Helmichs Biologie-Lexikon

Insulin-Funktion in den Muskelzellen

siehe folgenden Text

Aufgabe des Insulins in Muskelzellen

Wenn das Insulin an die Insulinrezeptoren in der Membran der Leberzellen andockt, wird im Zellinnern der PIK3/Akt-Signalweg aktiviert.

Am Anfang dieses Signalweges wird das Enzym Phosphoinositid-3-Kinase (PI3K) aktiviert. Aus dem Membranlipid PIP2 wird dann durch Phosphorylierung die Verbindung PIP3, ein sogeannter second messenger. Dieser aktiviert dann u.a. die Proteinkinase B (PKB), ein Enzym, das wiederum viele andere Proteine aktiviert, indem es eine Phosphatgruppe überträgt.

In der Membran der Muskelzellen findet sich der Glucose-Transporter GLUT4, der insulinabhängig ist.

Die Transportproteine befinden sich zunächst in den GLUT4-Vesikeln im Zellplasma. Nach Aktivierung des Inuslin-Rezeptors verschmelzen diese Vesikel mit der Zellmembran, wodurch die GLUT4-Transporter in die Zellmembran eingebaut werden.

Durch diesen GLUT4-Transporter strömt dann Glucose in die Zelle. In der Zelle wird die Glucose-Konzentration stets niedrig gehalten, so dass stets weitere Glucose in das Zellplasma diffundieren kann (Aufrechterhaltung des Konzentrationsgradienten).

Zwei Stoffwechselvorgäng, die für den Abbau der Glucose verantwortlich sind, werden durch den PIK3/Akt-Signalweg aktiviert.

Glycogenese

Aus vielen Glucose-Molekülen wird der Speicherstoff Glycogen hergestellt, der manchmal auch als "tierische Stärke" bezeichnet wird. Glycogen ist ein stark verzweigtes Polysaccharid, das mit dem Amylopektin der pflanzlichen Stärke verwandt ist, allerdings ist der Verzweigungsgrad von Glycogen deutlich höher als beim Amylopektin.

Aerobe Glucose-Dissimilation

Der PIK3/Akt-Signalweg aktiviert den Abbau der Glucose in Pyruvat. Pyruvat ist das Endprodukt der Glycolyse. Umgewandelt in Acetyl-CoA fließt es dann in den Citratzyklus ein, in dem die vielen Reduktionsäquivalente (NADH/H+ und FADH2) hergestellt werden. Diese fließen dann wieder in die Atmungskette ein, wo letzten Endes ATP als Endprodukt der aeroben Glucose-Dissimilation hergestellt wird, die Universal-Energiewährung der Zelle.

Durch beide Prozesse, Glycogenese und Glucose-Dissimilation, wird der Glucose-Level in der Zelle niedrig gehalten, so dass weitere Glucose in die Zelle diffundieren kann. Dadurch wiederum wird der Blutzuckerspiegel im Körper auf einem niedrigen Niveau gehalten. Und genau das ist ja die Aufgabe von Insulin: Regulation des Blutzuckerspiegels, bei dessen Anstieg wird die Glucose-Konzentration im Blut wieder auf ein vernünftiges Maß (80 - 120 mg/dl) gesenkt.

Proteinsynthese

Die bisher beschriebenen Prozesse laufen im Prinzip genau so ab wie in den Leberzellen. Allerdings können Muskeln nicht so viel Glycogen speichern wie die Leber.

In den Muskelzellen wird durch den PIK3/Akt-Signalweg die Proteinbiosynthese aktiviert. Zunächst wird ein Transportprotein für Aminosäuren aktiviert, das sich in der Zellmembran befindet. Aminosäuren diffundieren in die Zelle und fließen dort dann in die Proteinsynthese ein.

Quellen:

  1. Lodish, Molecular Cell Biology, New York 2004
  2. Pancreas: Insulin Function (Ninja Nerd Lectures auf Youtube)