uvod
Hormonglukagon je bistvenega pomena za razumevanje presnovnih poti, ki podpirajo človeško življenje, zlasti pri nadzoru glukoneogeneze. Presnovni proces, znan kot glukoneogeneza, proizvaja glukozo iz substratov, ki niso ogljikovi hidrati, kar zagotavlja dosledno oskrbo z glukozo med postom ali obdobji močne vadbe. Kot hormon glukagon večinoma proizvajajo alfa celice trebušne slinavke. Deluje kot antagonist inzulina in pomaga ohranjati raven glukoze v krvi v določenem območju. Ta članek raziskuje kompleksne metode, s katerimi glukagon nadzoruje glukoneogenezo, vključno z njegovim fiziološkim pomenom, odnosi z drugimi presnovnimi potmi in signalnimi sistemi.
vloga glukagona v presnovi
Za vzdrževanje homeostaze glukoze je potreben 29-aminokislinski peptidni hormon glukagon. Njegov glavni cilj je zvišanje ravni glukoze v krvi za preprečevanje učinkov insulina.
Alfa celice otočkov trebušne slinavke sproščajo glukagon, ko raven glukoze v krvi pade, tako kot med postom ali med obroki. Prizadene predvsem jetra, kjer spodbuja nastajanje glukoze z glukoneogenezo in glikogenolizo.
Ta hormon spodbuja tudi razgradnjo aminokislin in zavira glikolizo, jetrni proces pretvarjanja glukoze v energijo, da še bolj pomaga pri glukoneogenezi.
Poleg tega vpliva na presnovo tako, da zviša raven cAMP (cikličnega adenozin monofosfata) v ciljnih celicah, kar nato sproži aktivacijo številnih encimov, ki sodelujejo pri določenih presnovnih procesih. Glukagon olajša vzdrževanje homeostaze glukoze v telesu z usklajevanjem teh zapletenih poti, zlasti med teščenjem ali epizodami nizkega krvnega sladkorja.
mehanizem izločanja glukagona
Raven glukoze v krvi ima močan regulatorni učinek naglukagonproizvodnja. Visoka raven glukoze v krvi preprečuje sproščanje glukagona, nizka raven glukoze v krvi pa to spodbuja. Sledijo dodatni dejavniki, ki poleg gastrointestinalnih hormonov, kateholaminov in aminokislin vplivajo na izločanje glukagona. Kot substrati za glukoneogenezo lahko aminokisline, kot sta na primer arginin in alanin, povečajo izločanje glukagona.
signalne poti glukagona
Ko se glukagon veže na svoj receptor na površini hepatocitov, sproži vrsto znotrajceličnih reakcij, ki jih večinoma posredujeta protein kinaza A (PKA) in ciklični adenozin monofosfat (cAMP). Aktivacija pomembnih glukoneogenih encimov je odvisna od te signalne poti.
CAMP in aktivacija protein kinaze a
Adenilat ciklaza se aktivira, ko glukagon interagira zglukagonreceptor, z G proteinom sklopljeni receptor. Ta encim stimulira PKA s pretvorbo ATP v cAMP. PKA fosforilira transkripcijske faktorje in ciljne encime, kar povzroči prekomerno izražanje glukoneogenih genov, kot sta glukoza-6-fosfataza (G6Pase) in fosfoenolpiruvat karboksikinaza (PEPCK).
vloga transkripcijskih faktorjev
Na transkripcijski nadzor glukoneogenih genov bistveno vplivajo transkripcijski faktorji, kot je protein, ki veže element odziva cAMP (CREB). Promotorji ciljnih genov vsebujejo odzivni element cAMP (CRE), na katerega se CREB pritrdi po fosforilaciji PKA, da poveča transkripcijo ciljnega gena. Posledično se proizvede več encimov, potrebnih za glukoneogenezo.
glukoneogeneza: pregled
Glavna mesta biosinteze glukoze so jetra in v manjši meri ledvice. Ta proces uporablja predhodne sestavine brez ogljikovih hidratov, kot so laktat, glicerol in aminokisline, za ustvarjanje glukoze. Glukoneogeneza je bistvenega pomena za oskrbo bistvenih organov, zlasti možganov, z glukozo, kadar obstaja dolgotrajna hitra, živahna aktivnost ali lakota.
ključni encimi v glukoneogenezi
Ključne vloge več encimov so vključene v glukoneogenezo. Piruvat karboksilaza pretvori piruvat v oksaloacetat, ki se nato s PEPCK pretvori v fosfoenolpiruvat. Zadnji korak, ki je pretvorba glukoza-6-fosfata v glukozo, katalizira G6Pase, potem ko fruktoza-1,6-bisfosfataza (FBPaza) pretvori fruktozo-1, 6-bisfosfat v fruktozo-6-fosfat.
uravnavanje glukoneogeneze z glukagonom
Glukagon uravnava proces glukoneogeneze tako, da aktivira te encime in poveča njihovo izražanje. Geni, ki kodirajo glukoneogene encime, so regulirani navzgor zaradi fosforilacije transkripcijskih faktorjev in encimov, posredovane s PKA. To zagotavlja, da bo po potrebi proizvedeno dovolj glukoze.
interakcijo z drugimi presnovnimi potmi
Glukagon ne vpliva samo na glukoneogenezo, ampak tudi na lipolizo, glikogenolizo in ketogenezo, med drugimi presnovnimi potmi. Od teh interakcij je odvisno ohranjanje presnovne prožnosti in energetskega ravnovesja.
glikogenoliza
Pripomore k glikogenolizi, procesu, pri katerem se glikogen razgradi v glukozo. Ko pride do akutne hipoglikemije, ta mehanizem ponudi hiter vir glukoze. Ta stimulira PKA, ki fosforilira in aktivira glikogen fosforilazo, encim, ki razgrajuje glikogen.
lipoliza in ketogeneza
Poleg tegaglukagonpospešuje lipolizo, ki pretvarja trigliceride maščobnega tkiva v proste maščobne kisline in glicerol. Ena možna uporaba sproščenega glicerola je kot glukoneogeni substrat. Poleg tega med dolgotrajnim postom ali omejitvijo ogljikovih hidratov spodbuja proces ketogeneze v jetrih, ki proizvaja ketonska telesa kot nadomestni vir energije.
fiziološke in patološke posledice
Glukagonov nadzor nad glukoneogenezo ima pomembne fiziološke posledice. Ustrezen nadzor zagotavlja enakomeren pretok glukoze, kar preprečuje hipoglikemijo. Vendar pa lahko neravnovesje izločanja ali aktivnosti glukagona poslabša presnovne motnje, kot je diabetes mellitus.
glukagon pri diabetes mellitusu
Neupravičeno zvišanje njegove ravni je tipičen vzrok hiperglikemije pri ljudeh s sladkorno boleznijo tipa 2. To je posledica povečane glukoneogeneze in glikogenolize, tudi pri povišani ravni glukoze v krvi. Bistveno je razumeti mehanizme, na katerih temelji disregulacija glukagona pri sladkorni bolezni, da bi lahko oblikovali prilagojeno zdravljenje.
terapevtskih pristopov
Zdravljenja, ki ciljajo na signalne poti glukagona, se raziskujejo kot sredstvo za nadzor hiperglikemije pri ljudeh s sladkorno boleznijo. Antagonisti glukagonskih receptorjev in zaviralci glukoneogenih encimov sta dva primera teh. Te strategije si prizadevajo izboljšati nadzor glikemije in zmanjšati čezmerno nastajanje glukoze.
sklep
Glukagonje ključen hormon pri uravnavanju presnove glukoze, predvsem zato, ker ima vlogo pri glukoneogenezi. Med postom in drugimi presnovnimi stresorji zagotavlja enakomerno oskrbo z glukozo s sprožitvijo določenih signalnih poti in encimov. Razumevanje zapletenosti delovanja glukagona prispeva k našemu razumevanju presnovne regulacije in pomaga pri ustvarjanju novih terapij za presnovne motnje, kot je sladkorna bolezen. Za dodatne informacije o njem in njegovi vlogi pri glukoneogenezi nas kontaktirajte nasales@bloomtechz.com.
reference
D'Alessio, D. (2011). "Vloga nereguliranega izločanja glukagona pri sladkorni bolezni tipa 2". Diabetes, Obesity and Metabolism, 13 Suppl 1: 126-132.
Petersen, MC in Shulman, GI (2018). "Mehanizmi delovanja insulina in insulinska rezistenca". Physiological Reviews, 98(4), 2133-2223.
Jiang, G. in Zhang, BB (2003). "Glukagon in uravnavanje presnove glukoze". American Journal of Physiology-Endocrinology and Metabolism, 284(4), E671-E678.
Knop, FK in Holst, JJ (2010). "Farmakologija glukagona". British Journal of Pharmacology, 159(6), 1034-1046.
Puchowicz, MA, et al. (2000). "Proizvodnja in oksidacija ketonskih teles v perinatalnih podganjih možganih". Journal of Neurochemistry, 74(2), 740-749.