Инсулин полимер

Инсулин. Физиологические эффекты инсулина. Схема транспорта глюкозы через клеточные мембраны. Основные эффекты инсулина

Инсулин полимер

Оглавление темы “Гормон околощитовидных желез. Гормоны эпифиза. Гормоны поджелудочной железы. Гормоны половых желез. Гормоны тимуса.”:
1. Околощитовидные железы. Паратирин. Паратгормон. Кальцитриол. Регуляторные функции гормона околощитовидных желез.
2. Эпифиз. Мелатонин. Гормоны эпифиза.

Регуляторные функции гормонов эпифиза.
3. Гормоны поджелудочной железы. Островки Лангерганса. Соматостатин. Амилин. Регуляторные функции гормонов поджелудочной железы.
4. Инсулин. Физиологические эффекты инсулина. Схема транспорта глюкозы через клеточные мембраны. Основные эффекты инсулина.
5. Глюкагон.

Физиологические эффекты глюкагона. Основные эффекты глюкагона.
6. Половые железы. Гормоны половых желез. Регуляторные функции гормонов половых желез.
7. Андрогены. Ингибин. Эстрогены. Тестостерон. Лютропин. Фоллитропин. Гормоны семенников и их эффекты в организме.
8. Женские половые гормоны.

Гормоны яичников и их эффекты в организме. Эстрогены. Эстрадиол. Эстрон. Эстриол. Прогестерон.
9. Гормоны плаценты. Эстриол. Прогестерон. Хорионический гонадотропин.
10. Гормоны тимуса. Тимозин. Тимопоэтин. Тимулин. Регуляторные функции гормонов тимуса.

Действие инсулина на клетки-мишени начинается после его связывания со специфическими димерными мембранными рецепторами (рис. 6.22), при этом внутриклеточный домен рецептора обладает тирозинкиназной активностью.

Инсулин-рецепторный комплекс не только передает сигнал внутрь клетки, но и частично путем эндоцитоза поступит внутрь клетки к лизо-сомам. Под влиянием лизосомальной протеазы инсулин отщепляется от рецептора, при этом последний либо разрушается, либо возвращается к мембране и вновь встраивается в нее.

Многократное перемещение рецептора от мембраны к лизосомам и обратно к мембране носит название рециклизация рецептора. Процесс рециклизации важен для регуляции колич-ства инсулиновых рецепторов, в частности обеспечения обратной зависимости между концентрацией инсулина и количеством мембранных рецепторов к нему.

Образование инсулин-рецепторного комплекса активирует тирозинкиназу, запускающую процессы фосфорилирования внутриклеточных белков. Происходящее при этом аутофосфорилирование рецептора ведет к усилению первичного сигнала.

Инсулин-рецепторный комплекс вызывает активирование фосфолипазы С, образование вторичных посредников инозитолтрифосфата и диацилглицерола, активацию протеинкиназы С, ингибирование цАМФ.

Участие нескольких систем вторичных посредников объясняет многообразие и различия эффектов инсулина в разных тканях.

Рис. 6.22. Схема механизма действия инсулина на клетку-мишень.

Инсулин оказывает влияние на все виды обмена веществ, способствует анаболическим процессам, увеличивая синтез гликогена, жиров и белков, тормозя эффекты многочисленных контринсулярных гормонов (глюкагона, катехоламинов, глюкокортикоидов и соматотропина).

Все эффекты инсулина по скорости их реализации подразделяют на 4 группы: очень быстрые (через несколько секунд) — гиперполяризация мембран клеток (за исключением гепатоцитов), повышение проницаемости для глюкозы, активация Na-K-АТФазы, входа К+ и откачивания Na , подавление Са-насоса и задержка Са2+; быстрые эффекты (в течение нес кольких минут) — активация и торможение различных ферментов, подавляющих катаболизм и усиливающих анаболические процессы; медленные процессы (в течение нескольких часов) — повышенное поглощение амиминокислот, изменение синтеза РНК и белков-ферментов; очень медленные эффекты (от часов до суток) — активация митогенеза и размножения клеток.

Важнейшим эффектом инсулина в организме является увеличение в 20—50 раз транспорта глюкозы через мембраны мышечных и жировых клеток путем облегченной диффузии по градиенту концентрации с помощью чувствительных к гормон) мембранных белковых переносчиков, называемых ГЛЮТ. В мембранах разных видов клеток выявлены 6 типов ГЛЮТ (рис. 6.23), но только один из них — ГЛЮТ-4 — является инсулинозависимым и находится в мембранах клеток скелетных мышц, миокарда, жировой ткани.

Инсулин влияет на угле водный обмен, что проявляется:

1) активацией утилизации глюкозы клетками, 2) усилением процессов фосфорилирования; 3) подавлением распад; и стимуляцией синтеза гликогена; 4) угнетением глюконеогенеза; 5) активацией процессов гликолиза;

6) гипогликемией.

Действие инсулина на белковый обмен состоит в: 1) повышении проницаемости мембран для аминоокислот; 2) усилении синтеза иРНК; 3) активации в печени синтеза aминокислот; 4) повышении синтеза и подавлении распада белка.

Рис. 6.23. Схема транспорта глюкозы через клеточные мембраны. Переносчики имеют общее название ГЛЮТ-1, 2, 3, 4, 5, 6. Только ГЛЮТ-4 является инсулинозависимым.

Основные эффекты инсулина на липидный обмен:

• стимуляция синтеза свободных жирных кислот из глюкозы; • стимуляция синтеза липопротеиновой липазы в клетках эндотелия сосудов и благодаря этому активация гидролиза связанных с липо-протеинами крови триглицеридов и поступления жирных кислот в клетки жировой ткани; • стимуляция синтеза триглицеридов; • подавление распада жира;

• активация окисления кетоновых тел в печени.

Благодаря влиянию на клеточную мембрану инсулин поддерживает высокую внутриклеточную концентрацию ионов калия, что необходимо для обеспечения нормальной в возбудимости клеток.

Широкий спектр метаболических эффектов инсулина в организме свидетельствует о том, что гормон необходим для осуществления функционирования всех тканей, оргаганов и физиологических систем, реализации эмоциональных и поведенческих актов, поддержания гомеостазиса, осуществления механизмов приспособления и защиты организма от неблагоприятных факторов среды.

Недостаток инсулина (относительный дефицит по сравнению с уровнем контринсулярных гормонов, прежде всего глюкагона) приводит к сахарному диабету. Избыток инсулина в крови, например при передозировке, вызывает гипогликемию с резкими нарушениями функций центральной нервной системы, использующей глюкозу как основной источник энергии независимо от инсулина.

– Также рекомендуем “Глюкагон. Физиологические эффекты глюкагона. Основные эффекты глюкагона.”

Источник: https://meduniver.com/Medical/Physiology/88.html

Инсулин per os

Инсулин полимер

Существующий способ лечения сахарного диабета путем ежедневных инъекций инсулина является далеко не идеальным. Поэтому появление инсулина в таблетках стало бы настоящим событием для больных сахарным диабетом.

Не только потому, что жизненно необходимые ежедневные инъекции инсулина не всегда удобны для больных диабетом, особенно детей, но еще и потому, что новый препарат позволил бы оттянуть момент перехода на уколы, что немаловажно для больных, которые не хотят становиться зависимыми от инъекций.

Между тем инсулин в таблетках был разработан еще более 10 лет назад и ни где-нибудь, а в России. Препарат даже получил название «РАНСУЛИН» – инсулин Российской академии наук.

Однако, как это часто бывает, до массового производства уникального лекарства дело так и не дошло. Между тем, недавно немецкие ученые протестировали инсулин в капсулах и подтвердили, что пероральная форма имеет явные преимущества перед инъекционной.

Так дождутся ли больные диабетом всего мира появления в продаже инсулиновых таблеток?

Об этом корреспондент zdorovieinfo беседует с одним из создателей чудо-таблеток, доктором химических наук Львом Ивановичем Валуевым.

Милена Сигаева / «Здоровье-инфо»

Роль инсулина в регуляции содержания сахара крови и его связь с диабетом была открыта учеными Бестом и Бентингом в 1922 году.

После этого ученые во всем мире работали над созданием такой формы инсулина, которую можно было применять перорально (в том числе в виде назальных спреев и таблеток). Еще в 50-ых годах XX века в журнале Nature появилась статья американского профессора Ласковский, который описал принцип перорального введения инсулина. Ему не хватило совсем немного для того, чтобы полностью завершить работу.

В 90-ых годах группа российских ученых в институте нефтехимического синтеза им.

Per os (лат.), перорально – прием лекарств через рот

А.В. Топчиева РАН, возглавляемая академиком Платэ Николаем Альфредовичем в рамках программы Президиума Российской академии наук «Фундаментальные науки – медицине» создала препарат инсулина в таблетированной форме.

Почему таблетки лучше?

Еще великий среднеазиатский философ и врач Авиценна обратил внимание на роль печени в системе распределения продуктов пищеварения в человеческом организме.

Диабет – заболевание, которое проявляется высоким уровнем сахара в крови по причине отсутствия (при диабете 1го типа) или недостатка (при диабете 2го типа) секреции инсулина. Поскольку инсулин – это гормон, регулирующий обмен веществ, прежде всего углеводов (сахаров), а также жиров и белков, то при диабете обмен веществ нарушается, повышается содержание сахара в крови, сахар выводится с мочой, в крови появляются кислые продукты нарушенного сгорания жиров – кетоновые тела.

После еды, в крови человека появляется глюкоза. В ответ на повышение концентрации глюкозы поджелудочная железа начинает вырабатывать инсулин, который попадает в печень через кровеносные сосуды одновременно с продуктами пищеварения. Печень, в свою очередь, контролирует количество инсулина, достигающего другие органы и ткани.

Когда же больной сахарным диабетом делает инъекцию инсулином, который попадает сразу в кровь, то печень из этого процесса исключается. Отсутствие контроля со стороны печени приводит к тому, что у больных сахарным диабетом развиваются такие осложнения, как сердечно-сосудистые заболевания, расстройство функций головного мозга и т.д.

По некоторым оценкам, сегодня в мире насчитывается более 70 миллионов человек больных диабетом. И их число неуклонно увеличивается.

Поэтому наиболее безопасным считается пероральное введение инсулина. При этом не следует забывать и моральные аспекты этой проблемы. Необходимость ежедневных инъекций инсулина травмирует психику больных, особенно детей, и причиняет им физические и моральные страдания.

При введении инсулина перорально, он в первую очередь появляется в печени. Дальше все происходит так, как и должно быть в здоровом человеческом организме. И побочный вред, наносимый здоровью при принятии инсулина, становится в разы меньше.

Один из авторов актуального исследования, эндокринолог Кристоф Капица из Профильного института метаболических исследований города Нейсса в Германии, сказал: «Инсулин в капсулах, комбинированный с носителем лекарственного вещества, продемонстрировал видимое превосходство над своим инъекционный аналогом. Он действует и распадается гораздо быстрее, что поможет лучше контролировать сахар крови у пациентов с диабетом 2 типа».

Механизм действия перорального инсулина

Инсулин – это белковый гормон, вырабатываемый поджелудочной железой.

А белок при пероральном применении организм воспринимает не как лекарство, а как простую белковую еду, и соответственно разлагает его до составляющих его аминокислот.

Именно защита инсулина от разрушающего действия пищеварительных ферментов и былаглавной проблемой в создании пероральной формы инсулина, над решением которой и стала работать группа российских ученых.

Гидрогель – набухшее в водном растворе вещество на основе водорастворимого полимера.

Переваривание белков начинается в желудке в кислой среде, дальше пища поступает в тонкий кишечник, где переваривание заканчивается в нейтральной среде и там же происходит всасывание веществ в организм.

Белки разрушаются до составляющих их аминокислот, которые и всасываются в кровоток. Проблема предотвращения разрушения инсулина в желудке решалась достаточно просто.

Его надо было поместить в капсулу из полимера, который не растворялся бы в кислой среде желудка, но растворялся бы в нейтральной среде тонкого кишечника. Подобные разработки существовали уже давно.

Гораздо сложнее оказалось решить другую проблему – предотвратить разрушение инсулина в тонком кишечнике.

Полностью убивая ферменты, переваривающие белки, можно сохранить инсулин, однако тогда замедлялся бы процесс переваривания пищи.

Именно это и поставило крест на возможности клинического применения предложенной еще в 50-ых годах профессором М. Ласковски смеси инсулина и ингибиторов ферментов.

Российские ученые предложили принципиально иной способ использования ингибитора ферментов – молекулы ингибитора химически связали с полимерным гидрогелем.

Кроме того, в состав гидрогеля ввели полисахариды – соединения, способные взаимодействовать с находящимися на стенках тонкого кишечника лектинами.

В этот гидрогель водили уже не связанный с ним инсулин, и все это помещали в желудочнонерастворимую полимерную капсулу.

При пероральном введении капсула проходила через желудок и растворялась в тонком кишечнике, освобождая гидрогель. На стенках тонкого кишечника есть соединения, называющиеся лектины. За счет взаимодействия полисахаридных участков ингибитора с лектинами частицы гидрогеля прилипали к стенкам тонкого кишечника.

Химически связанный с гидрогелем ингибитор не выделялся в окружающую среду, нарушая процесс пищеварения, а нейтрализовал действие пищеварительных ферментов (протеаз), проникающих в гидрогель и пытающихся разрушить содержащийся в нем инсулин. В результате значительная часть инсулина спокойно всасывалась в кровь.

А частичка полимера, по завершении процесса, выходила наружу естественным путем.

Ингибитор – вещество, присутствие которого в небольших количествах в среде приводит к снижению скорости химических реакций или к их подавлению.

Во время экспериментов, проведенных российскими учеными с больными диабетом 2 типа, был проверено действие инсулина в капсулах с гидрогелем. У больных, принимавших двойную (по сравнению с инъекционной) дозу инсулина в капсулах, сахар в крови понижался несколько в меньшей степени, чем при уколах.

А когда дозу перорально вводимого инсулина увеличивали в 4 раза, уровень сахара в крови снижался даже в большей степени, чем у тех, кто делал уколы инсулина.

«Большое количество инсулина – абсолютно не страшно, – уверяет Валуев, – ведь в кровоток попадает ровно столько же инсулина, как при инъекции, а остальная его часть просто погибает».

В последнем исследовании немецкие ученые предложили половине участников своего эксперимента по две капсулы со 150 единицами комбинированного перорального препарата, а другим сделали инъекции по 15 единиц обычного гормона.

В течение всей ночи специалисты контролировали содержание глюкозы и инсулина в крови людей. При использовании капсул концентрация нужного количества инсулина была достигнута быстрее.

Был и еще один плюс – пероральный инсулин быстрее удалялся из крови, чем его инъекционная форма, а значит, снижалась вероятность передозировки. Но при этом требовалось в 20 раз больше инсулина.

Другие способы введения инсулина

Протеазы – ферменты, расщепляющие в белках пептидную связь между аминокислотными остатками.

Профессор Валуев уверяет, что существует и еще один простой способ перорального введения инсулина.

В толстый кишечник человека ежедневно поступает до 5 литров воды. Если прохождение пищи по желудку занимает практически сутки, то вода проходит по нему быстро и не всасывается. Около 5% поглощенной воды поступает в толстый кишечник, остальная остается в тонком кишечнике, где и всасывается в кровь также, как и продукты разрушения белков.

Если мы выпьем воду, то значительная ее часть появится в крови уже через 3 минуты, поскольку она очень быстро проходит в тонкий кишечник. И Лев Иванович предложил растворить инсулин в воде до такой концентрации, чтобы желудок не успел почувствовать появление инсулина и начать его разрушать.

И вот что получилось – когда кроликам с диабетом 2 типа вводили раствор инсулина в воде концентрации 1 мг/мл, то концентрация глюкозы в их крови практически не менялась. Чем в большем количестве воды растворяли инсулин, тем быстрее он начинал действовать.

В ходе эксперимента выяснилось, что идеальная концентрация инсулина в обычной воде составляет 1 мг в 10-12 мл.

Российским учеными также был проведен эксперимент на крысах. У грызунов концентрация глюкозы в крови обычно составляет 90-110 мг на 100 мл.

Ученые искусственно повысили крысам уровень глюкозы до 400-500 мг на 100 мл крови, то есть вызвали у них сахарный диабет 2 типа. Через 10 дней после этого животным ежедневно перорально вводили раствор инсулина (0,4 мг в 5 мл воды).

Под действием такого инсулина, растворенного в воде, без таблеток и гелей больные крысы стали выздоравливать.

Назальный спрей

Способ назального введения лекарства не нашел распространения в мире по нескольким причинам. Самой важной из них является то, что количество лекарства, которое распыляется с помощью аэрозоля на слизистую оболочку носа, очень трудно точно дозировать.

На все вышеперечисленные формы перорального инсулина российские ученые получили патенты. И диабетики всего мира уже давно бы пользовались ими, но от процесса изобретения лекарства до его изготовления проходят годы, даже при обоюдном желании фармацевтических компаний и изобретателей. А с этими изобретениями сложилась парадоксальная ситуация.

Пероральные формы инсулина уже прошли все медико-биологические испытания на животных и начальные стадии клинических испытаний, но нужно еще довольно много денег и усилий, чтобы довести лекарства до массового производства. К сожалению, в России недооценили важности этой разработки.

И на настоящий момент может получиться так, что новейшие и улучшенные формы перорального инсулина Россия будет вынуждена закупать за рубежом.

Источник: https://www.zdorovieinfo.ru/exclusive/insulin-per-os/

Какой орган и как вырабатывает инсулин, механизм действия

Инсулин полимер

Все диабетики знают, что такое инсулин, и что он нужен для снижения уровня глюкозы в крови. Но какова его структура, какой орган вырабатывает инсулин и какой механизм действия? Об это и пойдет речь в этой статье. Самым любопытным диабетикам посвящается…

Какой орган вырабатывает инсулин в организме человека

Человеческий орган, отвечающий за выработку гормона инсулина — это поджелудочная железа.  Основная функция железы — эндокринная.

Ответ на вопрос: «Что или какой человеческий орган вырабатывает инсулин» — поджелудочная железа.

Благодаря  панкреатическим островкам (Лангерганса), производятся 5 видов гормонов, большинство которых регулируют «сахарные дела» в организме.

  • a клетки — вырабатывают глюкагон (стимулирует распад гликогена печени в глюкозу, поддерживая уровень сахара на постоянном уровне)
  • b клетки — производят инсулин
  • d клетки — синтезирует соматостатин (способен уменьшать выработку инсулина и глюкагона поджелудочной)
  • G клетки — продуцируется гастрин (регулирует секрецию сомастотина, и участвует в работе желудка)
  • ПП клетки — вырабатывают панкреатический полипептид (стимулирует выработку желудочного сока)

Большую часть клеток составляют бета клетки (b клетки), которые находятся в основном на кончике и в головном отделе железы, и секретируют диабетический гормон инсулин.

Ответ на вопрос: «Что вырабатывает поджелудочная железа кроме инсулина» — гормоны для работы желудка.

Состав инсулина, строение молекулы

Как мы видим на рисунке, молекула инсулина состоит из двух полипептидных цепей. Каждая цепь состоит из аминокислотных остатков. В цепи А содержится 21 остаток, в цепи В — 30. И того, инсулин состоит из 51 аминокислотного остатка. Цепи соединены в одну молекулу дисульфидными мостиками, которые образуются между остатками цистеина.

Интересно то, что у свиней строение молекулы инсулина практически такое же, отличие есть только в одном остатке — вместо треонина у свинок в цепи В находится аланин. Именно из-за этого сходства свиной инсулин часто используют для изготовления инъекций. Кстати, бычий тоже используют, но он отличается уже на 3 остатка, а значит менее подходит для организма человека.

Выработка инсулина в организме, механизм действия, свойства

Инсулин вырабатывается поджелудочной железой, когда повышается уровень глюкозы в крови.

Образование  гормона можно разделить на несколько этапов:

  • Изначально в железе образуется неактивная форма инсулина — препроинсулин. Он состоит из 110 аминокислотных остатков, созданных объединением четырех пептидов — L, B, C  и А.
  • Далее происходит синтез препроинсулина в эндоплазматическая сеть. Для того, чтобы пройти сквозь мембрану, отщепляется L-пептид, который состоит из 24 остатков. Таким образом возникает проинсулин.
  • Проинсулин поступает в комплекс Гольджи, где и продолжит свое созревание. Во время созревание отделяется С-пептид ( состоящий из 31 остатка), который соединял В и А пептиды. В этот момент молекула проинсулина разделяется на две полипептидные цепи, образуя необходимую молекулу инсулина.

Как работает инсулин

Для того, чтобы высвободить инсулин из гранул, в которых он теперь хранится, нужно сообщить поджелудочной о повышении уровня глюкозы в крови. Для этого существует целая цепочка взаимосвязанных процессов, которые активизируются при повышении сахара.

  • Глюкоза в клетке подвергается гликолизу и образует аденозинтрифосфат (АТФ).
  • АТФ контролирует закрытие ионных калиевых каналов, вызывая деполяризацию мембраны клетки.
  • Деполяризация открывает кальциевые каналы, вызывая ощутимый приток кальция в клетку.
  • Гранулы, в которых хранится инсулин, реагируют на это повышение, и высвобождают необходимое количество инсулина.  Высвобождение происходит с помощью экзоцитоза. То есть гранула сливается с мембраной клетки, цинк, который сковывал активность инсулина, отщепляется, и активный инсулин поступает в организм человека.

Таким образом, организм человека получает необходимый регулятор глюкозы в крови. 

За что отвечает инсулин, роль в организме человека

Гормон инсулин  участвует во всех обменных процессах в организме человека. Но самая важная его роль — углеводный обмен.

Влияние инсулина на углеводный обмен состоит в транспортировке глюкозы непосредственно в клетки организме. Жировые и мышечные ткани, которые составляют две трети тканей человека, являются инсулинозависимыми.

Без инсулина глюкоза не может попасть в их клетки. Кроме этого, инсулин также:

  • регулирует поглощение аминокислот
  • регулирует транспортировку калия, магния и ионов фосфатов
  • усиливает синтез жирных кислот
  • уменьшает разрушение белков

Очень интересное видео про инсулин ниже.

Ответ на вопрос: «Для чего нужен инсулин в организме» — регулирование углеводного и других обменных процессов в организме.

Заключения

В этой статье я постаралась максимально доступно рассказать какой орган вырабатывает инсулин, процесс выработки и как действует гормон на человеческий организм.

Да, пришлось использовать некоторые сложные термины, но без них нельзя было бы максимально полно раскрыть тему.

Зато теперь вам видно, какой на самом деле сложный процесс появления инсулина, его работы и влияния на наше здоровье.

Источник: https://diabetdieta.ru/chto-takoe-insulin/

Структура инсулина

Инсулин полимер

Впервые инсулин как активный компонент выделили из островковых клеток поджелудочной железы собаки в 1921 г.; его белковую природу доказали через пять лет. В первой половине XX в. инсулин стал самым изучаемым гормоном.

Была установлена его аминокислотная последовательность, содержащая три дисульфидные связи, образованные остатками цистеина, также были получены первые кристаллы инсулина и опубликованы рентгеновские снимки, которые позволяли изучать трехмерную структуру этого белка.

Проведенные исследования показали, что молекула инсулина (изо- электрическая точка р1 5,4) состоит из двух цепей, причем в составе А-цепи находится 21 аминокислотный остаток, в составе В-цепи — 30 аминокислотных остатков (рис. 13.1).

Цепи соединены двумя ди- сульфидными мостиками, к тому же в А-цепи есть третья, внутримолекулярная, дисульфидная связь. А-цепь инсулина образует две анти- параллельные а-спирали, в В-цепи присутствует одна а-спираль и один р-складчатый лист.

Молекулярная масса инсулина равна 5807,6 Да.

При низких концентрациях молекула инсулина представляет собой мономер. При повышении концентрации белка он начинает димеризоваться, и в большинстве фармацевтических препаратов инсулин существует в виде димера.

При повышении концентрации белка и в присутствии катионов цинка три димера инсулина перегруппировываются в гексамер. Гексамерная конформация обусловливает наиболее компактную упаковку белка в панкреатических везикулах-хранилищах и помогает эффективному превращению препроинсулина в инсулин, защищая его от физической и химической денатурации.

Степень агрегации инсулина зависит от pH, температуры, ионной силы и природы органического растворителя. Например, при ? = 25 °С в 3,5 М растворе уксусной кислоты (pH 2,61) инсулин преимущественно существует в виде мономера, что подтверждено турбидиметрически- ми измерениями при длине волны 400 и 350 нм.

При высоких концентрациях в водных растворах (выше 5 г/л) инсулин образует крупные агрегаты со средней молекулярной массой до 200 кДа. В более жестких условиях — при снижении pH раствора до 2,0 или при повышении температуры до 60 °С, инсулин образует волокноподобные структуры, которые со временем превращаются в нерастворимые агрегаты (рис. 13.2).

Предполагают, что кислые условия ускоряют агрегацию за счет формирования заряженного окружения инсулиновых молекул, увеличивающего силы притяжения между ними. Кислая среда способствует диссоциации олигомеров инсулина в мономеры; затем мономеры также изменяют

Рис. 13.1. Молекула человеческого инсулина: а — первичная аминокислотная последовательность; б — третичная пространственная структура

свою структуру, что приводит к появлению частично свернутых промежуточных соединений, склонных к образованию фибрилл. Поэтому волок- нообразование инсулина в кислых средах (в условиях благоприятных для мономеров и димеров) происходит быстрее, чем при нейтральных значениях pH.

Рис. 13.2. Микрофотография волокноподобных структур, образованных моле- куами инсулина в растворах с pH < 3,0

Выделение инсулина из тканей человека технологически невозможно. На практике существуют два подхода: модификация свиного инсулина (полусинтетический метод) и получение инсулина генно-инженерным способом.

13.2.1. Полусинтетический метод

В основу метода положена близость строения свиного и человеческого инсулина.

Свиной инсулин отличается от инсулина человека одной концевой аминокислотой В-цепи: он содержит на конце В-цепи звено аланина (Ala) в позиции 30, а человеческий инсулин — звено треонина (Thr).

При превращении свиного инсулина в человеческий была использована способность фермента трипсина расщеплять полипептид- ную цепь по пептидной группе между аргинином (22-е звено цепи В) и глицином (23-е звено цепи В).

После введения соответствующих защитных групп удаленный оли- гопептидный фрагмент (8 аминоксилотных звеньев) с концевым звеном аланина замещают аналогичным олигопептидом с концевым звеном треонина. После отщепления защитной О-тре/п-бутильной группы получают инсулин человека. Схематически этот процесс представлен на рисунке 13.3.

Рис. 13.3. Схема синтеза человеческого инсулина из инсулина свиньи. А — А-цепь, В — В-цепь

Полусинтетический метод включает несколько стадий.

  • 1. Метилирование всех боковых и концевой карбоксильной групп диазометаном.
  • 2. Отщепление под действием трипсина концевого олигопептидного фрагмента до 22 звена — аргинина.
  • 3. Защита концевых и боковых аминокислотных групп введением /npem-бутилкарбаматной группы обработкой mpe/n-бутиловым эфиром азидомуравьинной кислоты (N.j-CO-0-tBu).
  • 4. Присоединение другого концевого олигопептидного фрагмента в присутствии дициклогексилкарбодиимида.
  • 5. Снятие защитных групп и выделение полученного инсулина человека.

Page 3

В настоящее время полусинтетическое получение инсулина практически не используется из-за очень низкой производительности процесса и ограниченности сырьевой базы.

Происходит постепенное вытеснение полусинтетического получения инсулина генно-инженерным методом, иными словами, применением в производстве микроорганизмов с целенаправленно измененным генетическим аппаратом (рекомбинантными ДНК), что позволяет использовать их для производства этого гормона. Наиболее подходящими штаммами микроорганизмов в таких процессах являются прокариоты и дрожжи.

Существует два подхода для получения генно-инженерного инсулина человека (ГИЧ):

  • 1) метод раздельного (с использованием разных штаммов-проду- центов) синтеза обеих цепей с последующим их объединением в нативную макромолекулу за счет образования дисульфидных связей и разделения изоформ;
  • 2) метод, включающий получение предшественника инсулина с уже объединенными цепями (рекомбинантного проинсулина), образуемого внутриклеточно или внеклеточно, с последующим превращением его в инсулин.

Метод раздельного генно-инженерного синтеза не нашел широкого промышленного применения по нескольким причинам, основными из которых являются:

  • • многостадийность;
  • • низкий выход инсулина;
  • • недостаточная степень очистки.

Кроме того, метод, основанный на раздельном получении цепей, насчитывает больше стадий как при непосредственном производстве А- и В-цепей, включая их последующее соединение, так и при очистке готового инсулина (это связано с появлением производных инсулина из-за ошибок при соединении обеих цепей). Поэтому в настоящее время основное внимание при производстве генно-инженерного инсулина уделяют возможности его получении через биосинтез предшественника, который содержит цепи А и В уже объединенные дисульфидными связями.

Получение (экспрессию) предшественника инсулина проводят в различных штаммах-продуцентах, которых предоставляют производителям коллекции (музея) штаммов.

Продуцентами являются прокариотические клетки (например, Escherichia Coli), дрожжи (Saccharomyces cerevisiae) или микроскопические грибы (Pichia Pastoris). Все они обладают различной активностью.

Поиск более активных продуцентов проинсулина продолжается.

Экспрессируемый продукт может накапливаться или внутри микроорганизма (в цитоплазме), или в культуральной среде.

Отметим, что проинсулин может быть непосредственно выделен или в виде белка, или в виде его агрегатов, называемых телами включения.

В телах включения целевой белок находится в нерастворимом состоянии и не подвергается протеолизу цитоплазматическими ферментами, что важно для проведения технологического процесса.

В этой главе мы рассмотрим технологию получения инсулина через его предшественник, разработанную и внедренную на опытном биотехнологическом производстве Института биоорганической химии Российской академии наук (ИБХ РАН, г. Москва).

Источник: https://ozlib.com/827428/himiya/struktura_insulina

РецептЛечения
Добавить комментарий