Die Glucoseaufnahme in Muskel- und Fettzellen ist ein höchst komplexer Vorgang, der beim Gesunden durch das Hormon Insulin gesteuert wird. Die Animation versucht diesen Zusammenhang möglichst einfach darzustellen.

  1. Hohe Blutglukosespiegel induzieren in den B-Zellen der Langerhans’schen Inseln der Bauchspeicheldrüse eine vermehrte Insulinfreisetzung. Insulin bindet an die Insulinrezeptoren auf Muskel- und Fettzellen und ermöglicht auf intrazelluläre Domäne eine Konfigurationsänderung des Insulinrezeptors. Das hat zur Folge, dass der Insulinrezeptor autophosphoryliert wird und somit aktiv wird.(Der Insulinrezptor gehört zu den enzymgekoppelten Rezeptoren mit Tyrosin-Kinase-Aktivität.)
  2. Die Phosphorylierung des Insulinrezeptors schafft einen Ankerplatz für das Insulinrezeptorsubstrat  (IRS), das mit hoher Affinität an den Insulinrezptor bindet und nun seinerseits unter Verbrauch von ATP phosphoryliert wird. Das Binden von Phosphat ist wie ein An- und Ausschalter, so dass die Substrate nach Phosphorylierung entweder in einem aktiven oder inaktiven Zustand vorliegen. In dieser Signalkaskade bewirkt die Phosphorylierung eine Aktivierung der Substrate.
  3. An das aktivierte IRS bindet nun das Enzym Phosphoinositid-3-Kinase (PI-3-K), das nach Anbindung selbst in den aktiven Zustand überführt wird.
  4. Diese aktivierte PI-3-Kinase bewirkt die Phosphorylierung eines spezifischen Membran-Phospholipids, nämlich Phosphoinositol-4,5-Bisphosphat (abgekürzt PIP2) zu Phosphoinositol-3,4,5-Triphosphat (PIP3).
  5. PIP3 stellt einen wichtigen Ankerplatz für das Enzym Proteinkinase B (nicht wie gesprochen Phosphokinase B) dar. Sobald die Proteinkinase B (PKB) an das PIP3 andockt, wird es durch die Phosphoinositid-abhängige Kinase-1 (PDK1) unter ATP-Verbrauch phosphoryliert und dadurch aktiviert.
  6. Die aktive Proteinkinase B (auch AKT genannt) hat unterschiedlichste intrazelluläre Aufgaben, aber unter anderem ist sie für die Translokation von GLUT4 haltigen Golgivesikeln in Richtung Zellmembran verantwortlich. Diese wandern zur Zellmembran und verschmelzen mit dieser, so dass nun Glukosetransporter 4 (Glut4) in einer viel höheren Dichte in den Zellmembranen der Muskel- und Fettzellen vorkommen und den Einstrom der Blutglukose in diese Zellen ermöglichen. Dies hat ganz wesentliche Auswirkungen, da postprandial im Durchschnitt 75 bis 90% der Blutglukose in Muskel- und Fettzellen abfließt.
  7. Sobald Insulin vom Insulinrezeptor abdiffundiert, um intrazellulär abgebaut zu werden, endet dieser Prozess und die Glukosetransporter 4 werden durch einen endozytotischen Prozess ins Zellinnere wieder abgeschnürt.
  8. Der hier dargestellte Prozess ist beim Adipösen und Typ II Diabetiker gestört. Diese Störung wird als Insulinresistenz beschrieben. Wo genau die Insulinkaskade unterbrochen wird ist zum Teil ganz unterschiedlich. Es ist bekannt, dass Typ II Diabetiker zum einen eine wesentlich geringere Zahl an Insulinrezeptoren exprimieren, zum anderen sind Störungen im Bereich des Insulinrezptorsubstrates 1 (IRS-1) und in der weiteren Signalkaskade bekannt. Das hat zur Konsequenz, das trotz ausreichender oder z.T. übermäßiger Insulinproduktion die Wirkung des Insulins an Muskel- und Fettzellen ausbleibt und der Einstrom von Glukose in diese Zellen unterbleibt. Mit fatalen Folgen, die beim Typ II Diabetes hinlänglich bekannt sind.

Diese Inhalte sind Teil der Diätassistentenausbildung an unserer Schule. Wenn ihr Interesse bekommen habt, seht euch doch weitere Filme und Animationen von uns auf You Tube an. Viel Spaß!

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