Physiologie Mensch

Biosynthese Insulin in Pankreas Beta-Zellen

Die Biosynthese von Insulin, ein lebenswichtiges Proteohormon, findet in den Beta-Zellen der Langerhans-Inseln der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) statt. Die Regulation der Traubenzuckerkonzentration (Glukose) im Blut erfolgt durch einen Regelkreis aus zwei Hormonen, die in Abhängigkeit von der Blutzuckerkonzentration ausgeschüttet werden.

Biosynthese Insulin in Beta-Zellen der Bauchspeicheldrüse Pankreas
Insulin-Biosynthese in den Beta-Zellen (Inselzellen) der Langerhans-Inseln der Bauchspeicheldrüse (Pankreas), sowie Sekretion von Insulin ins Blut; Darstellung der Insulin-Molekularstruktur.

Das Peptidhormon Insulin reguliert die Aufnahme von Glukose (Monosaccharid Glucose) in Körperzellen. Es wirkt blutzuckersenkend und ist bei der Therapie des Diabetes mellitus sehr wichtig. Insulin ist der natürliche Gegenspieler des Hormons Glucagon.

Als exokrine Drüse ist die Bauchspeicheldrüse (Pankreas, Pancreas) eine rein seröse Drüse und die wichtigste Verdauungsdrüse des Menschen. Sie produziert täglich ca. 1,5 l Sekret. Ihre Acinarzellen werden durch die Hormone Sekretin und Pankreozymin (Cholezystokinin) zur Abgabe des Verdauungssaftes (Pankreassaft) angeregt. Neben der exokrinen Drüsenfunktion werden vom endokrinen Drüsenanteil der Bauchspeicheldrüse Hormone direkt ins Blut abgegeben. Etwa zwei Prozent der Zellen sind inselförmig zusammengefasst und werden somit als Langerhans-Inseln bezeichnet. Diese sind über die ganze Bauchspeicheldrüse, hauptsächlich aber über dem Körper und dem Schwanz verteilt.

Endokrine Zellen der Bauchspeicheldrüse

Die Langerhans-Inseln bestehen aus Inselzellen (Langerhans-Zellen) und sind für die Produktion der Pankreashormone zuständig.
In den A-Zellen wird Glucagon, in den B-Zellen Insulin, in den D-Zellen Somatostatin synthetisiert. Insgesamt befinden sich ca. eine Million Inseln in einer gesunden Bauchspeicheldrüse.Innerhalb der Langerhans-Inseln kann man mindestens drei Zelltypen unterscheiden:
A-Zellen (Alpha-Zellen), etwa 10 Prozent der endokrinen Zellen, sie sind für die Produktion von Glucagon zuständig, Glucagon ist ein Peptidhormon, ein Gegenspieler des Insulins.
B-Zellen (Beta-Zellen), etwa 80 Prozent der endokrinen Zellen, setzen Insulin frei, ein Peptidhormon, das für den Zuckerstoffwechsel von besonderer Bedeutung ist.
D-Zellen (Delta-Zellen), etwa 10 Prozent der endokrinen Zellen, welche der Produktion von Somatostatin dienen, es steuert oder hemmt die Produktion der anderen beiden Zellarten.

Entstehung von Insulin aus Prä-Proinsulin

Insulin wird in den Beta-Zellen der Langerhans-Inseln des Pankreas erzeugt. Die Boten-RNA wird im rauhen endoplasmatischen Retikulum (rER) in Prä-Proinsulin übersetzt (107 Aminosäuren). An die Signalsequenz (24 Aminosäuren) schließen sich 30 Aminosäuren der B-Kette an. danach folgt das C-Peptid (30 Aminosäuren), gefolgt von der A-Kette (21 Aminosäuren). Durch Bildung von drei Disulfidbrücken (Schwefelbrücken) wird das bisher gestreckte Molekül „gefaltet“. Durch Abspaltung der Signalsequenz entsteht das Proinsulin (84 Aminosäuren). Das im rER entstandene Proinsulin verlässt, wird durch den Golgi-Apparat aufgenommen und erreicht seine endgültige Struktur (s. Biosynthese) durch Abspaltung der C-Kette. Das Insulin besteht nun aus zwei Peptidketten, der A-Kette mit 21 und der B-Kette mit 30 Aminosäuren, welche durch zwei Disulfidbrücken zusammengehalten werden (A7-B7, A20-B19). Eine dritte Disulfidbrücke verbindet die Cysteinreste der Positionen 6 und 11 der A-Kette.

Formen der Zuckerkrankheit Diabetes mellitus

Bei der Zuckerkrankheit (Diabetes mellitus) ist die Insulinbildung gestört und demzufolge der Blutzucker erhöht. Der Diabetes mellitus kann in verschiedenen Formen auftreten:

Insulinabhängiger Diabetes Typ-1 tritt vor allem schon bei Kindern und Jugendlichen auf. Die Zuckerkrankheit ist auf das Fehlen der Beta-Zellen in der Bauchspeicheldrüse zurückzuführen.

Insulinabhängiger Diabetes Typ-2 beruht auf der ungenügenden Insulinproduktion der Beta-Zellen und trifft überwiegend Erwachsene. Der Typ-2-Diabetes unterscheidet sich wesentlich vom Typ-1-Diabetes, so ist beim Typ-2-Diabetes zu viel Insulin im Blutkreislauf. Die Bauchspeicheldrüse produziert mit der Zeit immer mehr Insulin, weil die Zellen kaum noch auf das Insulin ansprechen. Sie werden resistent.

Schwangerschaftsdiabetes (Gestationsdiabetes) basiert auf erhöhten Insulibedarf während der Schwangerschaft. Neun Prozent der Frauen, die während einer Schwangerschaft an dieser Form des Diabetes leiden, entwickeln in den folgenden Jahren Typ-2-Diabetes, es betrifft meist übergewichtige Frauen.

Sekundärer Diabetes kann nach Operationen oder Entzündungen der Bauchspeicheldrüse entstehen, es fehlen die notwendigen insulinbildenden Zellen. Die Folge ist ein Insulinmangel, der nur durch äußere Zufuhr des Hormons behoben werden kann. Bei verschiedenen Hormonstörungen des Körpers kann es durch eine veränderte Stoffwechselsituation mit Verminderung der Kohlenhydrattoleranz zu einem Diabetes mellitus kommen.

Physiologie Insulin-Biosynthese Synthese, Insulin Insulinsynthese in Pankreas
Insulin-Biosynthese im rauhen endoplasmatischen Retikulum (rER) der Beta-Zellen des Pankreas.
Produktion Insulin Betazellen bei Zuckerkrankheit Diabetes mellitus
Ausschüttung Insulin aus Beta-Zellen des Pankreas in Blutkapillare ohne Befund und bei Zuckerkrankheit (Diabetes mellitus), Bild rechts.

Bilder: © MediDesign Frank Geisler

Die Bilder können direkt über das Bildarchiv www.medical-pictures.de erworben werden.

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