Гормональная регуляция метаболизма

Гормональная регуляция метаболизма — это способ, посредством которого циркулирующие гормоны координируют накопление и мобилизацию топлива по всему организму. Сигнализируя о том, поел ли организм или голодает, такие гормоны, как инсулин, глюкагон, катехоламины и кортизол, сообщают каждой ткани, следует ли ей накапливать топливо или высвобождать его, поддерживая уровень глюкозы в крови и энергоснабжение в пределах допустимых значений.

Definition

Гормональная регуляция метаболизма — это контроль накопления, мобилизации и окисления топлива посредством эндокринных сигналов — главным образом инсулина, глюкагона, катехоламинов и глюкокортикоидов, — которые регулируют активность и количество метаболических ферментов в печени, мышцах и жировой ткани в соответствии с пищевым статусом.

Scope

Эта тема охватывает основные гормоны, регулирующие метаболизм топлива, клеточную сигнализацию, посредством которой они действуют, и реципрокную логику, с помощью которой они переключают ткани между накоплением и мобилизацией. Это справочное описание эндокринного контроля метаболизма в рамках биохимии и физиологии, а не клиническое или предписывающее руководство.

Core questions

• Какие гормоны сигнализируют о состоянии сытости, а какие — о состоянии голодания?
• Как гормон на поверхности клетки изменяет скорость метаболического пути внутри клетки?
• Как инсулин и глюкагон осуществляют противоположный, реципрокный контроль?
• Что происходит с обработкой топлива, когда гормональная сигнализация нарушается, как при инсулинорезистентности?

Key concepts

• Инсулин как анаболический гормон состояния сытости
• Глюкагон как гормон голодания, мобилизующий глюкозу
• Катехоламины и реакция на стресс
• Кортизол и долгосрочная глюконеогенная адаптация
• Рецепторная сигнализация и вторичные посредники
• Обратимое фосфорилирование ферментов
• Инсулинорезистентность

Key theories

Реципрокный контроль инсулина-глюкагона

Инсулин и глюкагон действуют противоположно: инсулин, доминирующий после еды, стимулирует накопление и подавляет выработку глюкозы, тогда как глюкагон, доминирующий при голодании, стимулирует выработку глюкозы печенью; соотношение инсулина к глюкагону определяет чистое направление метаболизма печени.

Контроль метаболизма посредством передачи сигнала

Гормоны связываются с рецепторами на поверхности клетки и запускают внутриклеточные каскады (для инсулина — сигнализация рецепторной тирозинкиназы; для глюкагона и катехоламинов — циклический АМФ и протеинкиназа А), которые изменяют состояние фосфорилирования метаболических ферментов, включая или выключая пути, а в течение более длительных периодов изменяют количество каждого синтезируемого фермента.

Mechanisms

После еды повышение уровня глюкозы стимулирует секрецию инсулина. Инсулин связывается со своим рецептором тирозинкиназы, активируя последующую сигнализацию, которая дефосфорилирует и активирует ферменты запасания, способствует поглощению глюкозы мышцами и жировой тканью и подавляет выработку глюкозы печенью. Во время голодания глюкагон и катехоламины повышают уровень циклического АМФ и активируют протеинкиназу А, фосфорилируя ферменты таким образом, что предпочтение отдается расщеплению гликогена, глюконеогенезу и липолизу. Кортизол поддерживает устойчивое глюконеогенное состояние в течение нескольких часов или дней. Поскольку эти сигналы действуют посредством обратимой модификации ферментов и изменений в экспрессии генов, один и тот же набор путей может быть перенаправлен на накопление или мобилизацию в зависимости от того, какие гормоны доминируют. Когда сигнализация инсулина нарушена, эта координация нарушается, состояние, называемое инсулинорезистентностью.

Clinical relevance

Нарушение гормонального контроля метаболизма лежит в основе распространенных состояний, наиболее заметным из которых является сахарный диабет, при котором сигнализация инсулина недостаточна или неэффективна. Эта статья объясняет основные физиологию и биохимию; это образовательный справочный материал, а не основа для индивидуальной диагностики, дозирования или лечения.

History

Эндокринный взгляд на метаболизм начался с выделения инсулина в 1920-х годах и признания того, что гормоны контролируют уровень глюкозы в крови. В последующие десятилетия глюкагон, катехоламины и кортизол были включены в целостную схему контроля в состоянии сытости и голодания, а система вторичных посредников циклического АМФ прояснила, как поверхностные гормоны достигают внутриклеточных ферментов. Более поздние работы по сигнализации рецепторов инсулина и инсулинорезистентности связали эту регуляцию с метаболическими заболеваниями.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Почему инсулин и глюкагон описываются как противоположные гормоны?

Инсулин способствует накоплению топлива и снижает уровень глюкозы в крови после еды, тогда как глюкагон способствует высвобождению глюкозы из печени во время голодания; поскольку они толкают метаболизм печени в противоположных направлениях, их баланс определяет, накапливает ли организм топливо или мобилизует его.

Как гормон вне клетки изменяет метаболизм внутри нее?

Гормоны связываются с рецепторами на поверхности клетки и запускают внутриклеточные сигнальные каскады, которые изменяют состояние фосфорилирования метаболических ферментов, включая или выключая пути, а в течение более длительных периодов изменяют количество каждого синтезируемого фермента.