Glucagon

Glucagon

Glucagon

Strukturmodel von Glucagon (Ball and Stick Modell)
Vorhandene Strukturdaten: 1bh0, 1d0r, 1nau
Eigenschaften des menschlichen Proteins
Masse/Länge Primärstruktur 29 Aminosäuren, 3483 Da
Präkursor Preproglucagon
Bezeichner
Gen-Namen GCG; GLP1; GLP2; GRPP
Externe IDs OMIM: 138030 UniProtP01275   MGI: 95674 CAS-Nummer: 9007-92-5
Arzneistoffangaben
ATC-Code H04AA01
DrugBank DB00040
Verschreibungspflicht Ja
Vorkommen
Homologie-Familie HOVERGEN
Übergeordnetes Taxon Wirbeltiere
Orthologe
Mensch Maus
Entrez 2641 14526
Ensembl ENSG00000115263 ENSMUSG00000000394
UniProt P01275 P55095
Refseq (mRNA) NM_002054 NM_008100
Refseq (Protein) NP_002045 NP_032126
Genlocus Chr 2: 162.71 - 162.71 Mb Chr 2: 62.28 - 62.28 Mb
PubMed-Suche 2641 14526

Glucagon ist ein Peptidhormon, dessen Hauptaufgabe die Erhöhung des Blutzuckerspiegels ist. Es wird aus den Vorstufen Präglucagon und Präproglucagon in den Langerhans-Inseln der Bauchspeicheldrüse (α-Inselzellen) gebildet. Bei Blutzuckerabfall, aber auch nach einer proteinreichen Mahlzeit wird Glucagon von der Bauchspeicheldrüse in die Blutbahn abgegeben und dort frei transportiert. Dieses Hormon ist in seiner Wirkung auf den Glucose-, Protein- und Fettsäurestoffwechsel ein Gegenspieler des Insulins. Glucagon wird von der Leber aufgenommen und durch Spaltung inaktiviert.

Struktur

Die Primärstruktur des humanen Glucagon besteht aus 29 Aminosäuren mit einer Molekülmasse von 3483 Da. Die Primärstruktur lautet: His-Ser-Gln-Gly-Thr-Phe-Thr-Ser-Asp-Tyr-Ser-Lys-Tyr-Leu-Asp-Ser-Arg-Arg-Ala-Gln-Asp-Phe-Val-Gln-Trp-Leu-Met-Asn-Thr.[1]

Glucagonsekretion

Produktion von Glukagon (rot) in den Langerhans-Inseln.

Bei normaler Ernährung bleibt die Sekretion von Glucagon im Vergleich zu der von Insulin relativ konstant. Die Stimuli für eine erhöhte Ausschüttung sind hauptsächlich Hypoglykämie (Blutzuckerabfall), proteinreiche Mahlzeiten, Infusion von Aminosäuren (z.B. Arginin, Alanin), länger dauernde starke körperliche Arbeit und Stress. Bei Hypoglykämie kann die Glucagonsekretion auf das bis zu Vierfache gesteigert werden. Stimulation erfolgt durch Vagusreiz, Mahlzeiten und durch α-Adrenorezeptoren. Seine Freisetzung wird von Insulin, Somatostatin und GLP-1 gehemmt.

Wirkungsmechanismus

Glucagon ist der Gegenspieler zu Insulin. Während Insulin die Glykogensynthese fördert, resultiert die Freisetzung von Glucagon in einem Abbau von Glykogen. Durch cAMP werden die Enzyme für den Glucose- und Fettstoffwechsel aktiviert. Als vorrangiger Effekt wird die Glykogenphosphorylase phosphoryliert, die nun Glykogenabbau stimuliert und die Glykogensynthase hemmt. Die Wirkung von Glucagon beruht auf der Bindung an einen G-Protein-gekoppelten Rezeptor. Das dadurch aktivierte Gs-Protein stimuliert die Adenylatcyclase.

Regulation des Glykogenmetabolismus. Adrenalin (Muskel) oder Glucagon (Leber) aktivieren einen G-Protein-gekoppelten Rezeptor (GPCR), an den ein Gs-Protein angedockt ist. Dessen α-Untereinheit hat GDP gebunden, welches anschließend mit GTP ausgetauscht wird. Dadurch wird die α-Untereinheit vom Rezeptor freigesetzt und aktiviert eine Adenylylcyclase (AC). Das dabei gebildete cAMP aktiviert eine Proteinkinase A (PKA), die wiederum die Phosphorylierung einer Phosphorylase-Kinase (PPK) katalysiert. Die dadurch stimulierte Kinase aktiviert katalytisch eine Glycogenphosphorylase (PYG), welche den Abbau von Glykogen zu Glucose-1-phosphat katalysiert. Proteinkinase A phosphoryliert gleichzeitig eine UDP-Glykogensynthase (GYS), welche dadurch inaktiviert wird und die Umkehrreaktion nicht mehr katalysieren kann.

Glucagon stimuliert nicht nur die Glykogenolyse, sondern auch die Neusynthese von Glucose (Gluconeogenese) aus Aminosäuren – den Bestandteilen von Eiweißen. Glucagon hat also eine proteinkatabole Wirkung, was zum Anstieg von Harnstoff im Blut führt. Außerdem werden über cAMP fettabbauende Enzyme – die sogenannten Lipasen – aktiviert, woraus eine Erhöhung der Fettsäuren im Blut resultiert.

Anwendung

Glucagon wird zur Ruhigstellung des Darmes eingesetzt und wird in dieser Funktion auch als intravenös zu verabreichendes Medikament verwendet. Als Antidot bei Vergiftungen mit Betablockern und Calciumkanalblockern wird der Wirkstoff ebenfalls angewendet. Es wird auch beim Magenröntgen verwendet, um die Schleimhaut besser beurteilen zu können.[2]

Außerdem besitzen viele Typ-1-Diabetiker ein Notfall-Set mit Glucagon und einem Lösungsmittel, das bei einer schweren Hypoglykämie mit Bewusstlosigkeit nach Auflösung der Pulversubstanz von einem eingewiesenen Helfer subkutan oder intramuskulär gespritzt wird und über den oben beschriebenen Wirkungsmechanismus eine Erhöhung des Blutzuckerspiegels erreichen soll. Glucagon wird vom Hersteller Novo Nordisk unter dem Handelsnamen GlucaGen® vertrieben.

Für eine im Jahr 2010 durchgeführte Studie wurde eine Insulinpumpe entwickelt, die neben der Insulinampulle eine Glucagonampulle beinhaltete. Durch eine beständige Glucose-Messung in einem Closed-Loop-System (Blutglukosemessung und Dosisabgabe erfolgen automatisch) wurde bei Unterzuckerungsgefahr Glucagon über die Pumpe abgegeben. Dadurch traten weniger und kürzer andauernde Hypoglykämien auf.[3]

Glucagon-Test (C-Peptid)

Es gibt einen Glucagontest, der im medizinischen Alltag allerdings nur selten verwendet wird. Er dient der Prüfung der Stimulierbarkeit der β-Zellen des Pankreas (Funktionsreserve) zur Unterscheidung von Diabetes Typ I und Typ II.

Durchführung

  1. Blutentnahme zur Bestimmung von C-Peptid basal. Gabe von 1 mg Glucagon i.v.
  2. Blutentnahme 6 min. nach Glucagon zur Messung des stimulierten C-Peptid-Spiegels (β-Zell-Funktionsreserve).

Beurteilung

  • Ein Anstieg des C-Peptids um mindestens 0,5 nmol/l und/oder auf mehr als 1,0 nmol/l deutet auf funktionsfähige β-Zellen.
  • Blutglucose sollte immer mitbestimmt werden, um den Grad der Vorstimulation der β-Zellen zu erkennen.

Einzelnachweise

  1. UniProt P01275 Web-basierte Proteindatenbank, Humanes Glucagon (P01275)
  2. Schweizerisches Toxikologisches Informationszentrum, Antidot-Monographie für Glucagon (PDF)
  3. Die Insulinpumpe zusätzlich mit Glucagon, diabetes-deutschland.de (abgerufen am 19. Juni 2011)

Siehe auch

Weblinks

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