备课素材知识点：胰岛素的生理作用及分泌调节 高中生物学选择性必修一

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1、胰岛素
人胰岛素是含有 51个氨基酸残基的蛋白质激素,分子量5.8kD。胰岛素由A和B两条多肽链经两个二硫键相连,如果二硫键断开,则胰岛素失去活性。在β细胞内,前胰岛素原(preprinsulin)在粗面内质网中水解为胰岛素原( pinsulin)。胰岛素原是由86个氨基酸构成的肽链,由C脚(nneeting pide, pepide)将A、B多肽链连接。胰岛素原被运至高尔基复合体进一步加工,最后经剪切形成胰岛素和C肽。C肽没有胰岛素的生物活性,但它的合成与释放和胰岛素同步,因此可通过测定血中C肽的含量间接反映胰岛β细胞的分泌功能。
正常成年人空腹基础血浆胰岛素浓度为5~20mU/L(35~145pml/L) ,进餐后约1小时可上升至基础值的5~10倍。胰岛素在血液中以与血浆蛋白结合和游离两种形式存在,两者间保持动态平衡，只有游离的胰岛素具有生物活性。血中胰岛素半衰期只有5-8 分钟，主要经肝、肾及外周组织灭活。Banting等因发现胰岛素获得1923年诺贝尔生理学或医学奖,胰岛素的发现是医学史上一个伟大的里程碑。
2、胰岛素受体
胰岛素受体( insulin rcepl)属于酪氨酸激酶受体家族成员,几乎分布于哺乳动物所有细胞膜中。不同组织细胞胰岛素受体的数量存在差异,如在肝细胞和脂肪细胞可有(2-3)x10*5个受体，而在红细胞仅有40多个,这就决定了不同组织细胞对胰岛素敏感性的差异。胰岛素受体是由两个α亚单位和两个β亚单位以二硫键相连形成的四聚体跨膜蛋白，α亚单位位于细胞膜外，是与胰岛素结合的部位;β亚单位分为三个结构域:N末端的194个氨基酸残基为膜外结构域;中间的23个氨基酸残基组成跨膜结构域;C末端的膜内结构具有酪氨酸激酶活性的片段。
3、胰岛素的作用机制
胰岛素的作用是通过胰岛素受体介导的细胞内一系列信号蛋白活化和相互作用的信号转导过程(图1-20) :①胰岛素与靶细胞膜上胰岛素α受体亚单位结合;②胰岛素受体β亚单位的酪氨酸残基磷酸化,激活受体内酪氨酸蛋白激酶;③激活的酪氨酸蛋白激酶使细胞内耦联的胰岛素受体底物(insulinreceptrsubstrate ,IRS)蛋白的酪氨酸残基磷酸化;④经过IRS下游信号途径,如磷酸肌醇3激酶(phs-phinsitide 3-kinase , PI3-K)、丝裂原激活蛋白激酶( mitgen- activated prtein kinases ，MAPK)等途径逐级信号转导,引发蛋白激酶、磷酸酶的级联反应,最终引起生物学效应,包括葡萄糖转运,糖原、脂肪及蛋白质的合成，以及一些基因的转录和表达。
IRS是介导胰岛素作用的关键蛋白，目前发现多种IRS,如IRS-1 ~ IRS-4 ,分别表达于不同的组织细胞,参与不同的信号转导通路。
IRS-1表达于各种组织细胞中,但主要是骨骼肌细胞,IRS-1也是IGF-1 受体的底物,主要影响细胞生长;IRS-2也表达于各种组织细胞中,但在肝脏和胰岛β细胞大量表达,主要影响肝的代谢和胰岛β细胞的生长与分化;IRS-3存在于脑和脂肪等组织中,参与脂代谢调节;IRS-4分布于垂体和脑组织中。胰岛素受体介导的信号转导中许多环节障碍均可导致胰岛素抵抗(insuinreistance)的发生,甚至引起2型糖尿病。胰岛素抵抗是胰岛素靶细胞对胰岛素敏感性下降,即需要更大量胰岛素才能产生正常的生物效应。目前认为,胰岛素抵抗是导致糖尿病、高血压和高血脂等疾病发生发展的最重要的原因之一。
胰岛素的生物作用
胰岛素是促进物质合成代谢,维持血糖浓度稳定的关键激素,对于机体能源物质的储存及生长发育有重要意义。胰岛素作用的靶组织主要是肝、肌肉和脂肪组织。 胰岛素与靶细胞的受体结合后,按照引起效应的时间顺序,表现为即刻作用、快速作用和延缓作用。即刻作用发生在数秒钟内,通过转运蛋白的磷酸化,促进靶细胞葡萄糖、氨基酸以及K*的内向转运;快速作用发生在数分钟内通过调节相关酶的活性,促进糖原合成糖酵解、蛋白质合成;延迟作用发生在数小时或数天后,通过调控多种基因的表达,促进脂肪、蛋白质合成及细胞生长。
1、对糖代谢的作用
空腹血糖3.9~6.1mml/L、餐后2小时血糖