Điều hòa chuyển hóa bằng hormone

Điều hòa chuyển hóa bằng hormone là cách các hormone lưu thông phối hợp việc dự trữ và huy động nhiên liệu trên khắp cơ thể. Bằng cách báo hiệu liệu cơ thể vừa ăn hay đang nhịn ăn, các hormone như insulin, glucagon, catecholamine và cortisol cho mỗi mô biết nên dự trữ nhiên liệu hay giải phóng nó, giữ cho lượng đường trong máu và nguồn cung cấp năng lượng trong giới hạn hoạt động được.

Definition

Điều hòa chuyển hóa bằng hormone là sự kiểm soát việc dự trữ, huy động và oxy hóa nhiên liệu bằng các tín hiệu nội tiết — chủ yếu là insulin, glucagon, catecholamine và glucocorticoid — điều chỉnh hoạt động và số lượng enzyme chuyển hóa trong gan, cơ và mô mỡ theo trạng thái dinh dưỡng.

Scope

Chủ đề này bao gồm các hormone chính điều chỉnh chuyển hóa nhiên liệu, tín hiệu tế bào mà qua đó chúng hoạt động, và logic đối ứng mà chúng chuyển đổi các mô giữa trạng thái dự trữ và huy động. Đây là một tài liệu tham khảo về kiểm soát nội tiết của chuyển hóa trong sinh hóa và sinh lý học, không phải là hướng dẫn lâm sàng hoặc kê đơn.

Core questions

• Những hormone nào báo hiệu trạng thái no và những hormone nào báo hiệu trạng thái đói?
• Làm thế nào một hormone ở bề mặt tế bào thay đổi tốc độ của một con đường chuyển hóa bên trong tế bào?
• Insulin và glucagon thực hiện kiểm soát đối lập, đối ứng như thế nào?
• Điều gì xảy ra với việc xử lý nhiên liệu khi tín hiệu hormone bị lỗi, như trong kháng insulin?

Key concepts

• Insulin là hormone đồng hóa, trạng thái no
• Glucagon là hormone đói, huy động glucose
• Catecholamine và phản ứng căng thẳng
• Cortisol và sự thích nghi tân tạo glucose dài hạn hơn
• Tín hiệu thụ thể và chất truyền tin thứ cấp
• Phosphoryl hóa enzyme thuận nghịch
• Kháng insulin

Key theories

Kiểm soát đối ứng insulin-glucagon

Insulin và glucagon hoạt động đối lập: insulin, chiếm ưu thế sau bữa ăn, thúc đẩy dự trữ và ức chế sản xuất glucose, trong khi glucagon, chiếm ưu thế khi nhịn ăn, thúc đẩy sản xuất glucose ở gan; tỷ lệ insulin-glucagon thiết lập hướng ròng của chuyển hóa gan.

Kiểm soát chuyển hóa bằng truyền tín hiệu

Hormone liên kết với các thụ thể bề mặt tế bào và kích hoạt các chuỗi tín hiệu nội bào (đối với insulin, tín hiệu tyrosine kinase thụ thể; đối với glucagon và catecholamine, AMP vòng và protein kinase A) làm thay đổi trạng thái phosphoryl hóa của các enzyme chuyển hóa và do đó là dòng thông lượng của con đường.

Mechanisms

Sau bữa ăn, lượng glucose tăng lên kích thích tiết insulin. Insulin liên kết với thụ thể tyrosine kinase của nó, kích hoạt tín hiệu xuôi dòng làm khử phosphoryl và kích hoạt các enzyme dự trữ, thúc đẩy hấp thu glucose vào cơ và mỡ, và ức chế sản xuất glucose ở gan. Khi nhịn ăn, glucagon và catecholamine làm tăng AMP vòng và kích hoạt protein kinase A, phosphoryl hóa các enzyme để ưu tiên phân giải glycogen, tân tạo glucose và phân giải lipid. Cortisol hỗ trợ trạng thái tân tạo glucose bền vững trong nhiều giờ đến nhiều ngày. Bởi vì các tín hiệu này hoạt động thông qua sự điều chỉnh enzyme thuận nghịch và thay đổi biểu hiện gen, cùng một tập hợp các con đường có thể được chuyển hướng sang dự trữ hoặc huy động tùy thuộc vào hormone nào chiếm ưu thế. Khi tín hiệu insulin bị suy giảm, sự phối hợp này bị phá vỡ, một trạng thái được gọi là kháng insulin.

Clinical relevance

Sự rối loạn kiểm soát chuyển hóa bằng hormone là nguyên nhân cơ bản của các tình trạng phổ biến, đáng chú ý nhất là đái tháo đường, trong đó tín hiệu insulin bị thiếu hụt hoặc không hiệu quả. Mục này giải thích sinh lý và sinh hóa cơ bản; đây là tài liệu tham khảo giáo dục và không phải là cơ sở để chẩn đoán, định liều hoặc điều trị cá nhân.

History

Quan điểm nội tiết về chuyển hóa bắt đầu với việc phân lập insulin vào những năm 1920 và sự nhận ra rằng hormone kiểm soát lượng đường trong máu. Trong những thập kỷ tiếp theo, glucagon, catecholamine và cortisol được đặt vào một sơ đồ kiểm soát nhất quán giữa trạng thái no và đói, và hệ thống chất truyền tin thứ cấp AMP vòng đã làm rõ cách các hormone bề mặt tiếp cận các enzyme nội bào. Các công trình sau này về tín hiệu thụ thể insulin và kháng insulin đã liên kết sự điều hòa này với bệnh chuyển hóa.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Tại sao insulin và glucagon được mô tả là các hormone đối lập?

Insulin thúc đẩy dự trữ nhiên liệu và làm giảm lượng đường trong máu sau bữa ăn, trong khi glucagon thúc đẩy giải phóng glucose từ gan khi nhịn ăn; vì chúng đẩy chuyển hóa gan theo các hướng đối lập, sự cân bằng của chúng quyết định liệu cơ thể đang dự trữ hay huy động nhiên liệu.

Làm thế nào một hormone bên ngoài tế bào thay đổi chuyển hóa bên trong nó?

Hormone liên kết với các thụ thể ở bề mặt tế bào và khởi động các chuỗi tín hiệu nội bào làm thay đổi trạng thái phosphoryl hóa của các enzyme chuyển hóa, bật hoặc tắt các con đường, và trong thời gian dài hơn thì thay đổi lượng enzyme được tạo ra.