備課素材：胰島素分泌的電生理機(jī)制 高二上學(xué)期生物人教版選擇性必修1

胰島素分泌的電生理機(jī)制先看一道試題：正常人體在黎明覺醒前后肝臟生糖和胰島素敏感性都達(dá)到高峰，伴隨胰島素水平的波動(dòng)，維持機(jī)體全天血糖動(dòng)態(tài)平衡，約50%的Ⅱ型糖尿病患者發(fā)生“黎明現(xiàn)象”(黎明時(shí)處于高血糖水平，其余時(shí)間血糖平穩(wěn))，是糖尿病治療的難點(diǎn)。請(qǐng)回答下列問題：（1）人體在黎明覺醒前后主要通過

分解為葡萄糖，進(jìn)而為生命活動(dòng)提供能源。（2）如圖所示，覺醒后人體攝食使血糖濃度上升，葡萄糖經(jīng)GLUT2以

方式進(jìn)入細(xì)胞，氧化生成ATP，ATP/ADP比率的上升使ATP敏感通道關(guān)閉，細(xì)胞內(nèi)K+濃度增加,細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)膜電位的變化為

，引起鈣通道打開，Ca2+內(nèi)流，促進(jìn)胰島素以

方式釋放。（3）胰島素通過促進(jìn)

、促進(jìn)糖原合成與抑制糖原分解、抑制非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)化等發(fā)揮降血糖作用，胰島細(xì)胞分泌的

能升高血糖，共同參與維持血糖動(dòng)態(tài)平衡。（4）Ⅱ型糖尿病患者的靶細(xì)胞對(duì)胰島素作用不敏感,原因可能有:

(填序號(hào))。①胰島素拮抗激素增多

②胰島素分泌障礙

③胰島素受體表達(dá)下降

④胰島素B細(xì)胞損傷

⑤存在胰島細(xì)胞自身抗體（5）人體晝夜節(jié)律源于下丘腦視交叉上核SCN區(qū),通過神經(jīng)和體液調(diào)節(jié)來調(diào)控外周節(jié)律。研究發(fā)現(xiàn)SCN區(qū)REV-ERB基因節(jié)律性表達(dá)下降，機(jī)體在覺醒時(shí)糖代謝異常，表明“黎明現(xiàn)象”與生物鐘紊亂相關(guān)。由此推測(cè)，Ⅱ型糖尿病患者的胰島素不敏感狀態(tài)具有

的特點(diǎn)，而

可能成為糖尿病治療研究新方向。答案：（1）肝糖原（2）易化擴(kuò)散(或協(xié)助擴(kuò)散)

由負(fù)變正

胞吐（3）葡萄糖攝取、氧化分解

胰高血糖素

（4）①③（5）晝夜節(jié)律

調(diào)節(jié)REV-ERB基因節(jié)律性表達(dá)解析：分析題圖和題干信息可知，當(dāng)血糖濃度增加時(shí)，葡萄糖經(jīng)GLUT2以協(xié)助擴(kuò)散進(jìn)入胰島B細(xì)胞，氧化生成ATP，ATP/ADP比率的上升使ATP敏感通道關(guān)閉，K+外流受阻，細(xì)胞內(nèi)K+濃度增加，進(jìn)而觸發(fā)Ca2+大量?jī)?nèi)流，由此引起胰島素分泌，胰島素通過促進(jìn)靶細(xì)胞攝取、利用和儲(chǔ)存葡萄糖，使血糖濃度降低。

（1）人體血糖的來源有3條：食物中糖類的消化吸收，肝糖原的分解和非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)化為葡萄糖。人體在黎明覺醒前后主要通過肝糖原分解為葡萄糖，進(jìn)而為生命活動(dòng)提供能源。

（2）據(jù)圖判斷，葡萄糖進(jìn)入細(xì)胞是從高濃度到低濃度，需要載體(GLUT2)，不需要能量，屬于協(xié)助擴(kuò)散；葡萄糖進(jìn)入細(xì)胞，氧化生成ATP，ATP/ADP比率的上升使K+通道關(guān)閉，進(jìn)而引發(fā)Ca2+通道打開，此時(shí)細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)膜電位由負(fù)電位變?yōu)檎娢?。鈣通道打開，Ca2+內(nèi)流，促進(jìn)胰島素以胞吐的方式釋放。

（3）胰島素是人體唯一的降血糖激素，能促進(jìn)細(xì)胞攝取、利用(氧化分解)葡萄糖，促進(jìn)糖原合成，抑制肝糖原分解和非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)化為葡萄糖，從而使血糖濃度降低。胰島細(xì)胞分泌的胰高血糖素能促進(jìn)肝糖原的分解和非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)化為葡萄糖，使血糖濃度升高，二者共同參與維持血糖動(dòng)態(tài)平衡。

（4）①胰島素拮抗激素增多會(huì)影響靶細(xì)胞對(duì)胰島素的敏感性，使血糖升高，①正確；②Ⅱ型糖尿病患者的胰島素水平正常，不存在胰島素分泌障礙，②錯(cuò)誤；③胰島素受體表達(dá)下降，靶細(xì)胞上胰島素受體減少，會(huì)導(dǎo)致靶細(xì)胞對(duì)胰島素作用不敏感，③正確；④胰島素B細(xì)胞損傷會(huì)導(dǎo)致胰島素缺乏，而Ⅱ型糖尿病患者的胰島素水平正常，④錯(cuò)誤；⑤存在胰島細(xì)胞自身抗體會(huì)導(dǎo)致胰島素分泌不足，而Ⅱ型糖尿病患者的胰島素水平正常，⑤錯(cuò)誤。故選①③。

（5）研究發(fā)現(xiàn)SCN區(qū)REV-ERB基因節(jié)律性表達(dá)下降，機(jī)體在覺醒時(shí)糖代謝異常，表明“黎明現(xiàn)象”與生物鐘紊亂相關(guān)。由此推測(cè)，Ⅱ型糖尿病患者的胰島素不敏感狀態(tài)具有晝夜節(jié)律性，在覺醒時(shí)，糖代謝異常，出現(xiàn)“黎明現(xiàn)象”。由此，調(diào)節(jié)REV-ERB基因節(jié)律性表達(dá)可能成為糖尿病治療研究新方向。此題涉及到胰島素分泌的調(diào)節(jié)機(jī)理。糖尿病一般是指一種因胰島素絕對(duì)或相對(duì)不足或靶細(xì)胞對(duì)胰島素敏感性降低等，而引起的糖、脂肪和蛋白質(zhì)代謝紊亂的一種慢性疾病。糖尿病的發(fā)病率日益增高，已成為世界性的常見病。

糖尿病的主要特點(diǎn)是高血糖、糖尿?；颊弑憩F(xiàn)為多飲、多食、多尿和體重減輕，又稱為三多一少癥狀，并使一些組織或器官發(fā)生形態(tài)、結(jié)構(gòu)改變和功能障礙，可并發(fā)酮癥酸中毒、肢體壞疽、多發(fā)性神經(jīng)炎、失明和腎衰竭等。雖然糖尿病目前不能根治，但可通過藥物進(jìn)行控制。那么，血糖濃度的升高是如何促進(jìn)胰島B細(xì)胞分泌胰島素的？糖尿病病人的“黎明現(xiàn)象”首先是科學(xué)家Schmidt在1981年提出的，是指糖尿病患者在早上凌晨3點(diǎn)左右血糖開始慢慢升高，這種現(xiàn)象可以一直持續(xù)到上午8-9點(diǎn)。胰島素依賴型糖尿病就是在這個(gè)時(shí)期常發(fā)生此現(xiàn)象。1.“黎明現(xiàn)象”產(chǎn)生的生理學(xué)基礎(chǔ)黎明現(xiàn)象的發(fā)生實(shí)際上是和體內(nèi)多種內(nèi)分泌激素有關(guān)。像糖皮質(zhì)激素、生長激素和胰高血糖素等內(nèi)分泌激素，這些內(nèi)分泌激素與胰島素可以產(chǎn)生相互抑制的作用，使得血糖穩(wěn)定在一定水平，來保證人體的正常需要。而糖尿病患者的胰島B細(xì)胞是受損害的，當(dāng)生長激素和糖皮質(zhì)激素等內(nèi)分泌激素在晚上慢慢升高的時(shí)候，刺激肝臟分解存儲(chǔ)的糖原，將其轉(zhuǎn)化成葡萄糖后釋放到血液中，引起血糖升高。糖尿病病人不能分泌足量胰島素來抵抗這些可以相互抑制的內(nèi)分泌激素的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)早上的時(shí)候血糖的異常升高，叫做黎明現(xiàn)象。黎明現(xiàn)象并不是所有糖尿病患者都會(huì)出現(xiàn)的，但它是一種常見的現(xiàn)象，特別是在Ⅱ型糖尿病患者身上。緩解黎明現(xiàn)象的方法包括：盡量保持健康的生活方式，例如進(jìn)行適量的運(yùn)動(dòng)、飲食均衡、保持充足的睡眠等。在高中生物學(xué)教材中，胰島素的分泌調(diào)節(jié)是神經(jīng)和體液調(diào)節(jié)，胰島B細(xì)胞可以直接感受高血糖濃度，也可以來自于副交感神經(jīng)的興奮。那么，血糖濃度的升高是如何促進(jìn)胰島B細(xì)胞分泌胰島素的？胰島B細(xì)胞分泌胰島素機(jī)理圖葡萄糖的刺激觸發(fā)胰島B細(xì)胞膜上的電活動(dòng)。電活動(dòng)有兩部分構(gòu)成，首先是有持續(xù)的峰電位活動(dòng)組成，接下來是沒有峰電位的部分復(fù)極，經(jīng)過上述變化后，有慢波發(fā)生（我的理解是和神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生的動(dòng)作電位不同，如心肌細(xì)胞的動(dòng)作電位曲線和神經(jīng)細(xì)胞不同，參考文章后的鏈接）。在細(xì)胞膜上的突發(fā)動(dòng)作電位期間，電流載體Ca2+通過細(xì)胞膜上依賴電壓的通道向胰島B細(xì)胞內(nèi)流動(dòng)。誘發(fā)胰島素分泌的葡萄糖必須被代謝才對(duì)胰島素的分泌有調(diào)節(jié)作用，葡萄糖代謝產(chǎn)生ATP，使ATP/ADP比值增加，引起ATP敏感鉀通道關(guān)閉，啟動(dòng)胰島素分泌的一系列過程。研究還發(fā)現(xiàn)，胰島B細(xì)胞也有胰島素受體，所分泌出來的胰島素與胰島B細(xì)胞的胰島素受體結(jié)合，通過其下游途徑誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)Ca2+增加，進(jìn)一步促進(jìn)胰島素分泌，是一種自分泌反饋調(diào)節(jié)途徑。

復(fù)旦大學(xué)丁國蓮教授最近一項(xiàng)研究：研究人員將Ⅱ型糖尿病患者分為有黎明現(xiàn)象組和無黎明現(xiàn)象組。研究發(fā)現(xiàn)，有黎明現(xiàn)象的和無