Textbook Notes (369,137)
Canada (162,407)
Physiology (40)
PHYL 1010Y (17)
n/a (17)

Block D - Metabolism.docx

8 Pages

Course Code
PHYL 1010Y

This preview shows pages 1,2 and half of page 3. Sign up to view the full 8 pages of the document.
Module XIV Metabolism INTRODUCTION: In the introduction to this module we mentioned that this unit goes hand in hand with the material in  module 3 and chapter 4 of the text. In chapter 4, you learned about the metabolic pathways for the metabolism of  carbohydrates, fats and proteins. You will also recall that these pathways were interrelated (figure 4­13, page  108). In this unit, you will learn about some of the factors that regulate the "direction of flow" along these  metabolic pathways. An important point to keep in mind when you study this unit is that the brain "normally" utilizes only  glucose as fuel. This implies that most of the regulatory mechanisms that you encounter will be designed to  maintain the blood glucose level within a very narrow range. Figure 22­3 provides a summary of the biochemical pathways for energy production. There are several  points where reactions can go in either direction. The direction taken will depend on the functional state of the  body. The body is normally in one of two functional states: the absorptive (fed) state, the time when nutrients  are being absorbed from the GI tract, and the postabsorptive (fasted) state, the time when absorption from the  GI tract ceases and energy must be obtained from the body's stores. During the absorptive state, the events mainly involve synthesis of substances (anabolism), such as the  synthesis of protein, glycogen and triglycerides. During this phase there is plenty of glucose in the blood  (assuming adequate carbohydrate intake) and the glucose that is not used to supply the energy needs of the body  is stored as fat or glycogen. Notice also that glucose is the major energy source during this state. Table 22­2 list  the fate of carbohydrates, proteins and fats during the absorptive state. NUTRIENT STORAGE: • Biomolecules ingested meet one of three fates – Energy, synthesis or storage o Also stored in nutrient pools – nutrients that are available for immediate use Triglycerides Amino Acids Glucose Storage Synthesis Energy Stored as fats primarily in liver and  Used for protein synthesis Used immediately for E through  adipose tissue aerobic pathways If needed for E, AA converted in  If needed for E, glycerol broken  liver to intermediates for aerobic  Used for lipoprotein synthesis in  down into intermediates for aerobic  metabolism the liver metabolism Excess converted to fat stored in  Stored as glycogen in liver &  adipose tissue muscle Excess converted to fat & stored in  adipose tissue During the postabsorptive state there is no glucose being absorbed from the intestinal tract, therefore,  the body must catabolize the stored nutrients to maintain normal blood glucose levels. In addition, there is a  switch to fat utilization as a means of meeting the body's energy needs. Postabsorptive state metabolism is  illustrated in figure 22­7. Notice the important role that the liver plays during this state. You should also observe  that the fates of glycogen breakdown products are different in muscle and liver. You should be able to explain the  difference. 1 Module XIV Metabolism You may want to keep the following comment in mind. The metabolic events of the postabsorptive state  are mainly events that tend to maintain the plasma glucose concentration at a constant level. The reason for this  is that the brain usually utilizes only glucose for energy and a lack of glucose could cause mental impairment,  coma and even death. The events that maintain plasma glucose concentration fall into two categories: a. A. Reactions that provide sources of blood glucose . . .  1 Glycogenolysis, lipolysis, the breakdown of protein (during a fast of more than a few hours,  protein is the major source of blood glucose) and gluconeogenesis (synthesis of glucose from  pyruvate, lactate, glycerol and certain amino acids). All of these reactions (or pathways) either  provide glucose or provide sources of blood glucose. For example, lipolysis provides glycerol  which may be used by the liver to form glucose (via gluconeogenesis). Recall that fatty acids  CANNOT be converted to glucose.     B. Glucose Sparing (fat utilization):  Most organs and tissues (except nervous tissue) reduce their glucose catabolism and increase  fat utilization. Therefore fat becomes the major energy source. How are Glucose Levels Maintained During the Post­Absorptive State? • If glucose levels are within normal range – Used by body as primary E source o Excess glucose stored as glycogen through glycogenesis or stored as fat (lipogenesis) • If plasma glucose levels decrease –Body breaks down glycogen to glucose via glyogenolysis o AA and glycerol converted to glucose via gluconeogenesis • If plasma glucose levels increase too much – Glucose excreted through the urine o Occurs only when the renal threshold for glucose reabsorption is exceeded By balancing oxidative metabolism, glycogenesis, Glycogenolysis and lipogenesis, the body maintains plasma  glucose concentrations within a narrow range Glucose Sparing (Fat Utilization): • Glucose is the primary source of E in the absorptive state o In the fasted state, fats become the primary source of E Fasted State Metabolism: 1. Liver glycogen becomes glucose 2. Adipose lipids become free FA and glycerol that enter the blood i. Glycerol converted to glucose in the liver ii. FA released into the blood and used for E by other tissues (like muscle) 3. Muscle glycogen can be used for E i. Glycogen becomes pyruvate or lactate, then made into glucose in liver (gluconeogenesis) ii. Muscles also use FA and break down their proteins to AA that enter the blood 4. Brain can use only glucose and ketones for E The hormones insulin and glucagon are the principal controllers of the absorptive and postabsorptive states.  The actions of these hormones are antagonistic. It is the ratio of the two hormones that determines which one  dominates. This is illustrated in figure 22­9 HOMEOSTATIC CONTROL OF METABOLISM: • Pancreas secretes insulin and glucagon 2 Module XIV Metabolism • Islets of Langerhans secrete beta and alpha cells o 75% Beta cells – Produce insulin o 20% Alpha cells – Secrete glucagon • Metabolism is controlled by the insulin­to­glucagon ratio that regulates metabolism (antagonistic) o Insulin dominates the fed state o Glucagon dominates the fasted state Notice that the metabolic effects of insulin and the events of the absorptive state are essentially the  same. This is because the events of the absorptive state are regulated mainly by insulin. During the absorptive  state we have a high insulin to glucagon ratio in the plasma. It is important to know the factors that control  insulin secretion. These are described on pages 738 ­ 739. The effect of insulin on adipose cells, resting muscles  cells and liver cells is illustrated in figures 22­12 and 22­13. Note that liver cells and active (exercising) muscle  cells do NOT require insulin to transport glucose into the cell. INSULIN: • Pancreatic hormone that decreases plasma glucose concentration o Either increase transport into cells or increases metabolic use of glucose o Increases glycogen synthesis, aerobic metabolism of glucose, protein & triglyceride synthesis • Anabolic hormone that promotes glycogen, protein & fat synthesis o Targets liver, muscle and adipose tissue • Decreased glucose plasma shuts off insulin release o When deficient/absent, cells go into catabolic metabolism How Does Insulin Lower Plasma Glucose? 1. Increase glucose transport into most, but not all, insulin­sensitive cells i. Signals cell to insert GLUT4 transporters into the cell membranes, allowing glucose to enter cell 2. Enhances cellular utilization and storage of glucose i. Activates enzymes for glucose utilization (glycolysis) and for glycogen and fat synthesis  (glycogenesis and lipogenesis) ii. Inhibits enzymes for glycogen breakdown (Glycogenolysis), glucose synthesis  (gluconeogenesis) and fat breakdown (Lipolysis) to ensure metabolism is anabolic 3. Enhances utilization of AA i. Actives enzymes for protein synthesis; inhibits enzymes that promote protein breakdown 4. Promotes fat synthesis i. Inhibits β­oxidation of FA ii. Promotes conversion of excess glucose/AA into triglycerides (lipogenesis) Factors Controlling Insulin Secretion: 1. Increased plasma glucose i. Greater than 100 mg/dL stimulates insulin secretion 2. Increased plasma AA i. Trigger insulin secretion 3. Feedforward effects of GI hormones i. Stimulated bye GLO­1 and GIP which promote anticipatory release of insulin in response to  eating ii. CCK and gastrin amplify insulin secretion 4. Parasympathetic activity i. Increases in GI tract and pancreas following a meal  ▯Stimulates insulin secretion 3 Module XIV Metabolism 5. Sympathetic activity i. Insulin inhibited by sympathetic neurons, like E and NE Glucagon is the other major hormone that exerts an appreciable influence on organic metabolism. The  major role of glucagon is to prevent hypoglycemia and the major physiological regulator of glucagon secretion  is the blood glucose concentration. A decrease in the blood glucose concentration stimulates glucagon secretion.  Increased plasma amino acids also stimulate glucagon secretion. The major physiological effects of glucagon  are on the liver. The effects of glucagon on metabolism are opposite to those of insulin. GLUCAGON: • Pancreatic hormone that elevates plasma glucose levels o Increase plasma glucose by glycogenolysis and gluconeogenesis o Increa
More Less
Unlock Document

Only pages 1,2 and half of page 3 are available for preview. Some parts have been intentionally blurred.

Unlock Document
You're Reading a Preview

Unlock to view full version

Unlock Document

Log In


Join OneClass

Access over 10 million pages of study
documents for 1.3 million courses.

Sign up

Join to view


By registering, I agree to the Terms and Privacy Policies
Already have an account?
Just a few more details

So we can recommend you notes for your school.

Reset Password

Please enter below the email address you registered with and we will send you a link to reset your password.

Add your courses

Get notes from the top students in your class.