Insulin

Die Geschichte der Entdeckung des Insulins

Die Erforschung des Insulins ist eine der spannendsten Geschichten der Biochemie.

1869 wurde erstmals von dem deutschen Arzt PAUL LANGERHANS (1847–1888) die Beobachtung gemacht, dass es verschiedenartig geformte Zellgruppen innerhalb der Bauchspeicheldrüse gibt (langerhanssche Inseln).

1889 entdeckten MINKOWSKI (1858–1931) und MERING (1849–1908), dass sich nach Entfernung der Bauchspeicheldrüse aus dem Organismus die Zuckerkrankheit entwickelt. Durch eine nachfolgende Implantation von Bauchspeicheldrüsengewebe unter die Haut konnten die Symptome dieser Krankheit wieder aufgehoben werden. Es gelang aber auch nach vielfältigen Versuchen nicht, einen Inhaltsstoff aus dem Bauchdrüsengewebe zu isolieren, mit dem ebenfalls die Symptome der Zuckerkrankheit aufgehoben werden konnten.

Erst sehr viel später gelang es den kanadischen Wissenschaftlern SIR FREDERICK BANTING (1891–1941) und CHARLES BEST (1899–1978) dieses Rätsel zu lösen. 1921 konnten sie erstmals Insulin – so wurde der Wirkstoff damals genannt – isolieren.

Was war passiert? BANTING und BEST gingen von der Hypothese aus, dass das Insulin in den langerhansschen Zellen der Bauchspeicheldrüse erst gebildet wird und deshalb bisher nicht in größeren Mengen isoliert werden konnte. Des Weiteren bestand die Möglichkeit, dass es bisher während der herkömmlichen Isolierung und Aufarbeitung zerstört worden ist. Diese Zerstörung bzw. Inaktivierung versuchte man durch die Wirkung von proteolytischen Enzymen an einem Eiweißmolekül zu erklären. Also führten sie ihre Extraktion in der Kälte an speziell bearbeiteten Bauchspeicheldrüsen durch und erzielten somit den erwünschten Durchbruch in der Insulinentdeckung. Danach ging die weitere Erforschung sehr schnell. 1926 konnten erstmals Kristalle isoliert werden, 1954 wurde dann die Aminosäuresequenz von SANGER (1918–2013) aufgeklärt und danach konnte die total synthetische Herstellung erfolgen. Seit Anfang der 1980er-Jahre erfolgt die Insulinsynthese mithilfe der Gentechnologie in Escherichia-coli-Bakterien.

Insulinsynthese im Organismus und Insulinwirkungen

Insulin ist ein Hormon, welches den Blutzucker- (Glukose-)-gehalt im Organismus reguliert. Es wird in den β-Zellen der langerhansschen Inseln der Bauchspeicheldrüse gebildet und bei Ansteigen des Blutzuckerspiegels (z. B. nach einer Mahlzeit) ausgeschüttet. Wenn der Blutzuckerspiegel daraufhin wieder sinkt und eine kritische Grenze unterschritten wird, stoppt die Insulinsekretion und die Leber beginnt Glukose auszuschütten, um eine Unterzuckerung (Hypoglykämie) zu vermeiden. Des Weiteren kann die Insulinsekretion auch durch das vegetative Nervensystem beeinflusst werden.

Insulin ist ein einfach gebautes Protein. Es besteht aus zwei Polypeptidketten, die durch Disulfidbindung miteinander verbunden sind. Humaninsuline und die Insuline vom Schwein bzw. Rind sind in ihrer biologischen Wirkung durchaus identisch, unterscheiden sich jedoch geringfügig in ihrer Aminosäuresequenz.

Insulin unterstützt die Aufnahme von Glukose in die Zellen, wo diese nach Oxidation in Energie für den Körper umgewandelt wird. Im Fettgewebe fördert es die Ablagerung von Glukose, die Umwandlung von Glukose in Fettsäuren und hemmt gleichzeitig die Bildung von Eiweißen aus Glukose. Im Muskelgewebe fördert es die Aufnahme von Aminosäuren zur Eiweißsynthese. In der Leber unterstützt es die Umwandlung von Glukose in Glykogen (Speicherform für Kohlenhydrate) und hemmt die Glukoneogenese (Glukoseneubildung aus Pyruvat und Aminosäuren). Die Wirkung des Insulins wird durch Glukagon (Bauchspeicheldrüsenhormon) und Adrenalin (Nebennierenmarkhormon) gegenseitig beeinflusst.

Eine unzureichende Insulinproduktion im Körper führt zur Ausbildung der Zuckerkrankheit oder des Diabetes mellitus, der häufigsten Stoffwechselerkrankung in der Bundesrepublik Deutschland (2–3 % der Bevölkerung sind betroffen). Die Ursachen dieses Insulinmangels werden einerseits auf genetische Faktoren und andererseits auf äußere Einflüsse (Fehlernährung) zurückgeführt. Die Behandlung dieser Erkrankung schließt neben einer Ernährungsumstellung häufig auch die Gabe von Insulin (Einspritzung) ein.

Dieses Insulin wird meistens aus den Bauchspeicheldrüsen von Rindern oder Schweinen gewonnen. Aufgrund der dabei gegebenen Allergiegefahr durch Fremdproteine wird heutzutage Insulin auch gentechnisch hergestellt. Alle Insulinpräparate müssen in ihrer Wirkung normiert werden. Die Einstellung erfolgt nach internationalen Einheiten (I.E.) und wird von staatlicher Seite kontrolliert.