background image

5/4/2015

1

The Endocrine Pancreas

By pharmacist

Maha A. Hamdi

Production of Pancreatic Hormones

Alpha cells produce glucagon.

Beta cells produce insulin.

Delta cells produce somatostatin.

F cells produce Pancreatic poly peptide→regulation of HCO3
secretion to intestine


background image

5/4/2015

2

Biosynthesis & Secretion

Insulin is synthesized in the rough endoplasmic reticulum of the B

cells .

It is then transported to the Golgi apparatus, where it is packaged

into membrane-bound granules.

granules move to the plasma membrane by a process involving

microtubules, and their contents are expelled by exocytosis .

The insulin then crosses the basal lamina of the B cell and a

neighboring capillary and the fenestrated endothelium of the

capillary to reach the bloodstream.

insulin is synthesized as part of a larger preprohormone.

Preproinsulin has a 23-amino-acid signal peptide removed as it

enters the endoplasmic reticulum.

The remainder of the molecule is then folded, and the disulfide

bonds are formed to make proinsulin.


background image

5/4/2015

3

Metabolism

The half-life of insulin in the circulation in humans is about 5 min.

Insulin binds to insulin receptors, and some is internalized.

It is destroyed by proteases in the endosomes formed by the

endocytotic process.


background image

5/4/2015

4

Roles of Insulin

Acts on tissues (especially liver, skeletal muscle,

adipose) to increase uptake of glucose and amino

acids.

- without insulin, most tissues do not

take in glucose and amino acids well (except brain).

Increases glycogen production (glucose storage) in the

liver and muscle.

Stimulates lipid synthesis from free fatty acids and

triglycerides in adipose tissue.

Also stimulates potassium uptake by cells (role in

potassium homeostasis

Principal Actions of Insulin.

Rapid (seconds)

Increased transport of glucose, amino acids, and K

+

into insulin-

sensitive cells

Intermediate (minutes)

Stimulation of protein synthesis
Inhibition of protein degradation
Activation of glycolytic enzymes and glycogen synthase
Inhibition of phosphorylase and gluconeogenic enzymes

Delayed (hours)

Increase in mRNAs for lipogenic and other enzymes


background image

5/4/2015

5

Effects of Insulin on Various Tissues.

Adipose tissue

Increased glucose entry
Increased fatty acid synthesis
Increased glycerol phosphate synthesis
Increased triglyceride deposition
Activation of lipoprotein lipase
Inhibition of hormone-sensitive lipase
Increased K

+

uptake

Muscle

Increased glucose entry
Increased glycogen synthesis
Increased amino acid uptake
Increased protein synthesis in ribosomes
Decreased protein catabolism
Decreased release of gluconeogenic amino acids
Increased ketone uptake
Increased K

+

uptake


background image

5/4/2015

6

Liver

Decreased ketogenesis
Increased protein synthesis
Increased lipid synthesis
Decreased glucose output due to decreased

gluconeogenesis, increased glycogen synthesis, and

increased glycolysis

General

Increased cell growth


background image

5/4/2015

7

Glucose Transporters

Glucose enters cells by facilitated diffusion or, in the intestine and

kidneys, by secondary active transport with Na

+

.

In muscle, adipose, and some other tissues, insulin stimulates

glucose entry into cells by increasing the number of glucose

transporters in the cell membranes.

glucose transporters, named GLUT 1–7 .

their affinity for glucose varies.

GLUT 4 is the transporter in muscle and adipose tissue that is

stimulated by insulin.

A pool of GLUT 4 molecules is maintained within vesicles in the

cytoplasm of insulin-sensitive cells.

When the insulin receptors of these cells are activated, the vesicles

move rapidly to the cell membrane and fuse with it, inserting the

transporters into the cell membrane .


background image

5/4/2015

8

When insulin action ceases, the transporter-containing patches of

membrane are endocytosed and the vesicles are ready for the next

exposure to insulin.

Activation of the insulin receptor brings about the movement of the

vesicles to the cell membrane by activating phosphatidylinositol 3-

kinase (IP3) .

In the tissues in which insulin increases the number of glucose

transporters in the cell membranes, the rate of phosphorylation of

the glucose, once it has entered the cells, is regulated by other

hormones.

Growth hormone and cortisol both inhibit phosphorylation in certain

tissues


background image

5/4/2015

9

Insulin-sensitive tissues also contain a population of GLUT 4 vesicles

that move into the cell membrane in response to exercise, a process

that occurs independent of the action of insulin.

This is why exercise lowers blood sugar.

Relation to Potassium

Insulin causes K

+

to enter cells, with a resultant lowering of the

extracellular K

+

concentration.

insulin increases the activity of Na

+

–K

+

ATPase in cell membranes, so

that more K

+

is pumped into cells.


background image

5/4/2015

10

The Insulin Receptor

The insulin receptor is composed of two subunits, and has intrinsic

tyrosine kinase activity.

Activation of the receptor results in a cascade of phosphorylation

events:

The growth-promoting protein anabolic effects of insulin are mediated

via phosphatidylinositol 3-kinase (PI- 3K)

Insulin: Summary and Control Reflex Loop


background image

5/4/2015

11

Insulin Action on Cells:

Dominates in Fed State Metabolism

glucose uptake in most cells

to ↑glycogen storage (not active muscle)

glucose use and storage

protein synthesis

fat synthesis


background image

5/4/2015

12

Oral Glucose Tolerance Test

Oral Glucose Tolerance Test

Measurement of the ability of

β

cells to secrete insulin.

Ability of insulin to lower blood glucose.

Normal person’s rise in blood [glucose] after drinking solution is

reversed to normal in 2 hrs.


background image

5/4/2015

13

Glucose Tolerance

In diabetes, glucose piles up in the bloodstream, especially after

meals.

If a glucose load is given to a diabetic, the plasma glucose rises higher

and returns to the baseline more slowly than it does in normal

individuals.

The response to a standard oral test dose of glucose, the oral glucose

tolerance test, is used in the clinical diagnosis of diabetes

Glucose Tolerance

Impaired glucose tolerance in diabetes is due in part to reduced entry

of glucose into cells (decreased peripheral utilization).

In the absence of insulin, the entry of glucose into skeletal, cardiac,

and smooth muscle and other tissues is decreased .

Glucose uptake by the liver is also reduced, but the effect is indirect.

Intestinal absorption of glucose is unaffected, as is its reabsorption

from the urine by the cells of the proximal tubules of the kidneys.

Glucose uptake by most of the brain and the red blood cells is also

normal


background image

5/4/2015

14

The second and the major cause of hyperglycemia in diabetes is

derangement of the glucostatic function of the liver .

The liver takes up glucose from the bloodstream and stores it

as glycogen, but because the liver contains glucose 6-

phosphatase it also discharges glucose into the bloodstream.

Insulin facilitates glycogen synthesis and inhibits hepatic

glucose output.

When the plasma glucose is high, insulin secretion is normally

increased and hepatic glucogenesis is decreased.

This response does not occur in type 1 diabetes (as

insulin is absent) and in type 2 diabetes (as tissues

are insulin resistant).

Glucagon can contribute to hyperglycemia as it

stimulates gluconeogenesis.

Glucose output by the liver can be stimulated by

catecholamines, cortisol, and growth hormone (ie,

during a stress response).


background image

5/4/2015

15

Effects of Hyperglycemia

Hyperglycemia cause symptoms resulting from the hyperosmolality

of the blood.

In addition, there is glycosuria because the renal capacity for glucose

reabsorption is exceeded.

Excretion of the osmotically active glucose molecules entails the loss

of large amounts of water (osmotic diuresis;


background image

5/4/2015

16

The resultant dehydration activates the mechanisms regulating water

intake, leading to polydipsia. There is an appreciable urinary loss of

Na

+

and K

+.

every gram of glucose excreted, 4.1 kcal is lost from the body.

Increasing the oral caloric intake to cover this loss simply raises the

plasma glucose further and increases the glycosuria, so mobilization

of endogenous protein and fat stores and weight loss are not

prevented.

.

When plasma glucose is episodically elevated over time, small

amounts of hemoglobin A are nonenzymatically glycated to form

HbA

Ic

. Careful control of the diabetes with insulin reduces the

amount formed and consequently HbA

Ic

concentration is measured

clinically as an integrated index of diabetic control for the 4- to 6-wk

period before the measurement.


background image

5/4/2015

17

Effects of Intracellular Glucose Deficiency

Glucose catabolism is normally a major source of energy for cellular

processes, and in diabetes energy requirements can be met only by

drawing on protein and fat reserves. Mechanisms are activated that

greatly increase the catabolism of protein and fat, and one of the

consequences of increased fat catabolism is ketosis

Deficient glucose utilization and deficient hormone sensing (insulin,

leptin, CCK) in the cells of the hypothalamus that regulate satiety are

the probable causes of hyperphagia in diabetes.

The feeding area of the hypothalamus is not inhibited and thus

satiety is not sensed so food intake is increased.

Glycogen depletion is a common consequence of intracellular glucose

deficit, and the glycogen content of liver and skeletal muscle in

diabetic is usually reduced.


background image

5/4/2015

18

Other Factors Regulating Insulin Release

Amino acids stimulate insulin release (increased uptake into cells,

increased protein synthesis).

Keto acids stimulate insulin release (increased glucose uptake to prevent

lipid and protein utilization).

Insulin release is inhibited by stress-induced increase in adrenal

epinephrine
- epinephrine binds to alpha adrenergic receptors on beta cells

- maintains blood glucose levels

Glucagon stimulates insulin secretion (glucagon has opposite actions).

Actions of Glucagon

1-Acts on the liver to cause breakdown of glycogen
(glycogenolysis), releasing glucose into the bloodstream.

2-Inhibits glycolysis

3-▲ production of glucose from amino acids (gluconeogenesis).

4- ▲lipolysis, to free fatty acids for metabolism.

Result: maintenance of blood glucose levels during fasting


background image

5/4/2015

19

Mechanism of Action of Glucagon

Main target tissues: liver, muscle, and adipose tissue

Binds to a Gs-coupled receptor, resulting in increased cyclic AMP and

increased PKA activity.

Also activates IP3 pathway (increasing Ca

++

)

Glucagon Action on Cells:

Dominates in Fasting State Metabolism

Glucagon prevents hypoglycemia by  cell production of glucose

Liver is primary target to maintain blood glucose levels


background image

5/4/2015

20

Regulation of Glucagon Release

Increased blood glucose levels inhibit glucagon release.

Amino acids stimulate glucagon release (high protein, low

carbohydrate meal).

Stress: epinephrine acts on beta-adrenergic receptors on alpha cells,

increasing glucagon release (increases availability of glucose for

energy).

Insulin inhibits glucagon secretion.


background image

5/4/2015

21

Other Factors Regulating Glucose

Homeostasis

Glucocorticoids (cortisol): stimulate gluconeogenesis and lipolysis,

and increase breakdown of proteins.

Epinephrine/norepinephrine: stimulates glycogenolysis and lipolysis.

Growth hormone: stimulates glycogenolysis and lipolysis.

Note that these factors would complement the effects of glucagon,

increasing blood glucose levels.

Hormonal Regulation of Nutrients

Right after a meal (resting):

- blood glucose elevated

- glucagon, cortisol, GH, epinephrine low

- insulin increases (due to increased glucose)

- Cells uptake glucose, amino acids.

- Glucose converted to glycogen, amino acids into protein,

lipids stored as triacylglycerol.

- Blood glucose maintained at moderate levels.


background image

5/4/2015

22

Hormonal Regulation of Nutrients

A few hours after a meal (active):

- blood glucose levels decrease

- insulin secretion decreases

- increased secretion of glucagon, cortisol, GH, epinephrine

- glucose is released from glycogen stores (glycogenolysis)

- increased lipolysis (beta oxidation)

- glucose production from amino acids increases (oxidative

deamination; gluconeogenesis)

- decreased uptake of glucose by tissues

- blood glucose levels maintained

Regulation of Insulin and Glucagon Secretion


background image

5/4/2015

23

Consequences of Uncorrected Deficiency in

Type I Diabetes Mellitus


background image

5/4/2015

24

Type II Diabetes Mellitus

Slow to develop.

Genetic factors are

significant.

Occurs most often in people

who are overweight.

Decreased sensitivity to

insulin or an insulin

resistance.

Obesity.

Do not usually develop

ketoacidosis.

May have high blood

[insulin] or normal [insulin].

Treatment in Diabetes

Change in lifestyle:

Increase exercise:

Increases the amount of membrane GLUT-4 carriers in the skeletal muscle cells.

Weight reduction.

Increased fiber in diet.

Reduce saturated fat.


background image

5/4/2015

25

Hypoglycemia

Over secretion of

insulin.

Reactive

hypoglycemia:

Caused by an

exaggerated response

to a rise in blood

glucose.

Occurs in people who

are genetically

predisposed to type II

diabetes.

Metabolic Regulation

Anabolic effects of insulin are antagonized by the hormones of the

adrenals, thyroid, and anterior pituitary.

Insulin, T

3

, and GH can act synergistically to stimulate protein synthesis.




رفعت المحاضرة من قبل: ali anas
المشاهدات: لقد قام 7 أعضاء و 114 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل