胰島素主要作用在肝臟、肌肉及脂肪組織，控制著蛋白質、糖、脂肪三大營養物質的代謝和貯存。
(1)對糖代謝的影響。能加速葡萄糖的利用和抑制葡萄糖的生成，即使血糖的去路增加而來源減少，于是血糖降低。
①加速葡萄糖的利用。胰島素能提高細胞膜對葡萄糖的通透性，促進葡萄糖由細胞外轉運到細胞內，為組織利用糖提供有利條件，又能促進葡萄糖激酶(肝內) 和己糖激酶(肝外)的活性，促進葡萄糖轉變為6磷酸葡萄糖，從而加速葡萄糖的酵解和氧化；并在糖元合成酶作用下促進肝糖元和肌糖元的合成和貯存。
②抑制葡萄糖的生成，能抑制肝糖元分解為葡萄糖，以及抑制甘油、乳酸和氨基酸轉變為糖元，減少糖元的異生。
(2)對脂肪代謝的影響。促進脂肪的合成和貯存，抑制脂肪的分解。糖尿病時糖代謝障礙，脂肪大量動員，產生大量游離脂肪酸在肝臟氧化至乙酰輔酶A，然后變為酮體，若酮體產生過多則出現酮血癥。胰島素能抑制脂肪分解，并促進糖的利用，從而抑制酮體產生，糾正酮血癥。
(3)對蛋白質代謝的影響。促進蛋白質的合成，阻止蛋白質的分解。
(4)胰島素可促進鉀離子和鎂離子穿過細胞膜進入細胞內；可促進脫氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)及三磷酸腺苷(ATP)的合成。
另外，葡萄糖在紅細胞及腦細胞膜的進出，葡萄糖在腎小管的重吸收以及小腸粘膜上皮細胞對葡萄糖的吸收，都不受胰島素的影響。胰島素作用的靶細胞主要有肝細胞、脂肪細胞、肌肉細胞、血細胞、肺臟和腎臟的細胞、睪丸細胞等。
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