Insulin

Insulin wird in den Betazellen (auf dem Foto hier eingefärbt) der Langerhans'schen Inselzellen synthetisiert (Hier ein Ablaufschema). Die Betazellen machen etwa 80% der Zellen innerhalb der Inselzellen aus.

Es ist ein zweikettiges Peptidhormon (A-Peptid mit 21 Aminosäuren und B-Peptid mit 30 Aminosäuren) (Schema), verknüpft durch zwei Disulfidbrücken, das nicht nur den Blutzucker senkt sondern darüber hinaus auch noch andere Aufgaben im Körper erfüllt:

• Es steigert den Transport von Glucose in die Skelettmuskel- und Fettzellen
• Es steigert die Glykogensynthese, bzw. hemmt die Glykogenolyse
• Es stimuliert die Proteinbiosynthese
• Es steigert die zelluläre Aminosäurenkonzentration
• Es hemmt die Lipolyse
• Es hemmt die Gluconeogenese

Die Plasmahalbwertzeit von Insulin beträgt 7-15 Minuten, Abbau erfolgt nach reduktiver Spaltung der Disulfidbrücken durch Glutathion-Insulin-Transhydrogenase über proteolytischen Abbau der nun isolierten Ketten.

Insulin und Glucosestoffwechsel:

Um den Blutzucker möglichst konstant zu halten ist ein gut eingespieltes Gleichgewicht zwischen Insulin, Glukagon und Gluconeogenese erforderlich. Da die Gluconeogenese ein ständig laufender Prozess ist, um Nervenzellen zu ernähren (die ihre Energie vorwiegend aus Glucose gewinnen) muss natürlich auch ständig ein bestimmter Insulinspiegel aufrechterhalten werden. Daher reißt die Insulinproduktion nie ab. Im nachfolgenden Bild ist diese Basalsekretion blau dargestellt.

Die roten Gipfel entsprechen den Insulinausschüttungen, die nach einer kohlenhydrathaltigen Mahlzeit entstehen.

Kohlenhydrate können nur als Monosaccharide resorbiert werden. Die dafür notwendigen Enzyme sind das im Mundspeichel enthaltene Ptyalin und die pankreatische Amylase.

Über das Kapillarnetz der Darmzotten wird die Glucose dann ins Blut aufgenommen.

Der Sekretionsreiz für Insulin kann durch viele Mechanismen entstehen. Der erste Reiz ist ein hormongesteuerter (ACTH=adrenocorticotropes Hormon und STH=somatotropes Hormon), der schon beim Anblick der Speisen erfolgt. Ebenso wie beim zweiten Reiz, der über gastrointestinale Hormone, die beim Beginn der Verdauungsbewegungen abgegeben werden (GIP=gastrisch inhibitorisches Peptid und GLP-1=Glucagon-like-peptide), werden hier kleinste Mengen Insulin freigesetzt, die bis dahin in den Granula der Beta-Zelle zwischengespeichert waren. Das ist quasi die "Initialzündung" der Insulinantwort.

Der stärkste Reiz ist jedoch die Erhöhung der Glukosekonzentration im Blut, also des BZ-Spiegels. Dies löst eine kaskadische Reaktion innerhalb der Betazelle aus, durch die Insulin synthetisiert und freigesetzt wird. (Anstieg der intrazellulären ATP-Konzentration durch Glucose-Metaboliten, dadurch Schluss ATP-abhängiger Kaliumionenkanäle, dadurch Depolarisation der Zelle mit konsekutivem Öffnen spannungsabhängiger Calciumionenkanäle und durch die Erhöhung der intrazellulären Calciumkonzentration wird dann Insulin freigesetzt)

Insulin reagiert dann mit den Insulinrezeptoren auf der Zellmembran der Zielzelle und löst so einen intrazellulären Prozess aus, der zur Bildung/Aktivierung von Glucosetransportmolekülen führt, den GLUT. Wir kennen verschieden Unterarten, z.B.:

• Glut-1 = Erythrozyten, Nervenzellen des Gehirns, Plazenta, Niere und Colon
• Glut-2 = Leber, pankreatische Betazellen, Niere, Dünndarm
• Glut-3 = Nervenzellen des Gehirns, Plazenta, Niere
• Glut-4 = Skelettmuskel, Herzmuskel und Fettgewebe
• Glut-5 = Dünndarm und Niere

Die GLUT öffnen dann einen Transmembrankanal, durch den genau ein Glucosemolekül in die Zelle gelangen kann. Sie bleiben noch eine Zeitlang geöffnet und treten dann wieder ins Zytoplasma über. Diese Glucosetransporter werden nicht nur bei Bedarf aktiviert/gebildet (sie liegen in cytoplasmatischen Vesikeln vor), sondern sind auch in geringerer Anzahl auf der Plasmamembran lokalisiert, was den Insulinunabhängigen Glucosetransport ermöglicht. Nach größeren körperlichen Aktivitäten können sie sich so erweitern, dass sie auch mehrere Glucosemoleküle auf einmal ins Zellinnere schleusen.

Die Rezeptoren bestehen aus zwei "Teilen": der eine Teil bildet an der Zellmembran die Docking-Stelle für das Insulin, der andere Teil liegt im Zellinneren. Bindet Insulin an den Rezeptor, so wird der gesamte Komplex (Insulin und Rezeptor) ins Zellinnere überführt und wirkt dort als Enzym. Allerdings haben diese Rezeptoren nach "Gebrauch" eine gewisse Latenzzeit. Und so kann es dazu führen, dass über längere Zeit erhöhte Insulinspiegel eine Rezeptor-Down-Regulation bewirken.

Insulin und Fettstoffwechsel:

Insulin führt ja nicht nur den Muskelzellen die Glucose zu, sondern auch den Fettzellen. Von denen wird die Glucose unter Mithilfe des Insulins zu Speicherfett synthetisiert. Gleichzeitig hemmt Insulin die Lipolyse und es wird schwieriger, sein Körpergewicht zu reduzieren.

Andererseits behindern die bei der Fettspaltung entstehenden und durch die Nahrung aufgenommenen freien Fettsäuren den Insulinrezeptor, so dass es zu einer Insulinresistenz kommen kann. Man spricht dann auch von einer Fettsäureresistenz.

Insulin ist ein anaboles Hormon, weswegen es auch in der Tiermast eingesetzt wird. (Stichwort: Masthormon). Nach dem zweiten Weltkrieg wurde unterernährten Stadtkindern Insulin in geringen Dosen verabreicht, damit sie leichter an Gewicht zulegen konnten.