Insulinproduktion
Medizinische Expertise: Dr. med. NonnenmacherQualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer nat. Frank Meyer
Letzte Aktualisierung am: 28. Februar 2024Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.
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Die Insulinproduktion findet in den Langerhans-Inseln der Bauchspeicheldrüse statt. Eine mangelnde oder fehlende Insulinproduktion führt zu einem Diabetes mellitus Typ 1.
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Was ist die Insulinproduktion?
Insulin ist ein lebenswichtiges Hormon, das zusammen mit Glucagon den Blutzuckerspiegel reguliert. Es wird in den ß-Zellen (Betazellen) des Pankreas gebildet. Die ß-Zellen finden sich nur in den Langerhans-Inseln. Abgeleitet von dem lateinischen Wort insula, verliehen die Langerhans-Inseln dem Hormon seinen Namen. Insulin hat die Aufgabe den Blutzuckerspiegel zu regulieren. Dafür schleust es Glucose aus dem Blut in die Körperzellen ein.
Bei einer mangelnden oder fehlenden Insulinproduktion kommt es zu einem Diabetes mellitus Typ 1. Es handelt sich dabei um eine Autoimmunerkrankung. Während beim Diabetes mellitus Typ 1 ein absoluter Insulinmangel vorliegt, gibt es beim Diabetes mellitus Typ 2 einen relativen Insulinmangel. Im Blut ist viel Insulin vorhanden, dieses reicht aufgrund einer Insulinresistenz der Zellen allerdings nicht aus, um die Glucose in die Zellen zu transportieren. Auf lange Sicht kann ein Diabetes mellitus Typ 2 allerdings auch in einen Insulinmangel münden.
Die Insulinsynthese erfolgt in den Langerhans-Inseln. Die Messenger-RNA wird in einem ersten Schritt an den Ribosomen in das Präproinsulin übersetzt. Es handelt sich dabei um ein Protein, das aus 110 Aminosäuren besteht. In einem nächsten Schritt wird das Molekül gefaltet. Dabei entstehen zwei Ketten, die durch Disulfidbrücken verbunden werden.
Für diese Verbindung ist das Signalpeptid nötig. Es wird nach erfolgter Verbindung abgespalten. Durch eine weitere Abspaltung des C-Peptids entsteht nach der Durchwanderung des Golgi-Apparats das eigentliche Insulinmolekül. Das Insulinmolekül besteht dann aus zwei Peptidketten. Nach der Produktion werden die einzelnen Insulinmoleküle in den Vesikeln des Golgi-Apparats gespeichert. Diese liegen direkt an der Zellmembran der Insulin-produzierenden ß-Zellen.
Funktion & Aufgabe
Die Insulinausschüttung erfolgt stoßweise. So werden alle drei bis fünf Minuten Insulinmoleküle ins Blut abgegeben. Dabei ist ein biphasischer Verlauf erkennbar. Die erste große Insulinausschüttung erfolgt drei bis fünf Minuten nach der Nahrungsaufnahme. Dieser erste Peak dauert rund zehn Minuten an. Die Insulinmoleküle stammen hier größtenteils aus dem Speicher. Die zweite Phase dauert dann so lange, wie im Blut eine Hyperglykämie besteht. Diese Phase wird vor allem durch neu gebildetes Insulin bestimmt. Die Insulin-produzierenden Zellen sind während dieser zweiten Phase nach der Nahrungsaufnahme sehr aktiv und produzieren reichlich Insulin.
Im Blut sorgt Insulin dafür, dass die Glucose aus dem Blut in die Zielzellen gelangt. Dafür bindet sich das Hormon an spezielle Insulinrezeptoren und ermöglicht den Glucosemolekülen so den Eintritt in die Zielzellen. Muskel- und Leberzellen verfügen über besonders viele Insulinrezeptoren. Sie können deshalb innerhalb kürzester Zeit große Mengen Glucose aufnehmen und in Form von Glycogen speichern oder zu Energie umwandeln.
Krankheiten & Beschwerden
Die Autoimmunvorgänge in der Bauchspeicheldrüse verlaufen in der Regel schleichend und bleiben lange unbemerkt. Erst wenn 80 Prozent der ß-Zellen zerstört sind, reicht die Insulinproduktion nicht mehr aus, um den Blutzuckerspiegel zu senken.
Die ersten Symptome zeigen sich dann innerhalb weniger Tage oder Wochen. Typisch für einen Diabetes mellitus Typ 1 sind vermehrter Durst und großer Harndrang. Die Betroffenen sind aufgrund des Energiemangels müde und abgeschlagen. Sie leiden unter trockener Haut und schuppiger Kopfhaut.
Ein azetonartiger Geruch der Atemluft ist Hinweis auf eine Ketoazidose und damit auch ein Zeichen für eine Stoffwechselentgleisung. Wenn die Zellen nicht mehr ausreichend Glucose zur Energiegewinnung erhalten, generieren sie Energie aus Fetten. Dabei entstehen Ketonkörper. Diese sorgen in großen Mengen für eine Übersäuerung des Körpers. Es entwickelt sich eine sogenannte metabolische Azidose. Charakteristisch für diese Übersäuerung ist ein obstartiger Geruch der Atemluft und die Kussmaul-Atmung.
Beim Diabetes mellitus arbeiten die ß-Zellen der Bauchspeicheldrüse zunächst normal. Sie produzieren ausreichend Insulin, allerdings sind die Zellen insulinresistent. Damit die Glucose aus dem Blut in die Zellen gelangt, sind immer größere Mengen Insulin nötig. Trotz der erhöhten Insulinwerte im Blut kommt es zu Hyperglykämien. Hier liegt also nicht, wie beim Diabetes mellitus Typ 1, ein absoluter Insulinmangel, sondern ein relativer Insulinmangel vor. Hält dieser Zustand länger an, entwickelt sich ein Teufelskreis. Die ß-Zellen produzieren immer mehr Insulin und zeitgleich werden die Körperzellen immer unempfindlicher gegenüber dem Hormon. Dadurch erhöht sich wieder die Insulinproduktion. Schlussendlich können die Zellen der Bauchspeicheldrüse erschöpfen, sodass die Insulinproduktion komplett oder teilweise eingestellt wird. Dann liegt, ähnlich wie beim Diabetes mellitus Typ 1, ein absoluter Insulinmangel vor.
Quellen
- Classen, M., Diehl, V., Kochsiek, K. (Hrsg.): Innere Medizin. Urban & Fischer, München 2009
- Koop, I.: Gastroenterologie compact. Thieme, Stuttgart 2013
- Lehnert, H., Werdan, K.: Innere Medizin. Thieme, Stuttgart 2006