते हैं: इंसुलिन, भोजन के बाद प्रभावी, भंडारण को बढ़ावा देता है और ग्लूकोज उत्पादन को दबाता है, जबकि ग्लूकागन, उपवास में प्रभावी, यकृत ग्लूकोज उत्पादन को बढ़ावा देता है; इंसुलिन-से-ग्लूकागन अनुपात यकृत चयापचय की शुद्ध दिशा निर्धारित करता है।

चयापचय का सिग्नल-ट्रांसडक्शन नियंत्रण

हार्मोन कोशिका-सतह रिसेप्टर्स से जुड़ते हैं और इंट्रासेलुलर कैस्केड (इंसुलिन के लिए, रिसेप्टर टायरोसिन किनेज सिग्नलिंग; ग्लूकागन और कैटेकोलामाइन के लिए, चक्रीय-एएमपी और प्रोटीन किनेज ए) को ट्रिगर करते हैं जो एंजाइम फॉस्फोराइलेशन को बदलते हैं और इस प्रकार मार्ग प्रवाह को बदलते हैं।

Mechanisms

भोजन के बाद, बढ़ता ग्लूकोज इंसुलिन स्राव को उत्तेजित करता है। इंसुलिन अपने रिसेप्टर टायरोसिन किनेज (receptor tyrosine kinase) से जुड़ता है, जो डाउनस्ट्रीम सिग्नलिंग को सक्रिय करता है जो भंडारण एंजाइमों को डीफॉस्फोराइलेट और सक्रिय करता है, मांसपेशियों और वसा में ग्लूकोज के अवशोषण को बढ़ावा देता है, और यकृत ग्लूकोज उत्पादन को दबाता है। उपवास में, ग्लूकागन और कैटेकोलामाइन चक्रीय एएमपी (cyclic AMP) बढ़ाते हैं और प्रोटीन किनेज ए (protein kinase A) को सक्रिय करते हैं, एंजाइमों को फॉस्फोराइलेट करते हैं ताकि ग्लाइकोजन टूटना, ग्लूकोनियोजेनेसिस (gluconeogenesis) और लिपोलाइसिस (lipolysis) को प्राथमिकता दी जाए। कोर्टिसोल घंटों से दिनों तक एक निरंतर ग्लूकोनियोजेनिक (gluconeogenic) स्थिति का समर्थन करता है। क्योंकि ये संकेत प्रतिवर्ती एंजाइम संशोधन और जीन अभिव्यक्ति में परिवर्तन के माध्यम से कार्य करते हैं, मार्गों के एक ही सेट को भंडारण या जुटाने की ओर पुनर्निर्देशित किया जा सकता है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि कौन से हार्मोन हावी हैं। जब इंसुलिन सिग्नलिंग बिगड़ा हुआ होता है, तो यह समन्वय टूट जाता है, इस स्थिति को इंसुलिन प्रतिरोध (insulin resistance) कहा जाता है।

Clinical relevance

चयापचय का अव्यवस्थित हार्मोनल नियंत्रण सामान्य स्थितियों को रेखांकित करता है, विशेष रूप से मधुमेह मेलेटस (diabetes mellitus), जिसमें इंसुलिन सिग्नलिंग की कमी या अप्रभावी होती है। यह प्रविष्टि अंतर्निहित शरीर विज्ञान और जैव रसायन की व्याख्या करती है; यह शैक्षिक संदर्भ सामग्री है और व्यक्तिगत निदान, खुराक या उपचार का आधार नहीं है।

History

चयापचय का अंतःस्रावी दृष्टिकोण 1920 के दशक में इंसुलिन के अलगाव और हार्मोन रक्त शर्करा को नियंत्रित करते हैं, की पहचान के साथ शुरू हुआ। बाद के दशकों में, ग्लूकागन, कैटेकोलामाइन और कोर्टिसोल को खिलाया-बनाम-उपवास नियंत्रण की एक सुसंगत योजना के भीतर रखा गया था, और चक्रीय-एएमपी (cyclic-AMP) द्वितीय-संदेशवाहक प्रणाली ने स्पष्ट किया कि सतह हार्मोन इंट्रासेलुलर एंजाइमों तक कैसे पहुंचते हैं। इंसुलिन रिसेप्टर सिग्नलिंग और इंसुलिन प्रतिरोध पर बाद के काम ने इस विनियमन को चयापचय रोग से जोड़ा।

Key figures

• Frederick Banting
• Charles Best
• Alan Saltiel
• C. Ronald Kahn
• Gerald Shulman

Seminal works

• saltiel-2001
• samuel-2012
• cahill-2006

Frequently asked questions

इंसुलिन और ग्लूकागन को विरोधी हार्मोन के रूप में क्यों वर्णित किया गया है?

इंसुलिन भोजन के बाद ईंधन भंडारण को बढ़ावा देता है और रक्त शर्करा को कम करता है, जबकि ग्लूकागन उपवास के दौरान यकृत से ग्लूकोज रिलीज को बढ़ावा देता है; क्योंकि वे यकृत चयापचय को विपरीत दिशाओं में धकेलते हैं, उनका संतुलन यह निर्धारित करता है कि शरीर ईंधन का भंडारण कर रहा है या जुटा रहा है।

कोशिका के बाहर एक हार्मोन कोशिका के अंदर चयापचय को कैसे बदलता है?

हार्मोन कोशिका की सतह पर रिसेप्टर्स से जुड़ते हैं और इंट्रासेलुलर सिग्नलिंग कैस्केड को बंद कर देते हैं जो चयापचय एंजाइमों की फॉस्फोराइलेशन स्थिति को बदलते हैं, मार्गों को चालू या बंद करते हैं, और लंबी अवधि में प्रत्येक एंजाइम की कितनी मात्रा बनती है, इसे बदलते हैं।