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Insulin

Die Entdeckung des Insulins zählt zu den größten Meilensteinen der Medizingeschichte. Davor gab es keine Therapie zur Behandlung des Diabetes. Die Diagnose Diabetes Typ 1 kam zu dieser Zeit einem Todesurteil gleich.

Heute stehen viele verschiedene Arten von Insulin zur Behandlung der Stoffwechselerkrankung zur Verfügung. Erfahren Sie mehr zur Wirkungsweise & Anwendung von Insulin.

Inhaltsverzeichnis:

Was ist Insulin?
Wie wirkt Insulin?
Wie hängen Insulin und Diabetes zusammen?
Wie wird Insulin hergestellt?

Dieser Artikel dient nur zu Informationszwecken und sollten nicht als Ersatz für medizinischen Rat oder das Lesen des Beipackzettels verwendet werden. Personen mit Diabetes sollten sich an ihren Arzt oder medizinisches Fachpersonal wenden, um eine individuelle Beratung und Empfehlungen zur Therapie zu erhalten.

Definition- Was ist Insulin eigentlich?

Pharmakologisch betrachtet ist Insulin ein lebenswichtiges Hormon, auch Peptidhormon genannt, das viele Stoffwechselvorgänge reguliert. Es senkt den Blutzuckerspiegel, indem es die Körperzellen dazu anregt, Zucker aus dem Blut aufzunehmen. Dieser Zucker stammt aus der Nahrung und gelangt nach der Verdauung ins Blut. Insulin sorgt dafür, dass der Zucker in die Zellen aufgenommen und dort zur Energiegewinnung genutzt wird.

💡 Ohne Insulin würde der Zucker im Blut verbleiben und zu hohen Blutzuckerwerten führen, was langfristig schwere gesundheitliche Probleme verursachen kann.

Chemisch gesehen ist Insulin ein Eiweiß, also ein Peptid. Weil es sich aus vielen Aminosäuren zusammensetzt, nennt man es auch Polypeptid. Es besteht aus zwei Aminosäureketten, einer A-Kette und einer B-Kette. Die A-Kette besteht aus 21, die B-Kette aus 30 Aminosäuren. Diese Ketten sind durch Disulfidbrücken, das sind Verbindungen zwischen zwei Schwefelatomen, miteinander verbunden. Auf der schematisierten Abbildung des Makromoleküls ist die Aminosäurenabfolge des menschlichen Insulins zu sehen. Die drei Buchstaben stehen jeweils für eine bestimmte Aminosäure; „Cys“ zum Beispiel für Cystein, „Tyr“ zum Beispiel für Threonin.

Tierische Insuline unterscheiden sich in der Abfolge, allerdings nur geringfügig. Schweineinsulin zum Beispiel ist dem menschlichen sehr ähnlich. Lediglich an einer einzigen Stelle in der B-Kette, bei B30, enthält es die Aminosäure Alanin statt Threonin.

Exkurs

Die Entdeckung des Insulins: Geschichte und Gegenwart

Diese ersten Insuline in den 1920er-Jahren waren einfache Extrakte aus Bauchspeicheldrüsen von Rindern mit einer Wirkdauer von maximal sechs Stunden. Dies war nicht ausreichend, also musste weiter geforscht werden. Im Jahr 1936 konnte der dänische Pharmakologe Hans Christian Hagedorn zusammen mit dem Apotheker Birger N. Jensen Insulin an ein anderes Eiweiß (das Protamin) binden, wodurch die Wirkdauer auf acht bis vierzehn Stunden verlängert werden konnte. Die nach dem Entdecker benannte Technik des NPH (Neutrales-Protamin-Hagedorn)-Insulins wird bis heute in dieser Art verwendet.

Der Bedarf an Insulin wuchs schnell, war aber schwer zu decken, solange nur tierische Insulinquellen zur Verfügung standen. Immerhin „verbrauchte“ damals ein Diabetiker wöchentlich etwa ein Schwein. Nach weiterer Erforschung gelang 1963 die erste chemische Synthese des Insulins. Allerdings war dies so aufwendig, dass es für eine industrielle Produktion nicht infrage kam.

Auch auf dem Gebiet der Biotechnologie wurden große Fortschritte erzielt. Im Jahr 1982 konnte Ciba-Geigy in Basel Insulin mit gentechnisch veränderten Darmbakterien (Escherichia coli) im industriellen Maßstab herstellen.

Im selben Jahr gelang es den Dänen Novo und Norddisk, Rinderinsulin chemisch in menschliches Insulin, also Humaninsulin, umwandeln.

Deutschland war den gentechnisch hergestellten Insulinen gegenüber zunächst skeptisch. Eine Zulassung erfolgte erst 1998.

Seit 2005 wird hierzulande kein tierisches Insulin mehr hergestellt.

Es wird weiterhin geforscht: Inzwischen gibt es Insuline, die besonders schnell wirken, wodurch praktisch kein Spritz-Ess-Abstand mehr eingehalten werden muss. Ebenso sind besonders langwirkende Varianten mit Halbwertszeiten von bis zu 25 Stunden verfügbar.

Wie wirkt Insulin?

Insulin spielt eine entscheidende Rolle im menschlichen Stoffwechsel, insbesondere in der Regulierung des Blutzuckerspiegels. Wenn wir kohlenhydrathaltige Nahrung zu uns nehmen, spaltet der Dünndarm die Kohlenhydrate aus der Nahrung unter anderem in Traubenzucker (Glucose) auf. Diese Zuckermoleküle gelangen dann durch die Darmwand in das Blut und erhöhen den Blutzuckerspiegel im Körper. Als Reaktion darauf setzen beim gesunden Menschen die sogenannten Betazellen in der Bauchspeicheldrüse Insulin frei.

Das freigesetzte Insulin wirkt, indem es an spezifische Rezeptoren auf der Zelloberfläche von Leber-, Muskel- und Fettgewebezellen bindet. Durch diese Bindung ermöglicht es den Zellen, Zucker aus dem Blut aufzunehmen und zur Energiegewinnung zu nutzen.

Zusätzlich dazu erfolgt eine Grundproduktion an Insulin, die ohne Aufnahme von Kohlehydraten ausgelöst wird. Interessant ist, dass die Abgabe des Hormons nicht fortwährend, sondern stoßweise im Abstand von wenigen Minuten erfolgt.

Insulin ist also quasi der Schlüssel, der die Zellen für die Zuckermoleküle öffnet.

Hirnzellen stellen hierbei eine Ausnahme dar, da sie Zucker auch ohne die Hilfe von Insulin aufnehmen können, was für die kontinuierliche Energieversorgung des Gehirns entscheidend ist.

Insulin ist auch an anderen Stoffwechselprozessen beteiligt, wie dem Fett- und Eiweißhaushalt. Es verhindert zum Beispiel den Abbau von Fettgewebe (Lipolyse). Fehlt Insulin und kann deswegen kein Zucker in die Zellen gelangen, nutzt der Körper das Fettgewebe zur Insulingewinnung. Dabei gelangen freie Fettsäuren in das Blut, was eine Übersäuerung, eine sogenannte Ketoazidose, zur Folge haben kann. Diese schwerwiegende Stoffwechselentgleisung kann vor allem bei Personen mit Diabetes Typ 1 auftreten.

Forscher haben zudem herausgefunden, dass Insulin das Appetitempfinden im Gehirn beeinflusst. Es aktiviert bestimmte Regionen im Gehirn und dämpft somit das Hungergefühl.

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Wo kommt das Insulin her?

Insulin wird in den Betazellen der Langerhansschen Inseln in der Bauchspeicheldrüse, die man in der Medizin als Pankreas bezeichnet, gebildet. Daher stammt auch der Name „Insulin“. Er ist von dem lateinischen „insula“ für „Insel“ abgeleitet.

Diese Langerhansschen Inseln, die auch manchmal als „Inselorgan“ bezeichnet werden, machen nur einen geringen Teil des Pankreas aus. Sie wurden 1869 von dem Mediziner Paul Langerhans entdeckt und nach ihm benannt.

Dort wird zunächst ein sogenanntes Präproinsulin gebildet, das aus 110 Aminosäuren besteht. Dieses faltet sich und ein Teil der Aminosäuren wird abgetrennt. So entsteht ein Proinsulin, das in den Betazellen gespeichert wird. Wird Insulin benötigt, spaltet sich eine weitere Aminosäurekette ab (das sogenannte C-Peptid) und das Bauchspeicheldrüsenhormon entsteht. Das C-Peptid gelangt bei der Ausschüttung von Insulin immer mit ins Blut und kann im Rahmen einer Blutuntersuchung bestimmt werden. Es dient als Messwert für die Funktionsfähigkeit der Bauchspeicheldrüse.

Exkurs

Aufbau der Bauchspeicheldrüse

Die Bauchspeicheldrüse, auch Pankreas genannt, liegt im oberen Bauch hinter dem Magen und wiegt etwa 100 Gramm. Sie besteht aus drei Teilen: dem Kopf, der in einer Schleife des Dünndarms liegt, dem Körper und dem Schwanz, der zur Milz reicht.

Die Bauchspeicheldrüse hat zwei Hauptfunktionen:

Verdauung: Sie produziert täglich etwa zwei Liter Verdauungssaft mit Enzymen, die die Nahrung im Dünndarm aufspalten.
Hormonproduktion: Spezialisierte Zellen im Schwanz der Bauchspeicheldrüse produzieren Hormone wie Insulin, das den Blutzucker reguliert. Diese Hormone werden direkt ins Blut abgegeben.

Der Bauchspeicheldrüsengang sammelt den Verdauungssaft und leitet ihn in den Dünndarm. Kurz vor der Mündung in den Dünndarm verbindet sich dieser Gang oft mit dem Gallengang, der Galle aus der Leber transportiert. Manchmal münden beide Gänge getrennt in den Darm.

In der Bauchspeicheldrüse sind neben den Beta-Zellen auch sogenannte Alpha-Zellen vorhanden. Auch diese bilden ein wichtiges Hormon, das Glukagon, mit einer entgegengesetzten Wirkung. Während Insulin den Blutzuckerspiegel senkt, sorgt Glukagon für eine Freisetzung der Zuckerreserven in der Leber und damit für einen Anstieg des Glucosespiegels.

Wie hängen Insulin und Diabetes mellitus zusammen?

Insulin spielt eine zentrale Rolle bei der Regulierung des Blutzuckerspiegels, und wenn es fehlt oder nicht ausreichend wirkt, kann das zu Diabetes mellitus führen:

Typ-1-Diabetes: Hierbei produziert der Körper kein oder zu wenig Insulin, weil das eigene Immunsystem die insulinproduzierenden Zellen in der Bauchspeicheldrüse zerstört. Betroffene müssen lebenslang Insulin spritzen.
Typ-2-Diabetes: Bei dieser Form entwickelt der Körper eine Insulinresistenz, das heißt, die Zellen reagieren nicht mehr richtig auf Insulin. Dadurch kann der Blutzucker nicht effektiv in die Zellen aufgenommen werden.

In beiden Fällen führt ein Mangel an wirksamem Insulin zu einem erhöhten Blutzuckerspiegel, was langfristig zu schweren gesundheitlichen Problemen führen kann

Wie wird Insulin für die Medizin hergestellt?

Früher konnte Insulin nur aus Tieren gewonnen werden, die in großen Mengen dafür geschlachtet werden mussten. Heute wird es fast ausschließlich gentechnisch hergestellt. Tierische Insuline spielen heutzutage in der Diabetestherapie praktisch keine Rolle mehr, in Deutschland werden sie seit 2005 nicht mehr hergestellt. In Großbritannien gibt es noch einen Hersteller, von dort kann tierisches Insulin bei Bedarf noch importiert werden.

Der Grund, warum sie nicht mehr verwendet werden, ist zu einen, dass sie aufgrund der leicht abweichenden Aminosäurensequenz ein erhöhtes Allergiepotential aufweisen, zum anderen werden für einen einzigen Menschen mit Diabetes Typ-1 allein 50 Schweine pro Jahr benötigt.

Seit in den 1980er-Jahren damit begonnen wurde, Insulin gentechnisch mithilfe von E.coli Bakterien oder Hefezellen herzustellen, ist es jetzt in praktisch unbegrenzter Menge verfügbar.

Verfügbarkeit von Insulin

Leider ist Insulin nicht überall auf der Welt so einfach erhältlich wie bei uns. In einem Bericht der WHO, der im Rahmen des Weltdiabetikertags veröffentlicht wurde, wird davon berichtet. So schreibt der WHO-Generaldirektor Dr. Tedros Adhanom Ghebreyesus: „Die Wissenschaftler, die das Insulin vor 100 Jahren entdeckten, weigerten sich, von ihrer Entdeckung zu profitieren und verkauften das Patent für nur einen Dollar. Leider wurde diese Geste der Solidarität von einem milliardenschweren Geschäft überholt, das enorme Zugangslücken geschaffen hat.“ Er sagt auch: „Zu viele Menschen, die Insulin benötigen, haben finanzielle Schwierigkeiten, es zu bekommen, oder sie verzichten darauf und verlieren ihr Leben.“ Etwa 70 Prozent des weltweit hergestellten Insulins werden von ca. 30 Prozent der Weltbevölkerung verbraucht.

Gentechnische Herstellung aus E.coli

Gentechnisch veränderte Escherichia-coli-Stämme werden eingesetzt, um Insuline und natürlich auch andere Proteine zu produzieren. Verschiedene Hersteller verwenden unterschiedliche Methoden. So ist es möglich, die beiden Aminosäuren-Stränge in zwei separaten Bakterienkulturen zu produzieren und anschließend in einem chemischen Prozess die beiden Ketten über Disulfidbrücken zu verknüpfen. In einem anderen Verfahren wird das Hormon in einem Stamm produziert und anschließend in mehreren Schritten aufgearbeitet, bis das fertige Insulin vorliegt.
Bei beiden Verfahren lagert sich der gesuchte Stoff im Innern der Bakterien an.

Gentechnische Herstellung aus Hefen

Anders als bei der Herstellung mit E.coli wird bei der Herstellung auf Hefen eine Vorstufe des Proinsulins direkt in die Nährlösung abgegeben. Dort kann es abgeschöpft, gereinigt und weiterverarbeitet werden. Dieses Verfahren wird von der dänischen Firma Novo Norddisk angewendet, dem Weltmarktführer in der Insulinherstellung.

In unserem weiterführenden Magazinartikel erfahren Sie mehr zur Insulin-Therapie bei Diabetes.

Zudem können Sie in unserem Wirkstofflexikon detaillierte Informationen zu verschiedenen Insulinen nachlesen:

Mehr über die Autorin

Diesen Artikel verfasste unsere Apothekerin Birgit Hartel.

Birgit Hartel ist Apothekerin und als Pharmazeutin bei DocMorris tätig. Sie ist besonders interessiert an den Themenbereichen Diabetes und Onkologie. Ihr Herzensanliegen ist es, komplexe Therapien verständlich zu machen und Menschen in belastenden Situationen mit verlässlichen Informationen zur Seite zu stehen.

Stand: 24.03.2025

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