Insulin

Insulin ist das wichtigste Hormon des Kohlenhydratstoffwechsels neben Glucagon: Es kann als einziges Hormon den Blutzuckerspiegel senken. Auch im Stoffwechsel der Fettsäuren spielt es eine herausragende Rolle: Im weißen Fettgewebe stimuliert es die Triacylglycerinspeicherung und hemmt die adrenalinabhängige Freisetzung von Fettsäuren. In Muskulatur und Leber steigert es die Proteinsynthese.

Synthetisiert wird Insulin in den β-Zellen der Langerhans-Inseln im endokrinen Pankreas.

Insulin ist ein Peptidhormon (Proteohormon), das aus 2 Peptidketten besteht. Die Insulinsynthese erfolgt über mehrere Zwischenstufen. Zunächst wird das einkettige Vorläufermolekül Präproinsulin gebildet. Durch Abspalten der Signalsequenz im endoplasmatischen Retikulum entsteht das ebenfalls einkettige Proinsulin. Im Golgi-Apparat und auch in den Sekretgranula wird das Proinsulin durch limitierte Proteolyse zu reifem Insulin prozessiert, das schließlich über Exozytose freigesetzt wird.

Mechanismus der Insulinausschüttung: Hauptregulator der Insulinfreisetzung ist der Glucosespiegel im Blut. Glucose gelangt über Glucosetransporter ungehindert in die β-Zelle. Dort wird sie von der Glucokinase zu Glucose-6-phosphat umgesetzt. Die Geschwindigkeit dieses Schrittes ist von der Glucosekonzentration im Blut abhängig, da die Glukokinase eine niedrige Affinität für Glucose hat (die Glukokinase ist "DER Glucosesensor"). In den nachfolgenden Schritten der Glykolyse, des Citratzyklus und der Atmungskette entsteht dann − abhängig von der Glucosekonzentration im Blut − mehr oder weniger ATP. ATP hemmt einen ATP-sensitiven K⁺-Kanal in der Plasmamembran, sodass die Zelle depolarisiert wird. Daraufhin strömen Ca²⁺-Ionen durch einen spannungsgesteuerten Ca²⁺-Kanal in die Zelle. Die Ca²⁺-Ionen fördern schließlich die Vesikelfusion zur Freisetzung von Insulin.

Regulation der Insulinfreisetzung: An der Regulation der Insulinfreisetzung sind neben Glucose folgende weitere Faktoren beteiligt.

• Der Parasympathikus verstärkt die Insulinfreisetzung bei oraler Glucoseaufnahme.

• Die glucoseabhängig aus den enteroendokrinen Zellen des Darmes freigesetzten Hormone Glucagon-like peptide 1 (GLP-1) und glucoseabhängiges insulinotropes Peptid (GIP) verstärken die Insulinfreisetzung bei oraler Glucoseaufnahme.

• Erhöhte Konzentrationen von Aminosäuren und Fettsäuren im Blut verstärken die Insulinfreisetzung.

• Somatostatin hemmt die Insulinsekretion.

Die Signaltransduktion durch Insulin erfolgt über einen membranständigen Rezeptor mit Tyrosinkinaseaktivität. Die Bindung des Liganden Insulin führt zu einer Autophosphorylierung von intrazellulären Rezeptordomänen. An die Phosphotyrosinreste binden Proteine, die die metabolischen und die wachstumsstimulierenden Wirkungen des Insulins vermitteln.

Insulin senkt den Blutzuckerspiegel, hat aber auch noch weitere metabolische Wirkungen.
Insulin

• fördert die Glucoseaufnahme in Muskel- und Fettzellen

• fördert die Glykolyse und die Glykogensynthese in der Leber und hemmt die Gluconeogenese

• hemmt die Lipolyse und fördert die Triacylglycerinsynthese

• fördert die Speicherung von energiereichen Substraten (Glucose, Fettsäuren und Aminosäuren) vor allem in Muskel-, Fett- und Leberzellen

• stimuliert unter anderem die Proteinsynthese in den Skelettmuskelzellen

• fördert die K⁺-Aufnahme in den Intrazellularraum der Skelettmuskelzellen

Der Glucosestoffwechsel kann auch gestört sein. Diese Störungen werden unter dem Begriff Diabetes mellitus (Zuckerkrankheit) zusammengefasst, deren gemeinsames Merkmal ein relativer oder absoluter Insulinmangel ist. Man unterscheidet verschiedene Typen, von denen der Typ-1- und der Typ-2-Diabetes klinisch die wichtigsten sind.