Glucosesensor

• GLUT1
• Glucokinase
• ATP-abhängiger Kaliumkanal
• spannungsabhängiger Calciumkanal

Die Betazellen des Pankreas nehmen Glukose über das Transportprotein GLUT1 auf. Dieses Protein besitzt einen relativ niedrigen K_M-Wert von 1,5 und hat eine hohe Affinität für Glukose. Die Glukoseaufnahme in die Zelle ist damit proportional zur Blutglukosekonzentration (Enzymkinetik).

In manchen Lehrbüchern wird GLUT2 als Transportprotein in humanen Betazellen des Pankreas beschrieben, weil die Ergebnisse von Tierversuchen (Maus) auf den Menschen übertragen wurden. Diese Ansicht soll nach neueren Forschungsergebnissen jedoch falsch sein.^[1]

Das in den Zellen lokalisierte Enzym Glucokinase katalysiert in einer ATP-abhängigen Reaktion die Phosphorylierung von Glukose zu Glukose-6-phosphat. Auch dieses Enzym hat im Vergleich zu den anderen Isoformen (Hexokinasen I-III) einen relativ hohen K_M-Wert, so dass die Glukosephosphorylierung direkt von der intrazellulären Glukosekonzentration abhängig ist. Das produzierte Glukose-6-phosphat wird weiter durch Glykolyse, Citrat-Zyklus und Atmungskette verstoffwechselt, wodurch u.a. ATP entsteht.

GLUT1 und Glucokinase sorgen somit dafür, dass die Glykolyserate direkt proportional zur Blutglukosekonzentration ist.

Ein in der Zellmembran lokalisierter Kaliumkanal schließt, sobald der ATP/ADP-Quotient in der Zelle steigt. Ursächlich für das Ansteigen des Quotienten ist eine erhöhte ATP-Konzentration in der Zelle, v.a. durch die ablaufenden Prozesse Glykolyse, Citrat-Zyklus und Atmungskette. Das Schließen des Kanals führt zur Depolarisierung der Zelle.

Durch die Depolarisierung der Zellmembran öffnen ab einem bestimmten Wert spannungsabhängige Calciumkanäle (VGCCs), so dass Calcium in die Zelle einströmt. Die Zunahme der Calciumkonzentration im Zytosol bewirkt schließlich, wie in allen Zellen, die Exozytose. Im Falle der Betazellen verschmelzen jetzt die in der Zelle gespeicherten, mit Insulin gefüllten Vesikel mit der Zellmembran und Insulin wird in den Blutkreislauf ausgeschüttet.

Bei abnehmender Glukosekonzentration im Blut wird weniger Glukose in die Zelle aufgenommen und verstoffwechselt. In der Folge entsteht weniger ATP. Der Kaliumkanal wird nicht mehr blockiert und öffnet sich, wodurch die Zelle repolarisiert. Dadurch schließen sich die spannungsabhängigen Calciumkanäle und die weitere Ausschüttung von Insulin wird unterbrochen.

In dieses Regelsystem greifen viele pharmakologisch wirksame Substanzen ein, die v.a. zur Therapie des Diabetes mellitus Typ II zum Einsatz kommen, wie z.B. Sulfonylharnstoffe, Inkretin-Mimetika oder Glinide.