Insulin

Insulin ist neben Glucagon ein sehr wichtiges Hormon des Kohlenhydratstoffwechsels: Es kann als einziges Hormon den Blutzuckerspiegel senken und regt den Fettaufbau an. Insulin reguliert besonders in Muskulatur, Fettgewebe und Leber den Intermediärstoffwechsel.

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

Insulin ist ein Peptidhormon (Proteohormon), das aus zwei Peptidketten besteht. Die Insulinsynthese erfolgt über mehrere Zwischenstufen. Zunächst wird das einkettige Vorläufermolekül Präproinsulin gebildet. Durch Abspalten der Signalsequenz 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.

Der Mechanismus der Insulinausschüttung ist gut untersucht. Glucose wird über den Glucosetransporter GLUT1 proportional zu ihrer Konzentration aus dem Blut von den β-Zellen aufgenommen und dort oxidativ abgebaut, wobei ATP entsteht. Durch den steigenden ATP-Spiegel wird ein ATP-abhängiger K⁺-Kanal in der Zellmembran gehemmt, sodass die Zellmembran depolarisiert. Daraufhin strömt Ca²⁺ durch einen spannungsgesteuerten Ca²⁺-Kanal in die Zelle. Die Ca²⁺-Ionen fördern schließlich die Freisetzung von Insulin.

Die Regulation der Insulinfreisetzung erfolgt hauptsächlich durch den Blutzuckerspiegel. Da Insulin jedoch neben seiner Bedeutung für den Blutzuckerspiegel auf viele weitere Stoffwechselfunktionen wirkt, wird seine Freisetzung von zahlreichen weiteren Faktoren gesteuert, darunter

• die Aktivität von Sympathikus bzw. Parasympathikus,

• die Anwesenheit von Somatotropin bzw. Somatostatin und

• der Aminosäure- und Fettsäurespiegel im Blut.

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

• 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

• hemmt die Lipolyse und fördert die Lipogenese

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.