Insulinsynthese

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 23. Januar 2017
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Die Insulinsynthese wird im Organismus bei Nahrungsaufnahme induziert. Insulin ist ein Hormon, welches die Glukoseaufnahme der Zellen über die Zellmembran veranlasst. Eine Verringerung der Insulinsynthese führt zur Erhöhung des Blutzuckerspiegels im Blut.

Inhaltsverzeichnis

Was ist die Insulinsynthese?

Insulin kann als einziges Hormon im Organismus den Blutzuckerspiegel im Blut erniedrigen. Die Insulinsynthese ist immer notwendig, wenn bei der Nahrungsaufnahme Kohlenhydrate zugeführt werden. Dabei findet die Insulinsynthese in den Langerhansschen Zellen der Bauchspeicheldrüse statt.

Wird zu wenig Insulin produziert, kommt es zu einer Erhöhung des Blutzuckerspiegels, weil die Glukose nicht mehr in die Zellen befördert wird. Eine überschießende Insulinsynthese führt zu einer Unterzuckerung (Hypoglykämie) mit Heißhungerattacken, Unruhe und drohenden Nervenschädigungen.

Die Insulinsynthese erfolgt intervallartig und wird immer durch eine Nahrungsaufnahme angeregt. Wenn die Kohlenhydratzufuhr etwa durch Hungern erniedrigt ist, sinkt der Blutzuckerspiegel. Es bildet sich in verstärktem Maße Glukagon als der Gegenspieler von Insulin. Glukagon erhöht den Blutzuckerspiegel durch Gluconeogenese. In der Folge nimmt die Sekretion von Insulin ab und seine Synthese wird eingeschränkt.

Insgesamt ist die Insulinsynthese Teil eines komplizierten Regulationsmechanismus zur Konstanthaltung des Blutzuckerspiegels.

Funktion & Aufgabe

Durch die Bereitstellung von Insulin wird die Versorgung des Körpers mit Energie und Aufbaustoffen gewährleistet. Insulin hat einen anabolen Einfluss auf den Stoffwechsel. Dabei gehören zur Insulinbereitstellung sowohl die Insulinsynthese als auch die Insulinsekretion.

Insulin wird in den Langerhansschen Inselzellen der Bauchspeicheldrüse produziert und gespeichert. Bei einer Erhöhung des Blutzuckerspiegels gelangt Glukose über Vesikel in das Innere der Betazellen der Langerhans-Inseln, welche sofort gespeichertes Insulin freisetzen. Gleichzeitig wird die Insulinsynthese angeregt.

Dabei entsteht zunächst an den Ribosomen ein inaktives Präproinsulinmolekül mit 110 Aminosäuren. Dieses Präproinsulin besteht aus einer Signalsequenz mit 24 Aminosäuren, der B-Kette mit 30 Aminosäuren, zusätzlich zwei Aminosäuren und einer C-Kette mit 31 Aminosäuren, weitere zwei Aminosäuren und einer A-Kette mit 21 Aminosäuren.

Nach seiner Bildung wird das gestreckte Molekül durch Ausbildung von drei Disulfidbrücken gefaltet. Zwei Disulfidbrücken verbinden jeweils die A- und B-Kette. Die dritte Disulfidgruppe besteht innerhalb der A-Kette. Das Präproinsulin befindet sich zunächst im endoplasmatischen Retikulum. Von dort wird es durch die Membran transportiert, um in den Golgi-Apparat zu gelangen.

Insulin kann als einziges Hormon im Organismus den Blutzuckerspiegel im Blut erniedrigen. Die Insulinsynthese ist immer notwendig, wenn bei der Nahrungsaufnahme Kohlenhydrate zugeführt werden.

Während des Membrandurchtritts des ER wird das Signalpeptid abgespalten, welches dann in den Zisternen des endoplasmatischen Retikulums verbleibt. Nach der Abspaltung der Signalsequenz bildet sich das Proinsulin, welches 84 Aminosäuren besitzt. Nach Aufnahme in den Golgi-Apparat wird es dort gespeichert.

Wenn ein Reiz zur Freisetzung besteht, wird die C-Kette durch die Wirkung spezifischer Peptidasen abgespalten. Jetzt bildet sich Insulin, welches aus einer A-Kette und einer B-Kette besteht. Die beiden Ketten sind nur durch zwei Disulfidbrücken miteinander verbunden. Eine dritte Disulfidgruppe befindet sich innerhalb der A-Kette, um das Molekül zu stabilisieren.

In den Vesikeln des Golgi-Apparates wird dann das Insulin in Form von Zink-Insulin-Komplexen gespeichert. Dabei bilden sich Hexamere heraus, welche die Struktur des Insulins stabilisieren. Die Ausschüttung von Insulin wird durch bestimmte Reize ausgelöst. Die Erhöhung des Blutzuckerspiegels ist der wichtigste auslösende Reiz. Aber auch das Vorhandensein verschiedener Aminosäuren, Fettsäuren und Hormone wirken anregend auf die Insulinausschüttung.

Zu den auslösenden Hormonen zählen Sekretin, Gastrin, GLP-1 und GIP. Diese Hormone bilden sich immer bei Nahrungsaufnahme. Nach der Nahrungsaufnahme erfolgt die Insulinsekretion in zwei Phasen. In der ersten Phase wird das gespeicherte Insulin freigesetzt, während in der zweiten Phase dessen Neusynthese stattfindet. Die zweite Phase ist erst mit der Beendigung der Hyperglykämie abgeschlossen.

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Krankheiten & Beschwerden

Wenn die Insulinsynthese gestört ist, kommt es zu einer Erhöhung des Blutzuckerspiegels. Bei einem chronischen Mangel an Insulin wird von Diabetes mellitus gesprochen. Dabei gibt es zwei Typen von Diabetes, den Diabetes Typ I und den Diabetes Typ II.

Beim Diabetes vom Typ I handelt es sich um einen absoluten Mangel an Insulin. Durch das Fehlen oder aufgrund einer Erkrankung der Langerhansschen Inselzellen wird zu wenig oder gar kein Insulin produziert. Als Ursachen kommen schwere Entzündungen der Bauchspeicheldrüse oder Autoimmunerkrankungen infrage. Der Blutzuckerspiegel ist bei dieser Form des Diabetes extrem hoch. Ohne Insulinsubstitution führt die Erkrankung zum Tode.

Diabetes vom Typ II wird durch einen relativen Mangel an Insulin hervorgerufen. Dabei wird genügend Insulin erzeugt, wobei die Insulinsekretion sogar noch erhöht ist. Allerdings ist die Insulinresistenz erhöht, da die Wirksamkeit des Insulins aufgrund fehlender Rezeptoren herabgesetzt ist. Die Bauchspeicheldrüse muss noch mehr Insulin produzieren, um gleiche Effekte zu erreichen. Diese erhöhte Insulinsynthese führt langfristig zur Erschöpfung der Langerhansschen Inseln. Es entwickelt sich ein Diabetes vom Typ II.

Im Rahmen von hormonellen Regulationsstörungen kann es auch zu einem erhöhten Blutzuckerspiegel kommen. So entsteht bei einer erhöhten Kortisolaktivität vermehrt Glukose aus Aminosäuren durch Gluconeogenese. In der Folge wird die Insulinsynthese dauerhaft angeregt, um den Blutzuckerspiegel wieder abzusenken. Die überschüssige Glukose wird dabei in die Fettzellen befördert, wo eine verstärkte Fettbildung stattfindet. Es bildet sich eine Stammfettsucht aus. Die Erkrankung ist unter dem Namen Cushingsyndrom bekannt.

Eine dauerhaft hohe Insulinsynthese kann ebenfalls durch einen Tumor in den Langerhansschen Inselzellen ausgelöst werden. Es handelt sich dabei um einen Hyperinsulinismus, der oft durch ein Insulinom ausgelöst wird und zu wiederholter Unterzuckerung führt.

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