Nur an den Zielzellen, also den Leber und Muskelzellen kann das Hormon andocken. Bei allen anderen Zellen kann es nicht andocken und hat daher keine Wirkung. Ein Rezeptor ist ein Protein, das in der Zellmembran der Zelle steckt und eine Verbindung ins Zellinnere hat. Wozu braucht es das? Glukagon ist, wie Insulin, ein wasserlösliches Hormon. Ein sogenanntes Peptid. Es kann nicht durch die wasserabweisende Zellmembran hindurch. Daher muss die Nachricht zum Abbau von Glykogen außen an die Zelle getragen werden, um dann innen weitergegeben zu werden

Glukagon löst einen ganz ähnlichen Mechanismus aus, wie das Hormon Adrenalin. Durch Austausch von GDP durch GTP wird eine Untereinheit instabil und löst sich aus dem Verbund. Sie aktiviert die Adenylylcyclase. Diese stellt nun viel cyclisches AMP (Adenosinmonophos-phat) her, das sofort an der Proteinkinase A bindet. Diese gibt eine Phosphatgruppe an die Phosphorylase-Kinase ab. Aber erst wenn zusätzlich Kalziumionen aus dem ER ins Zytosol strömen, wird die Phosphorylase-Kinase richtig aktiv. Jetzt kann das Glykogen abgebaut werden.

Die Hormone Insulin und Glukagon sorgen also dafür, dass für den Körper immer genug Energie bereit gestellt ist. Sie sind Stellglieder eines Regelkreises, der den Sollwert des Blutzuckers durch negative Rückkoppelung im Gleichgewicht hält. Steigt der Blutzuckerspiegel, also der Sollwert, nach einer Mahlzeit an, dann schütten die ß-Zellen Insulin ins Blut, bis der Soll-Wert wieder erreicht ist. Den Unterschied zwischen Soll-Wert und Ist-Wert nennt man Stellwert. Dieser Wert ist ausschlaggebend für die Insulinmenge, die ausgeschüttet wird.

Insulin kommt an der Zielzelle an (Bsp. Leberzelle)

Dort auf der Zelloberfläche, bindet Insulin an die Alpha Untereinheiten.

Dies hat zur Folge, dass sich die ß-Untereinheiten so weit annähern, dass sie sich gegenseitig phosphorylieren.

In der nachfolgenden Signalkette kommt es zu wiederholten Phosphorylierungen die dazu führen, dass GLUT4 Transporter in die Zelloberfläche eingebaut werden.

Das ermöglicht der Zelle in starkem Maße die Aufnahme von Glukose (wodurch der Blutzuckerspiegel sinkt)

Die Glukose wird entweder sofort verstoffwechselt (Glycolyse) oder, bei Überangebot in Form von Glykogen gespeichert.

Obwohl die ß-Zellen nicht direkt zur Bauchspeicheldrüse (Pankreas) gehören, nützen sie die optimale Durchblutung dieses Organs, um das Hormon Insulin ins Blut aus zu schütten. – Oder eben auch nicht.

Unsere nächsten Artikel werden die Vorgänge der Blutzuckerregulierung beleuchten. Sehr genau beleuchten und natürlich in 3D-Bilder packen.

Die Betazelle bildet das Zentrum dieses hormonellen Regelkreis. Sie sorgt dafür, dass die Nahrung, die wir aufnehmen und die über die Darmschleimhaut ins Blut aufgenommen wird, auch tatsächlich in die Zellen gelangt.
Glukose ist ein wasserlösliches Molekül und kann die lipidhaltige Membran der Zellen nicht durchdringen. Obwohl die Zellen über den Darm und anschließend die Blutgefäße mit Glukose versorgt werden, können sie den Brennstoff Glukose nicht aufnehmen. Sie würden also im wahrsten Sinne des Wortes verhungern und könnten ihre Aufgaben nicht mehr wahrnehmen (Diabetes!).
Die Betazellen schütten das Hormon Insulin aus. In diesem Artikel zeigen wir die Aktivierung der Betazelle. Woher weiß die Betazelle, wann sie das Insulin ausschütten muss? Und wie geschieht das?

Glukose erreicht die Betazelle

Wenn die Konzentration von Glukose im Blut ansteigt (nach einer Mahlzeit) dringen die Glukosemoleküle durch sogenannte GLUT2 Transporter in die Betazelle ein.

Betazelle außen 01
Betazelle außen 02
Betazelle innen 01
Betazelle innen 02

Dort bewirken sie, dass die Kaliumkanäle, die ständig Kalium aus der Zelle hinausbefördern deaktiviert werden.

Kaliumkanal
Kaliumkanal wird über ATP geschlossen. Rechts und links im Bild sind die Kalziumkanäle zu erkennen

Gleichzeitig dringen von außen ständig positiv geladene Kalzium Ionen durch die Kalziumkanäle nach innen. Irgendwann ist der Ladungsunterschied des Membranpotentials kurzzeitig bei 0.

Dadurch wandern die Zinkgebundenen Insulinhormone in Bläschen an die Zellmembran, wo sie mit der Membran verschmelzen und dabei die Hormone ausschütten.

www.youtube.com/watch?v=fFH01HI31gE

www.youtube.com/watch?v=UGIsXL6TsYI

Damit sie diese Aufgabe wirkungsvoll erfüllen können, werden sie über die Baucharterie bez Bauchvene mit Blut versorgt.

Die Blutgefäße bilden im Inneren der Niere eine kegelförmige Anordnung. Die intensivste Durchblutung erfährt das äußere Nierenmark. Die Blutgefäße versorgen einerseits das Nierengewebe, führen aber hauptsächlich in die Bowmanschen Kapseln, wo sie sich zu den Glomeruli verknäueln.

Spezielle Zellen, die Podozyten, bilden in der Kapsel ein feinmaschiges Netz, dass fast alle löslichen Blutbestandteile aus dem Blut heraus filtert. Das sind am Tag ca 180 Liter (bei Erwachsenen) Einzig einige Eiweiße und die roten Blutzellen verbleiben in den Glomeruli. Sie verlassen die Bowmansche Kapsel wieder über die abführende Arteriole entlang dem Tubulus.

Damit die ungeheure Wassermenge und bestimmte Eiweiße zurückgewonnen werden, fließt der Primärharn durch ein Tubulussystem, das eng von feinsten Adern (Kapillaren) umgeben ist. Das osmotische Gefälle zwischen dem stark eingedickten Blut in der abführenden Kapillare und dem wasserhaltigen Primärharn führt das Wasser vor allem im abfallenden Teil des Tubulus und der Henleschen Schleife wieder zurück ins Blut.

Um auch die wichtigen Eiweiße zurück zu gewinnen, gibt es einen besonderen Mechanismus: Auf der Hinterseite der Tubuluszelle, also der Seite, die der Kapillare zugewandt ist, wird aktiv Kalium aus dem Blut in die Zelle transportiert und synchron dazu Natrium aus der Zelle ins Blut abgegeben. Mit dem Natrium verlässt auch das Eiweiß die Tubuluszelle in Richtung Blut, weil das Natrium mit dem Durchtritt der Zellwand auch dem Eiweiß einen Durchschlupf gestattet. Was passiert dadurch?

Der Natriumgehalt in der Zelle nimmt ab. Der Kaliumgehalt nimmt zu.
Schauen wir uns jetzt die Vorderseite der Tubuluszelle an, so sehen wir, dass Natrium in die Zelle diffundiert und Kalium die Zelle verlässt. Das hat seine Ursache im osmotischen Druckgefälle: Die Zelle ist relativ natriumarm. – Das Natrium wird auf der Zellhinterseite ständig hinausbefördert. Aber relativ kaliumreich, denn Kalium wird je ständig hineingeschaufelt.

Im Tubulus ist relativ viel Natrium vorhanden. Dieses dringt also in die Tubuluszelle ein und öffnet dabei wieder ein Türchen für das Eiweiß, das quasi huckepack mit dem Natrium in die Zelle transportiert wird.
Auf diese Weise gelingt es dem Körper, alle wichtigen Bestandteile des Primärharns wieder ins Blut aufzunehmen.

Der restliche Harn fließt in ein Sammelröhrchen und von dort ins Nierenbecken. Über die Harnleiter wird er dann in die Blase geführt.

Für die Dreharbeiten zu unserer DVD über die Niere waren wir auf der Suche nach Jugendlichen deren Nieren nicht funktionieren. Wir dachten, dass man am besten versteht, wie wichtig diese Organe sind, wenn man begriffen hat, wie ein Leben ohne Nieren aussieht.

Wir fanden eine Gruppe von Jugendlichen, die unter der Obhut von Prof. Dr. Hoppe am Uniklinikum Köln drei mal die Woche Dialyse machen. Das bedeutet, dass drei mal die Woche eine Maschine die Blutwäsche für 4-5 Stunden übernimmt, die gesunde Nieren 24 Stunden am Tag leisten.

Omar ist einer der jungen Patienten. Eine Nierentrans- plantation hat er schon hinter sich, doch die Spenderniere wurde durch Viren zerstört. Als echter Medien Profi kann Omar die vielseitigen Funktionen der Niere erklären und die medizinisch nötigen Maßnahmen erläutern, die nötig sind, um die Nieren wenigstens teilweise zu ersetzen.

Die belastende Situation der Dialyse wird in Köln so optimal wie möglich gestaltet, den Jugendlichen wird mit Spielen, Computerkursen, Sport, Nachhilfe und Ausflügen die Zeit verkürzt. Es ist eine verschworene Gemeinschaft die sich regelmäßig im Dialyseraum trifft, jeder nimmt Anteil am Schicksal der anderen.

Prof. Dr. Hoppe kennt viele der Patienten seit dem Säuglingsalter und betreut und begleitet sie, bis die Erwachsenenstation die Patienten übernimmt.

Einstweilen haben die Kids mit Unterstützung der Klinik ihr eigenes Internetfernsehen ins Leben gerufen. Hier kommen Themen rund um die Niereninsuffizienz, Dialyse und Transplantation zur Sprache. Die Bedeutung der Niere wird so auch für den Laien hautnah erfahrbar.

Wir können wirklich von Glück sagen, das wir diese tapferen, lebenslustigen, kreativen und filmbegabten Patienten und ihren aufgeschlossenen und hilfsbereiten Arzt treffen und für die DVD gewinnen konnten!

Die DVD „Die Niere und ein Leben mit der Maschine“ ist seit April 2010 bei Focus-multimedia erschienen. www.focus-multimedia.de

Durch das Andocken des Adrenalins an einen G-Protein gekoppelten Rezeptor, verändert sich ein Teil des Rezeptors auf der Innenseite. So kann sich eine Untereinheit lösen und die Phosphoinositidase an der Zellmembran aktivieren. Dieses Enzym spaltet Inositoltriphosphat, kurz IP3, und Diacylglycerol von PIP2 ab.

Die IP3-Teilchen schwemmen jetzt in die Zelle. Dort treffen sie auf die labyrinthartigen Ausbuchtungen des Endoplasmatischen Reticulums, das überall in der Zelle zu finden ist.

Das ER hat kleine Kanäle, die ins Innere führen. Die IP3 Moleküle öffnen diese Kanäle und sofort sprudeln Kalziumionen in die Zelle.

Jetzt kommt noch ein Enzym ins Spiel. Es wird durch die Kalziumionen aktiviert und bewirkt in diesem Fall letztendlich, dass sich die Adern im Muskelgewebe weiten.

Dadurch wird der Muskel besser durchblutet und leistungsfähiger. Allerdings hat das Hormon in den verschiedenen Zellen die unterschiedlichsten Wirkungsweisen. So bewirkt es die Erweiterung der Bronchien, Bremsen der Verdauung, Herzschlagerhöhung, Reduktion der Schmerzempfindung…