备课素材知识点：胰岛素分泌的电生理机制 高中生物人教版选择性必修1

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正常人体在黎明觉醒前后肝脏生糖和胰岛素敏感性都达到高峰，伴随胰岛素水平的波动，维持机体全天血糖动态平衡，约50%的Ⅱ型糖尿病患者发生“黎明现象”(黎明时处于高血糖水平，其余时间血糖平稳)，是糖尿病治疗的难点。请回答下列问题：
（1）人体在黎明觉醒前后主要通过 分解为葡萄糖，进而为生命活动提供能源。
（2）如图所示，觉醒后人体摄食使血糖浓度上升，葡萄糖经GLUT2以 方式进入细胞，氧化生成ATP，ATP/ADP比率的上升使ATP敏感通道关闭，细胞内K+浓度增加,细胞膜内侧膜电位的变化为 ，引起钙通道打开，Ca2+内流，促进胰岛素以 方式释放。
（3）胰岛素通过促进 、促进糖原合成与抑制糖原分解、抑制非糖物质转化等发挥降血糖作用，胰岛细胞分泌的 能升高血糖，共同参与维持血糖动态平衡。
（4）Ⅱ型糖尿病患者的靶细胞对胰岛素作用不敏感,原因可能有: (填序号)。
①胰岛素拮抗激素增多 ②胰岛素分泌障碍 ③胰岛素受体表达下降 ④胰岛素B细胞损伤 ⑤存在胰岛细胞自身抗体
（5）人体昼夜节律源于下丘脑视交叉上核SCN区,通过神经和体液调节来调控外周节律。研究发现SCN区REV-ERB基因节律性表达下降，机体在觉醒时糖代谢异常，表明“黎明现象”与生物钟紊乱相关。由此推测，Ⅱ型糖尿病患者的胰岛素不敏感状态具有 的特点，而 可能成为糖尿病治疗研究新方向。
答案：
（1）肝糖原
（2）易化扩散(或协助扩散) 由负变正 胞吐
（3）葡萄糖摄取、氧化分解 胰高血糖素
（4）①③
（5）昼夜节律 调节REV-ERB基因节律性表达
解析：分析题图和题干信息可知，当血糖浓度增加时，葡萄糖经GLUT2以协助扩散进入胰岛B细胞，氧化生成ATP，ATP/ADP比率的上升使ATP敏感通道关闭，K+外流受阻，细胞内K+浓度增加，进而触发Ca2+大量内流，由此引起胰岛素分泌，胰岛素通过促进靶细胞摄取、利用和储存葡萄糖，使血糖浓度降低。
（1）人体血糖的来源有3条：食物中糖类的消化吸收，肝糖原的分解和非糖物质转化为葡萄糖。人体在黎明觉醒前后主要通过肝糖原分解为葡萄糖，进而为生命活动提供能源。
（2）据图判断，葡萄糖进入细胞是从高浓度到低浓度，需要载体(GLUT2)，不需要能量，属于协助扩散；葡萄糖进入细胞，氧化生成ATP，ATP/ADP比率的上升使K+通道关闭，进而引发Ca2+通道打开，此时细胞膜内侧膜电位由负电位变为正电位。钙通道打开，Ca2+内流，促进胰岛素以胞吐的方式释放。
（3）胰岛素是人体唯一的降血糖激素，能促进细胞摄取、利用(氧化分解)葡萄糖，促进糖原合成，抑制肝糖原分解和非糖物质转化为葡萄糖，从而使血糖浓度降低。胰岛细胞分泌的胰高血糖素能促进肝糖原的分解和非糖物质转化为葡萄糖，使血糖浓度升高，二者共同参与维持血糖动态平衡。
（4）①胰岛素拮抗激素增多会影响靶细胞对胰岛素的敏感性，使血糖升高，①正确；②Ⅱ型糖尿病患者的胰岛素水平正常，不存在胰岛素分泌障碍，②错误；③胰岛素受体表达下降，靶细胞上胰岛素受体减少，会导致靶细胞对胰岛素作用不敏感，③正确；④胰岛素B细胞损伤会导致胰岛素缺乏，而Ⅱ型糖尿病患者的胰岛素水平正常，④错误；⑤存在胰岛细胞自身抗体会导致胰岛素分泌不足，而Ⅱ型糖尿病患者的胰岛素水平正常，⑤错误。故选①③。
（5）研究发现SCN区REV-ERB基因节律性表达下降，机体在觉醒时糖代谢异常，表明“黎明现象”与生物钟紊乱相关。由此推测，Ⅱ型糖尿病患者的胰岛素不敏感状态具有昼夜节律性，在觉醒时，糖代谢异常，出现“黎明现象”。由此，调节REV-ERB基因节律性表达可能成为糖尿病治疗研究新方向。
此题涉及到胰岛素分泌的调节机理。
糖尿病一般是指一种因胰岛素绝对或相对不足或靶细胞对胰岛素敏感性降低等，而引起的糖、脂肪和蛋白质代谢紊乱的一种慢性疾病。糖尿病的发病率日益增高，已成为世界性的常见病。
糖尿病的主要特点是高血糖、糖尿。患者表现为多饮、多食、多尿和体重减轻，又称为三多一少症状，并使一些组织或器官发生形态、结构改变和功能障碍，可并发酮症酸中毒、肢体坏疽、多发性神经炎、失明和肾衰竭等。虽然糖尿病目前不能根治，但可通过药物进行控制。
那么，血糖浓度的升高是如何促进胰岛B细胞分泌胰岛素的？
糖尿病病人的“黎明现象”首先是科学家Schmidt在1981年提出的，是指糖尿病患者在早上凌晨3点左右血糖开始慢慢升高，这种现象可以一直持续到上午8-9点。胰岛素依赖型糖尿病就是在这个时期常发生此现象。
1.“黎明现象”产生的生理学基础
黎明现象的发生实际上是和体内多种内分泌激素有关。像糖皮质激素、生长激素和胰高血糖素等内分泌激素，这些内分泌激素与胰岛素可以产生相互抑制的作用，使得血糖稳定在一定水平，来保证人体的正常需要。
而糖尿病患者的胰岛B细胞是受损害的，当生长激素和糖皮质激素等内分泌激素在晚上慢慢升高的时候，刺激肝脏分解存储的糖原，将其转化成葡萄糖后释放到血液中，引起血糖升高。糖尿病病人不能分泌足量胰岛素来抵抗这些可以相互抑制的内分泌激素的时候，就会出现早上的时候血糖的异常升高，叫做黎明现象。
黎明现象并不是所有糖尿病患者都会出现的，但它是一种常见的现象，特别是在Ⅱ型糖尿病患者身上。缓解黎明现象的方法包括：尽量保持健康的生活方式，例如进行适量的运动、饮食均衡、保持充足的睡眠等。
在高中生物学教材中，胰岛素的分泌调节是神经和体液调节，胰岛B细胞可以直接感受高血糖浓度，也可以来自于副交感神经的兴奋。那么，血糖浓度的升高是如何促进胰岛B细胞分泌胰岛素的？
胰岛B细胞分泌胰岛素机理图
葡萄糖的刺激触发胰岛B细胞膜上的电活动。电活动有两部分构成，首先是有持续的峰电位活动组成，接下来是没有峰电位的部分复极，经过上述变化后，有慢波发生（我的理解是和神经细胞产生的动作电位不同，如心肌细胞的动作电位曲线和神经细胞不同，参考文章后的链接）。在细胞膜上的突发动作电位期间，电流载体Ca2+通过细胞膜上依赖电压的通道向胰岛B细胞内流动。诱发胰岛素分泌的葡萄糖必须被代谢才对胰岛素的分泌有调节作用，葡萄糖代谢产生ATP，使ATP/ADP比值增加，引起ATP敏感钾通道关闭，启动胰岛素分泌的一系列过程。
研究还发现，胰岛B细胞也有胰岛素受体，所分泌出来的胰岛素与胰岛B细胞的胰岛素受体结合，通过其下游途径诱导细胞内Ca2+增加，进一步促进胰岛素分泌，是一种自分泌反馈调节途径。
复旦大学丁国莲教授最近一项研究：研究人员将Ⅱ型糖尿病患者分为有黎明现象组和无黎明现象组。研究发现，有黎明现象的和无黎明现象的病人，它的2个基因（REV-ERB-α和 REV-ERB-β）的表达节律确实存在很大的不同。
结果提示：糖尿病患者的黎明现象提示可能存在胰岛素青春性的节律异常,下丘脑视交叉上核（SCN）区 GABA 神经元 （SCNGABA）的REV-ERB基因能控制胰岛素抑制肝脏糖异生的昼夜节律。