Insulina este formată din aminoacizi. Structura insulinei. Contraindicații pentru uz medical

Ce organ produce insulina și cum, mecanism de acțiune

5 (100%) au votat 1

Toți diabeticii știu ce este și că este necesar pentru a scădea nivelul glicemiei. Dar care este structura sa, ce organ produce insulina și care este mecanismul de acțiune? Acesta este ceea ce va fi discutat în acest articol. Dedicat celor mai curioși diabetici...

Ce organ produce insulina în corpul uman?

Organul uman responsabil de producerea hormonului insulină este pancreas. Funcția principală a glandei este cea endocrină.

Răspunsul la întrebarea: „Ce sau ce organ uman produce insulină” este pancreasul.

Datorită insulelor pancreatice (Langerhans), sunt produse 5 tipuri de hormoni, dintre care majoritatea reglează „afacerile de zahăr” din organism.

• a celule - produc glucagon (stimulează descompunerea glicogenului hepatic în glucoză, menținând nivelul zahărului la un nivel constant)
• celulele b - produc insulină
• celule d - sintetizează somatostatina (poate reduce producția de insulină pancreatică și glucagon)
• Celulele G - se produce gastrină (reglează secreția de somastotină și este implicată în funcționarea stomacului)
• Celulele PP - produc polipeptidă pancreatică (stimulează producția de suc gastric)

Majoritatea celulelor sunt celule beta (celule b), care se găsesc în principal la vârful și capul glandei și secretă hormonul diabetic insulină.

Răspunsul la întrebarea: „Ce produce pancreasul în afară de insulină” sunt hormoni pentru funcționarea stomacului.

Compoziția insulinei, structura moleculei

După cum vedem în figură, molecula de insulină este formată din două lanțuri polipeptidice. Fiecare lanț este format din resturi de aminoacizi. Lanțul A conține 21 de reziduuri, lanțul B conține 30. În plus, insulina constă din 51 reziduu de aminoacizi. Lanțurile sunt conectate într-o moleculă prin punți disulfurice care se formează între reziduurile de cisteină.

Este interesant că la porci structura moleculei de insulină este aproape aceeași, diferența este doar într-un singur reziduu - în loc de treonina la porci, lanțul B conține alanină. Din cauza acestei asemănări, insulina de porc este adesea folosită pentru a face injecții. Apropo, se folosește și bovina, dar se deosebește prin 3 reziduuri, ceea ce înseamnă că este mai puțin potrivită pentru corpul uman.

Producția de insulină în organism, mecanism de acțiune, proprietăți

Insulina este produsă de pancreas atunci când nivelul glucozei din sânge crește.

Formarea hormonului poate fi împărțită în mai multe etape:

• Inițial, în glandă se formează o formă inactivă de insulină - preproinsulină . Constă din 110 reziduuri de aminoacizi create prin combinarea a patru peptide - L, B, C și A.
• În continuare, preproinsulina este sintetizată în reticulul endoplasmatic. Pentru a trece prin membrană, peptida L, care constă din 24 de reziduuri, este scindată. Astfel apare proinsulină.
• Proinsulina intră în complexul Golgi, unde își va continua maturarea. În timpul maturării, peptida C (formată din 31 de reziduuri) este separată, care leagă peptidele B și A. În acest moment, molecula de proinsulină este împărțită în două lanțuri polipeptidice, formând molecula necesară insulină .

Cum funcționează insulina

Pentru a eliberează insulina din granule, în care este acum stocat, trebuie să informați pancreasul despre creșterea nivelului de glucoză din sânge. Pentru a realiza acest lucru, există un întreg lanț de procese interconectate care sunt activate atunci când nivelul zahărului crește.

• Glucoza din celulă suferă glicoliză și formează adenozin trifosfat (ATP).
• ATP controlează închiderea canalelor ionice de potasiu, provocând depolarizarea membranei celulare.
• Depolarizarea deschide canalele de calciu, provocând un aflux vizibil de calciu în celulă.
• Granulele în care este stocată insulina reacţionează la această creştere şi eliberează cantitatea necesară de insulină. Eliberarea are loc cu ajutorul exocitoză. Adică, granula se îmbină cu membrana celulară, zincul, care a inhibat activitatea insulinei, este divizat, iar insulina activă intră în corpul uman.

Astfel, corpul uman primește regulatorul necesar de glucoză din sânge.

De ce este responsabilă insulina, rolul ei în corpul uman

Hormonul insulina este implicat în toate procesele metabolice din corpul uman. Dar cel mai important rol al lui este metabolismul carbohidraților. Efectul insulinei asupra metabolismului carbohidraților este de a transporta glucoza direct în celulele corpului. Grăsimea și țesutul muscular, care alcătuiesc două treimi din țesutul uman, sunt dependente de insulină. Fără insulină, glucoza nu poate intra în celulele lor. În plus, insulina:

• reglează absorbția aminoacizilor
• reglează transportul ionilor de potasiu, magneziu și fosfat
• îmbunătățește sinteza acizilor grași
• reduce degradarea proteinelor

Un videoclip foarte interesant despre insulină este mai jos.

Răspunsul la întrebarea: „De ce este necesară insulina în organism?” este reglarea carbohidraților și a altor procese metabolice din organism.

Concluzii

În acest articol, am încercat să explic cât mai clar care organ produce insulină, procesul de producție și cum acționează hormonul asupra corpului uman. Da, a trebuit să folosesc niște termeni complexi, dar fără ei ar fi fost imposibil să dezvălui subiectul cât mai pe deplin posibil. Dar acum puteți vedea cât de complex este procesul de apariție a insulinei, activitatea sa și efectul său asupra sănătății noastre.

TULBURĂRI ALE METABOLISMULUI CARBOHIDRĂRII”.

Patologia metabolismului carbohidraților poate fi reprezentată de o combinație de tulburări catabolice Și transformări anabolice carbohidrați.

Tulburări ale catabolismului carbohidraților:

1. Digestie afectată și absorbție a carbohidraților în intestin.
2. Funcția hepatică afectată, care duce la întreruperea gliconogenezei și a glicogenolizei și la conversia glucozei în acid piruvic, catalizată de enzimele glicolitice.
3. Deteriorarea catabolismului glucozei în celulele periferice.

Tulburări de anabolism carbohidrați se manifestă prin tulburări în sinteza şi depunerea glicogenului în ficat (glicogeneză).Tulburări în acest proces se observă în timpul hipoxiei.

Cea mai frecventă cauză a tulburărilor metabolismului carbohidraților este tulburări ale reglării neurohormonale.

Există unele dovezi că sistemul nervos este implicat în reglarea glicemiei.

Astfel, Claude Bernard a fost primul care a arătat că o injecție în partea inferioară a celui de-al patrulea ventricul duce la hiperglicemie („injecție de zahăr”). O creștere a concentrației de glucoză în sânge poate duce la iritarea tuberozității cenușii a hipotalamusului, a nucleului lenticular și a striatului ganglionilor bazali ai creierului. Cannon a observat că stresul mental și emoțiile pot crește nivelul de glucoză din sânge. Hiperglicemia apare și în timpul durerii, în timpul crizelor de epilepsie etc.

Astăzi s-a dovedit că influența sistemului nervos asupra nivelului de glucoză din sânge este mediată de o serie de hormoni. Sunt posibile următoarele opțiuni:

1. SNC → sistem nervos simpatic → medula suprarenală → adrenalină → hiperglicemie (injecție C. Bernard).
2. SNC → sistem nervos parasimpatic → insulițe pancreatice → insulina și glucagon.
3. SNC → sistem nervos simpatic → medula suprarenală → adrenalină → celule β ale insulelor pancreatice → inhibarea secreției de insulină.
4. SNC → hipotalamus → adenohipofiză → ACTH → glucocorticoizi → hiperglicemie.

Încălcarea reglării hormonale a metabolismului carbohidraților poate apărea nu numai atunci când mecanismele centrale de reglare a activității glandelor endocrine corespunzătoare sunt perturbate, ci și atunci când patologieînșiși glandele sau la perturbarea mecanismelor periferice de acțiune hormonală.

Hormonii, care participă la reglarea metabolismului carbohidraților, sunt împărțite în doua grupuri : insulinăȘi hormoni contrainsulari.

Contruinsular se numesc hormoni care, prin efectele lor biologice, sunt antagonisti ai insulinei. Acestea includ adrenalină, glucagon, glucocorticoizi, corticotropină, hormon de creștere, hormoni tiroidieni.

Factorul principal în perturbarea reglării hormonale a metabolismului carbohidraților este modificarea relației dintre activitatea insulinei și hormonii contrainsulari. Deficitul de insulină și predominanța influenței hormonilor contrainsulari sunt însoțite de hiperglicemie.

Insulină.

În funcție de sensibilitatea la insulină structurilor organismele se împart în trei grupuri :

1. Complet dependent de insulină. Acestea includ ficatul, mușchii (scheletici, miocard), țesutul adipos.
2. Absolut insensibil. Acestea sunt creierul, medula suprarenală, globulele roșii, testiculele.
3. Relativ sensibil(toate celelalte organe și țesuturi).

Efectele biologice ale insulinei.

1. Efect hipoglicemiant . Insulina reduce nivelul de glucoză din sânge prin:

a) inhibarea proceselor care asigură eliberarea glucozei din ficat în sânge (glicogenoliza și gluconeogeneza);

b) utilizarea crescută a glucozei de către țesuturile insulino-dependente (mușchi, grăsimi);

2 Efect anabolic . Insulina stimulează lipogeneza în țesutul adipos, glicogeneza în ficat și biosinteza proteinelor în mușchi.

3. Efect mitogen . În doze mari, insulina stimulează proliferarea celulară in vivo și in vitro.

În funcție de viteza de apariție efectele insulinei divizat in:

1. Foarte rapid(apar în câteva secunde) – modificări ale transportului membranar al glucozei și ionilor.
2. Rapid(durează minute) – activarea alosterică a enzimelor anabolice și inhibarea enzimelor catabolice.
3. Încet(durează de la câteva minute la câteva ore) – inducerea sintezei enzimelor anabolice și reprimarea sintezei enzimelor catabolice.
4. Foarte incet(de la câteva ore la câteva zile) – efect mitogen.

Hormonii continsulari.

Sub influenta adrenalina nivelul glucozei din sânge crește. Acest efect se bazează pe următoarele mecanisme:

1. Activarea glicogenolizei în ficat. Este asociat cu activarea sistemului de adenil-ciclază al hepatocitelor și eventuala formare a unei forme active de fosforilază.
2. Activarea glicogenolizei în mușchi, urmată de activarea gluconeogenezei în ficat. În acest caz, acidul lactic, eliberat din țesutul muscular în sânge, duce la formarea glucozei în hepatocite.
3. Inhibarea captării glucozei de către țesuturile dependente de insulină cu activarea simultană a lipolizei în țesutul adipos.
4. Suprimarea secreției de insulină de către celulele β și stimularea secreției de glucagon de către celulele α ale insulelor pancreatice.

De obicei, hiperglicemia adrenalină nu durează mult, dar cu tumorile medulei suprarenale (feocromocitom) este mai constantă.

Glucagon , eliberat sub influența stimulării simpatice a receptorilor β-adrenergici ai celulelor α ale insulelor pancreatice contribuie, de asemenea, la hiperglicemie. Acest efect se bazează pe următoarele mecanisme:

1. Activarea glicogenolizei în ficat.
2. Activarea gluconeogenezei în hepatocite.

Ambele mecanisme sunt mediate de cAMP.

Grupul hormonilor contrainsulari include si glucocorticoizii . Ele activează procesele de gluconeogeneză în ficat, crescând:

a) sinteza enzimelor adecvate (influenţa asupra transcripţiei);

proteoliza crescută în mușchi.

În plus, glucocorticoizii reduc absorbția de glucoză de către țesuturile dependente de insulină.

Corticotropina acționează similar glucocorticoizilor, deoarece stimulând eliberarea de glucocorticoizi, îmbunătățește gluconeogeneza și inhibă activitatea hexokinazei.

Creșterea producției de hormon adenohipofiză - somatotropină (hormonul de creștere), de exemplu în acromegalie, este însoțit de dezvoltarea rezistenței la insulină în mușchi și țesutul adipos - acestea devin insensibile la acțiunea insulinei. Rezultatul este hiperglicemia.

Hormonii tiroidieni De asemenea, participă la reglarea metabolismului carbohidraților. Se știe că hiperfuncția glandei tiroide se caracterizează printr-o scădere a rezistenței organismului la carbohidrați. Tiroxina stimulează absorbția glucozei în intestine și, de asemenea, crește activitatea fosforilazei în ficat.

Efectul hiperglicemic al adrenalinei durează până la 10 minute, glucagonul - 30-60 de minute, glucocorticoizii - de la câteva ore până la câteva zile, hormonul somatotrop - săptămâni, luni, ani.

Când nivelul de insulină crește, se dezvoltă hipoglicemia, iar când concentrația acesteia scade, se dezvoltă hiperglicemia.

Odată cu creșterea conținutului de hormoni contrainsulari, se dezvoltă hiperglicemia, iar cu o scădere, se dezvoltă hipoglicemia.

Starea de reglare a metabolismului carbohidraților, capacitatea organismului de a absorbi o anumită cantitate de carbohidrați este judecată de toleranta la carbohidrati , care se determină folosind încărcătura de glucoză. La o persoană sănătoasă, după ce a luat 50 g de glucoză pe stomacul gol timp de o oră, nivelul glicemiei atinge maximul, depășind nivelul inițial cu 50-75% (aproximativ 8,0-8,8 mmol/l). Până la sfârșitul celei de-a doua ore după administrarea glucozei, nivelul acesteia din sânge revine la normal.

Toleranta la carbohidrati determină cantitatea maximă de glucoză pe care organismul o poate absorbi fără apariția glicozuriei. La om, aceasta înseamnă 160-180 g de glucoză luate pe stomacul gol. Cu toleranță redusă la carbohidrați glicozurie se dezvoltă din mai puțină glucoză consumată. În general, glicozuria apare atunci când nivelul glicemiei depășește pragul renal - 8 mmol/l (după unii autori 10 mmol/l). Cu o concentrație mare de glucoză în sânge, sistemele enzimatice responsabile de procesul de reabsorbție a glucozei în tubii renali (hexokinaza, fosfatază) nu asigură fosforilarea întregii glucoze și o parte din aceasta este excretată în urină.

În unele cazuri, glicozuria apare fără hiperglicemie. Acest lucru se datorează unei perturbări a procesului de fosforilare a glucozei în rinichi, de exemplu, cu introducerea de phloridzin (o glicozidă din scoarța pomilor fructiferi), care inhibă fosforilarea. Când procesele enzimatice din rinichi care stau la baza reabsorbției glucozei sunt perturbate, se dezvoltă diabetul renal.

Hipoglicemie - aceasta este o scădere a concentrației de glucoză în plasma sanguină până la un nivel care provoacă apariția simptomelor clinice care dispar după normalizarea conținutului acestei substanțe.

Semnele de hipoglicemie apar de obicei atunci când nivelul glucozei scade sub 4 mol/l.

Mecanisme de hipoglicemie:

1. Reducerea fluxului de glucoză în sânge. Acest lucru se întâmplă cu tulburări de post, digestive (deficit de enzime amilolitice, tulburări de absorbție), cu tulburări ereditare și dobândite de glicogenoliză și gluconeogeneză în ficat.
2. Utilizarea crescută a glucozei la nevoile energetice ale corpului (de exemplu, munca fizică grea).
3. Pierderea glucozei(glicozurie) sau utilizarea lui în alte scopuri (tumori maligne).

Semne clinice de hipoglicemie asociate cu două grupe de tulburări din organism:

1. Aportul afectat de glucoză a creierului. În funcție de gradul de hipoglicemie, se dezvoltă simptome precum durerea de cap, incapacitatea de concentrare, oboseala, comportamentul inadecvat, halucinațiile, convulsiile și comă hipoglicemică.
2. Activarea sistemului simpatoadrenal. Acest lucru provoacă palpitații, transpirație crescută, tremur și senzație de foame.

Comă hipoglicemică este cea mai severă consecință a hipoglicemiei și, dacă ajutorul nu este acordat la timp (administrare de glucoză), duce la deces. Se caracterizează prin pierderea conștienței, pierderea reflexelor și tulburări ale funcțiilor vitale. Coma hipoglicemică se dezvoltă atunci când nivelul glucozei din plasma sanguină scade sub 2,5 mmol/l.

Hiperglicemie - aceasta este o creștere a glucozei plasmatice peste 6,66 mmol/l când este determinată prin metoda Hagedorn-Jensen.

Mecanisme de hiperglicemie:

1. Creșterea fluxului de glucoză în sânge. Aceasta se întâmplă după masă (hiperglicemie alimentară), cu glicogenoliza și gluconeogeneza crescută în ficat (scăderea conținutului de insulină sau creșterea concentrației de hormoni contrainsulari).
2. Utilizarea afectată a glucozeiţesuturile periferice. Astfel, odată cu scăderea conținutului de insulină, aportul și utilizarea glucozei în țesuturile insulino-dependente (mușchi, țesut adipos, ficat) sunt perturbate.

Diabet este o boală care apare ca urmare a deficienței absolute sau relative de insulină, însoțită de tulburări metabolice, în principal glucide.

Diabet este o boală care, în stare netratată, se manifestă ca o creștere cronică a glicemiei – hiperglicemie (definiția OMS, 1987).

Diabetul zaharat apare la 1-4% din populație.

Principalele manifestări ale diabetului zaharat– hiperglicemie, ajungând uneori la 25 mmol/l, glicozurie cu conținut de glucoză în urină până la 555-666 mmol/zi. (100-120 g/zi), poliurie (până la 10-12 litri de urină pe zi), polifagie și polidipsie. Este caracteristică și o creștere a nivelului de acid lactic (lacticocidemie) - peste 0,8 mmol/l (normal 0,033-0,78 mmol/l); lipemie - 50-100 g/l (norma 3,5-8,0 g/l), uneori cetonemie (determinată de acetonă) cu o creștere a nivelului de corp cetonici la 5200 µmol/l (normă mai mică de 517 µmol/l).

Modele experimentale de diabet zaharat:

1. Diabet zaharat pancreatic– îndepărtarea a 9/10 din pancreas la câini (Mering și Minkowski, 1889).
2. Diabet zaharat aloxan– o singură injecție de alloxan în animale, o substanță care dăunează selectiv celulelor β ale insulelor pancreatice.
3. Diabet zaharat cu streptozotocină– administrarea unui antibiotic la animale - streptozotocina, care afectează selectiv celulele β ale insulelor pancreatice.

Insulina este principalul medicament pentru tratarea pacienților cu diabet de tip 1. Uneori este folosit și pentru a stabiliza starea pacientului și a îmbunătăți starea de bine a acestuia în al doilea tip de boală. Această substanță prin natura sa este un hormon care poate influența metabolismul carbohidraților în doze mici.

În mod normal, pancreasul produce o cantitate suficientă de insulină, care ajută la menținerea nivelului fiziologic al zahărului din sânge. Dar în cazul unor tulburări endocrine grave, singura șansă de a ajuta pacientul este adesea injecțiile cu insulină. Din păcate, nu poate fi luat pe cale orală (sub formă de tablete), deoarece este complet distrus în tractul digestiv și își pierde valoarea biologică.

Mulți diabetici probabil s-au întrebat cel puțin o dată din ce se face insulina, care este folosită în scopuri medicale? În prezent, acest medicament este obținut cel mai adesea folosind inginerie genetică și biotehnologie, dar uneori este extras din materii prime de origine animală.

Preparate obtinute din materii prime de origine animala

Extragerea acestui hormon din pancreasul porcilor și bovinelor este o tehnologie veche care este rar folosită astăzi. Acest lucru se datorează calității scăzute a medicamentului rezultat, tendinței sale de a provoca reacții alergice și gradului insuficient de purificare. Faptul este că, deoarece hormonul este o substanță proteică, este format dintr-un anumit set de aminoacizi.

Insulina produsă în corpul porcului diferă în compoziția aminoacizilor de insulina umană cu 1 aminoacid și de insulina bovină cu 3.

La începutul și mijlocul secolului al XX-lea, când medicamente similare nu existau, chiar și o astfel de insulină a devenit o descoperire în medicină și a făcut posibilă ducerea tratamentului diabeticilor la un nou nivel. Hormonii obținuți prin această metodă au scăzut zahărul din sânge, cu toate acestea, ei au provocat adesea reacții adverse și alergii. Diferențele în compoziția aminoacizilor și a impurităților din medicament au afectat starea pacienților, în special la categoriile mai vulnerabile de pacienți (copii și vârstnici). Un alt motiv pentru tolerabilitatea slabă a unei astfel de insuline este prezența precursorului său inactiv în medicament (proinsulină), de care a fost imposibil de eliminat în această variantă a medicamentului.

În zilele noastre, există insuline îmbunătățite din carne de porc care nu prezintă aceste dezavantaje. Ele sunt obținute din pancreasul porcului, dar după aceea sunt supuse unei prelucrări și purificări suplimentare. Sunt multicomponente și conțin excipienți.

Insulina de porc modificată nu este practic diferită de hormonul uman, motiv pentru care este încă folosită în practică

Astfel de medicamente sunt mult mai bine tolerate de către pacienți și practic nu provoacă reacții adverse, nu suprimă sistemul imunitar și scad efectiv glicemia. Insulina bovină nu este utilizată în prezent în medicină, deoarece datorită structurii sale străine afectează negativ sistemul imunitar și alte sisteme ale corpului uman.

Insulină modificată genetic

Insulina umană, care este utilizată pentru diabetici, este produsă comercial în două moduri:

• utilizarea tratamentului enzimatic al insulinei de porc;
• folosind tulpini modificate genetic de E. coli sau drojdie.

Cu o schimbare fizico-chimică, moleculele de insulină de porc sub influența enzimelor speciale devin identice cu insulina umană. Compoziția de aminoacizi a medicamentului rezultat nu este diferită de compoziția hormonului natural care este produs în corpul uman. În timpul procesului de producție, medicamentul este foarte purificat, astfel încât nu provoacă reacții alergice sau alte manifestări nedorite.

Dar cel mai adesea, insulina se obține folosind microorganisme modificate (modificate genetic). Bacteriile sau drojdia au fost modificate biotehnologic, astfel încât să își poată produce propria insulină.

Pe lângă producerea de insulină în sine, purificarea acesteia joacă un rol important. Pentru a vă asigura că medicamentul nu provoacă reacții alergice sau inflamatorii, în fiecare etapă este necesar să se monitorizeze puritatea tulpinilor de microorganisme și a tuturor soluțiilor, precum și a ingredientelor utilizate.

Există 2 metode de producere a insulinei în acest fel. Prima dintre ele se bazează pe utilizarea a două tulpini (specii) diferite ale unui singur microorganism. Fiecare dintre ele sintetizează doar un lanț al moleculei de ADN hormonal (sunt două în total și sunt răsucite în spirală împreună). Apoi, aceste lanțuri sunt conectate, iar în soluția rezultată este deja posibilă separarea formelor active de insulină de cele care nu au nicio semnificație biologică.

A doua metodă de producere a medicamentelor folosind E. coli sau drojdie se bazează pe faptul că microbul produce mai întâi insulină inactivă (adică precursorul său - proinsulina). Apoi, folosind tratamentul enzimatic, această formă este activată și utilizată în medicină.

Personalul care are acces la anumite zone de producție trebuie să poarte întotdeauna un costum de protecție steril, prevenind astfel contactul medicamentului cu fluidele biologice umane.

Toate aceste procese sunt de obicei automatizate, aerul și toate suprafețele în contact cu fiolele și flacoanele sunt sterile, iar liniile de echipamente sunt sigilate ermetic.

Tehnicile de biotehnologie le permit oamenilor de știință să se gândească la soluții alternative la problema diabetului. De exemplu, în prezent se desfășoară cercetări preclinice privind producerea de celule beta pancreatice artificiale, care pot fi obținute prin metode de inginerie genetică. Poate că în viitor vor fi folosite pentru a îmbunătăți funcționarea acestui organ la o persoană bolnavă.

Producția de produse moderne este un proces tehnologic complex care implică automatizare și intervenție umană minimă.

Componente suplimentare

Producția de insulină fără excipienți în lumea modernă este aproape imposibil de imaginat, deoarece acestea îi pot îmbunătăți proprietățile chimice, își pot prelungi timpul de acțiune și pot atinge un grad ridicat de puritate.

În funcție de proprietățile lor, toate ingredientele suplimentare pot fi împărțite în următoarele clase:

• prelungitoare (substanțe care sunt utilizate pentru a asigura un efect mai lung al medicamentului);
• componente dezinfectante;
• stabilizatori, datorită cărora aciditatea optimă este menținută în soluția de medicament.

Aditivi de prelungire

Există insuline cu acțiune prelungită, a căror activitate biologică continuă timp de 8 până la 42 de ore (în funcție de grupul de medicamente). Acest efect se realizează prin adăugarea de substanțe speciale - prelungitoare - la soluția injectabilă. Cel mai adesea, unul dintre acești compuși este utilizat în acest scop:

• proteine;
• săruri de clorură de zinc.

Proteinele care prelungesc efectul medicamentului suferă o purificare detaliată și sunt slab alergene (de exemplu, protamina). De asemenea, sărurile de zinc nu au un efect negativ asupra activității insulinei sau asupra bunăstării unei persoane.

Componente antimicrobiene

Dezinfectanții din insulină sunt necesari pentru a se asigura că flora microbiană nu se înmulțește în ea în timpul depozitării și utilizării. Aceste substanțe sunt conservanți și asigură păstrarea activității biologice a medicamentului. În plus, dacă pacientul își administrează singur hormonul dintr-o sticlă, atunci medicamentul poate dura câteva zile. Datorită componentelor antibacteriene de înaltă calitate, nu va fi nevoie să aruncați medicamentul neutilizat din cauza posibilității teoretice de multiplicare a microbilor în soluție.

Următoarele substanțe pot fi utilizate ca componente dezinfectante în producția de insulină:

• metacrezol;
• fenol;
• parabeni.

Dacă soluția conține ioni de zinc, aceștia acționează și ca un conservant suplimentar datorită proprietăților lor antimicrobiene

Anumite componente dezinfectante sunt potrivite pentru producerea fiecărui tip de insulină. Interacțiunea lor cu hormonul trebuie studiată în stadiul studiilor preclinice, deoarece conservantul nu ar trebui să perturbe activitatea biologică a insulinei sau să îi afecteze în mod negativ proprietățile.

Utilizarea conservanților în majoritatea cazurilor permite administrarea hormonului sub piele fără a-l pre-trata cu alcool sau alte antiseptice (producătorul menționează de obicei acest lucru în instrucțiuni). Acest lucru simplifică administrarea medicamentului și reduce numărul de manipulări pregătitoare înainte de injectarea în sine. Dar această recomandare funcționează numai dacă soluția este administrată folosind o seringă individuală de insulină cu un ac subțire.

Stabilizatoare

Stabilizatorii sunt necesari pentru a se asigura că pH-ul soluției este menținut la un nivel dat. Siguranța medicamentului, activitatea sa și stabilitatea proprietăților sale chimice depind de nivelul de aciditate. Atunci când se produc hormoni injectabili pentru pacienții cu diabet, fosfații sunt de obicei utilizați în acest scop.

Pentru insulinele cu zinc, stabilizatorii de soluție nu sunt întotdeauna necesari, deoarece ionii metalici ajută la menținerea echilibrului necesar. Dacă totuși sunt utilizați, atunci în loc de fosfați, se folosesc alți compuși chimici, deoarece combinația acestor substanțe duce la precipitare și la neadecvarea medicamentului. O proprietate importantă pentru toți stabilizatorii este siguranța și absența capacității de a intra în orice reacție cu insulina.

Selectarea medicamentelor injectabile pentru diabet pentru fiecare pacient în parte trebuie efectuată de un endocrinolog competent. Sarcina insulinei nu este doar de a menține nivelul normal de zahăr din sânge, ci și de a nu dăuna altor organe și sisteme. Medicamentul trebuie să fie neutru din punct de vedere chimic, slab alergen și, de preferință, accesibil. De asemenea, este destul de convenabil dacă insulina selectată poate fi amestecată cu alte versiuni ale acesteia în funcție de durata de acțiune.

Ultima actualizare: 1 iunie 2019

Insulina (din lat. insula- insuliță) este un hormon protein-peptidic produs de celulele β ale insulelor Langerhans din pancreas. În condiții fiziologice în celulele β, insulina se formează din preproinsulină, o proteină precursoare cu un singur lanț, constând din 110 reziduuri de aminoacizi. După ce a fost transportată prin membrana reticulului endoplasmatic dur, o peptidă semnal de 24 de aminoacizi este scindată din preproinsulină pentru a forma proinsulină. Lanțul lung de proinsulină din aparatul Golgi este împachetat în granule, unde patru reziduuri de aminoacizi de bază sunt scindate prin hidroliză pentru a forma insulină și o peptidă C-terminală (funcția fiziologică a peptidei C este necunoscută).

Molecula de insulină este formată din două lanțuri polipeptidice. Unul dintre ele conține 21 de resturi de aminoacizi (lanțul A), al doilea - 30 de resturi de aminoacizi (lanțul B). Lanțurile sunt legate prin două punți disulfurice. A treia punte disulfurică se formează în interiorul lanțului A. Greutatea moleculară totală a moleculei de insulină este de aproximativ 5700. Secvența de aminoacizi a insulinei este considerată conservatoare. Majoritatea speciilor au o genă a insulinei, care codifică o proteină. Excepția sunt șobolanii și șoarecii (au două gene de insulină), produc două insuline care diferă în două resturi de aminoacizi ale lanțului B.

Structura primară a insulinei în diferite specii biologice, incl. iar între diferitele mamifere, variază oarecum. Cea mai apropiată structură de insulina umană este insulina de porc, care diferă de insulina umană într-un singur aminoacid (în lanțul său B, în loc de reziduul de aminoacid treonină, conține un reziduu de alanină). Insulina bovină diferă de insulina umană prin trei resturi de aminoacizi.

Referință istorică.În 1921, Frederick G. Banting și Charles G. Best, lucrând în laboratorul lui John J. R. MacLeod de la Universitatea din Toronto, au izolat un extract din pancreas (mai târziu s-a descoperit că conține insulină amorfă) care a scăzut nivelul de glucoză din sânge la câinii cu experimente experimentale. diabetul zaharat. În 1922, primului pacient, Leonard Thompson, în vârstă de 14 ani, diabetic, i s-a administrat extract de pancreas și, prin urmare, i-a salvat viața. În 1923, James B. Collip a dezvoltat o metodă de purificare a extractului izolat din pancreas, care a făcut posibilă ulterior obținerea de extracte active din pancreasul porcilor și bovinelor care dau rezultate reproductibile. În 1923, Banting și MacLeod au primit Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină pentru descoperirea insulinei. În 1926, J. Abel și V. Du Vigneault au obținut insulină sub formă cristalină. În 1939, insulina a fost aprobată pentru prima dată de FDA (Food and Drug Administration). Frederick Sanger a descifrat complet secvența de aminoacizi a insulinei (1949-1954).În 1958, Sanger a fost distins cu Premiul Nobel pentru munca sa de descifrare a structurii proteinelor, în special a insulinei. În 1963, a fost sintetizată insulina artificială. Prima insulină umană recombinantă a fost aprobată de FDA în 1982. Un analog de insulină cu acțiune rapidă (insulina lispro) a fost aprobat de FDA în 1996.

Mecanism de acțiune.În implementarea efectelor insulinei, rolul principal îl joacă interacțiunea sa cu receptorii specifici localizați pe membrana plasmatică a celulei și formarea complexului receptor de insulină. În combinație cu receptorul de insulină, insulina pătrunde în celulă, unde influențează procesele de fosforilare a proteinelor celulare și declanșează numeroase reacții intracelulare.

La mamifere, receptorii de insulină se găsesc pe aproape toate celulele - atât pe celulele țintă de insulină clasice (hepatocite, miocite, lipocite), cât și pe celulele sanguine, creier și gonade. Numărul de receptori de pe diferite celule variază de la 40 (eritrocite) la 300 de mii (hepatocite și lipocite). Receptorul de insulină este sintetizat și degradat în mod constant; timpul său de înjumătățire este de 7-12 ore.

Receptorul de insulină este o glicoproteină transmembranară mare, constând din două subunități α cu o greutate moleculară de 135 kDa (fiecare conținând 719 sau 731 de resturi de aminoacizi, în funcție de splicing-ul ARNm) și două subunități β cu o greutate moleculară de 95 kDa (fiecare conţinând 620 de resturi de aminoacizi). Subunitățile sunt conectate între ele prin legături disulfurice și formează o structură heterotetramerică β-α-α-β. Subunitățile alfa sunt localizate extracelular și conțin situsuri de legare a insulinei, fiind partea de recunoaștere a receptorului. Subunitățile beta formează un domeniu transmembranar, au activitate tirozin kinazei și îndeplinesc funcții de transducție a semnalului. Legarea insulinei de subunitățile α ale receptorului de insulină conduce la stimularea activității tirozin kinazei a subunităților β prin autofosforilarea reziduurilor lor de tirozină, agregarea heterodimerilor α,β și internalizarea rapidă a complexelor receptor-hormon. Receptorul de insulină activat declanșează o cascadă de reacții biochimice, inclusiv. fosforilarea altor proteine ​​din interiorul celulei. Prima dintre aceste reacții este fosforilarea a patru proteine ​​numite substraturi ale receptorilor de insulină - IRS-1, IRS-2, IRS-3 și IRS-4.

Efectele farmacologice ale insulinei. Insulina afectează aproape toate organele și țesuturile. Cu toate acestea, obiectivele sale principale sunt ficatul, mușchii și țesutul adipos.

Insulina endogenă este cel mai important regulator al metabolismului carbohidraților, insulina exogenă este un agent specific de scădere a zahărului. Efectul insulinei asupra metabolismului carbohidraților se datorează faptului că îmbunătățește transportul glucozei prin membrana celulară și utilizarea acesteia de către țesuturi și promovează conversia glucozei în glicogen în ficat. Insulina, în plus, inhibă producția endogene de glucoză prin suprimarea glicogenolizei (descompunerea glicogenului în glucoză) și gluconeogeneza (sinteza glucozei din surse non-carbohidrate - de exemplu, din aminoacizi, acizi grași). Pe lângă hipoglicemiante, insulina are o serie de alte efecte.

Efectul insulinei asupra metabolismului grăsimilor se manifestă prin inhibarea lipolizei, ceea ce duce la o scădere a fluxului de acizi grași liberi în sânge. Insulina previne formarea corpilor cetonici în organism. Insulina îmbunătățește sinteza acizilor grași și esterificarea ulterioară a acestora.

Insulina este implicată în metabolismul proteinelor: crește transportul aminoacizilor prin membrana celulară, stimulează sinteza peptidelor, reduce consumul de proteine ​​de către țesuturi și inhibă conversia aminoacizilor în cetoacizi.

Acțiunea insulinei este însoțită de activarea sau inhibarea unui număr de enzime: sunt stimulate glicogen sintetaza, piruvat dehidrogenaza, hexokinaza, lipazele sunt inhibate (atât hidroliza lipidelor din țesutul adipos, cât și lipoprotein lipaza, care reduce „turbiditatea” serului sanguin după masă. o masă bogată în grăsimi).

În reglarea fiziologică a biosintezei și secreției de insulină de către pancreas, rolul principal este jucat de concentrația de glucoză în sânge: atunci când conținutul acesteia crește, secreția de insulină crește, iar când scade, încetinește. Pe lângă glucoză, secreția de insulină este influențată de electroliți (în special ionii de Ca 2+), aminoacizi (inclusiv leucină și arginina), glucagon și somatostatina.

Farmacocinetica. Preparatele de insulină se administrează subcutanat, intramuscular sau intravenos (doar insulinele cu acțiune scurtă se administrează intravenos și numai pentru precomul diabetic și comă). Suspensiile de insulină nu trebuie administrate intravenos. Temperatura insulinei administrate trebuie să fie la temperatura camerei, deoarece insulina rece se absoarbe mai lent. Cea mai optimă metodă de terapie cu insulină continuă în practica clinică este administrarea subcutanată.

Completitudinea absorbției și debutul efectului insulinei depind de locul injectării (de obicei, insulina este injectată în abdomen, coapse, fese, brațe), doza (volumul de insulină administrat), concentrația de insulină în medicament etc.

Viteza de absorbție a insulinei în sânge de la locul injectării subcutanate depinde de o serie de factori - tipul de insulină, locul de injectare, viteza fluxului sanguin local, activitatea musculară locală, cantitatea de insulină administrată (este se recomandă administrarea a nu mai mult de 12-16 unități de medicament la un loc). Insulina pătrunde cel mai repede în sânge din țesutul subcutanat al peretelui abdominal anterior, mai lent din zona umerilor, anterioară a coapsei și chiar mai încet din regiunea subscapulară și fese. Acest lucru se datorează gradului de vascularizare a țesutului adipos subcutanat al zonelor enumerate. Profilul de acțiune al insulinei este supus unor fluctuații semnificative atât între persoane diferite, cât și în cadrul aceleiași persoane.

În sânge, insulina se leagă de alfa și beta globuline, în mod normal 5-25%, dar legarea poate crește în timpul tratamentului datorită apariției anticorpilor serici (producția de anticorpi la insulină exogenă duce la rezistență la insulină; atunci când se utilizează medicamente moderne înalt purificate). , rezistența la insulină apare rar). T1/2 din sânge este mai mică de 10 minute. Cea mai mare parte a insulinei care intră în sânge suferă defalcare proteolitică în ficat și rinichi. Eliminat rapid din organism prin rinichi (60%) și ficat (40%); mai puțin de 1,5% este excretat nemodificat prin urină.

Preparatele de insulină utilizate în prezent diferă în mai multe moduri, inclusiv după sursa de origine, durata de acțiune, pH-ul soluției (acid și neutru), prezența conservanților (fenol, crezol, fenol-crezol, metilparaben), concentrația insulinei - 40, 80, 100, 200, 500 U/ml.

Clasificare. Insulinele sunt de obicei clasificate după origine (bovină, porcină, umană și analogi ai insulinei umane) și durata de acțiune.

În funcție de sursa de producție, există insuline de origine animală (în principal preparate de insulină de porc), preparate de insulină umană semisintetică (obținute din insulina de porc prin transformare enzimatică) și preparate de insulină umană modificată genetic (ADN recombinant, obținut prin inginerie genetică). ).

Pentru uz medical, anterior insulina se obținea în principal din pancreasul bovinelor, apoi din pancreasul porcilor, având în vedere că insulina de porc este mai apropiată de insulina umană. Deoarece insulina bovină, care diferă de insulina umană în trei aminoacizi, provoacă destul de des reacții alergice, practic nu este folosită astăzi. Insulina de porc, care diferă de insulina umană într-un singur aminoacid, este mai puțin probabil să provoace reacții alergice. Dacă preparatele cu insulină nu sunt suficient purificate, pot exista impurități (proinsulină, glucagon, somatostatina, proteine, polipeptide) care pot provoca diverse reacții adverse. Tehnologiile moderne fac posibilă obținerea preparatelor de insulină purificate (mono-pic - purificat cromatografic pentru a izola „vârful” insulinei), înalt purificate (monocomponent) și cristalizate. Dintre preparatele de insulină de origine animală, se preferă insulină monopic obținută din pancreasul porcilor. Insulina obținută prin metode de inginerie genetică corespunde pe deplin compoziției de aminoacizi a insulinei umane.

Activitatea insulinei este determinată printr-o metodă biologică (prin capacitatea sa de a scădea nivelul glicemiei la iepuri) sau printr-o metodă fizico-chimică (prin electroforeză pe hârtie sau cromatografie pe hârtie). O unitate de acțiune, sau unitate internațională, este activitatea a 0,04082 mg de insulină cristalină. Pancreasul uman conține până la 8 mg de insulină (aproximativ 200 de unități).

Preparatele de insulină în funcție de durata lor de acțiune sunt împărțite în medicamente cu acțiune scurtă și cu acțiune ultrascurtă - imită secreția fiziologică normală a insulinei de către pancreas ca răspuns la stimulare, medicamente cu acțiune intermediară și medicamente cu acțiune lungă - imită secreția bazală (de fond) de insulină, precum și medicamentele combinate (combină ambele acțiuni).

Se disting următoarele grupuri:

(efectul hipoglicemiant se dezvoltă la 10-20 de minute după administrarea subcutanată, vârful de acțiune se atinge în medie după 1-3 ore, durata de acțiune este de 3-5 ore):

Insulină lispro (Humalog);

Insulină aspart (NovoRapid Penfill, NovoRapid FlexPen);

Insulină glulizină (Apidra).

Insuline cu acțiune scurtă(debutul acțiunii de obicei după 30-60 de minute; acțiunea maximă după 2-4 ore; durata acțiunii până la 6-8 ore):

Insulină solubilă [modificată genetic uman] (Actrapid HM, Gensulin R, Rinsulin R, Humulin Regular);

Insulină solubilă [uman semi-sintetică] (Biogulin R, Humodar R);

Insulină solubilă [monocomponentă de porc] (Actrapid MS, Monodar, Monosulin MK).

Preparate cu insulină cu acțiune lungă- includ medicamente cu acțiune intermediară și medicamente cu acțiune prelungită.

(debut după 1,5-2 ore; vârf după 3-12 ore; durată 8-12 ore):

Insulina izofan [modificat genetic uman] (Biosulin N, Gansulin N, Gensulin N, Insuman Bazal GT, Insuran NPH, Protafan NM, Rinsulin NPH, Humulin NPH);

Insulină-izofan [uman semi-sintetic] (Biogulin N, Humodar B);

Insulină-izofan [monocomponentă de porc] (Monodar B, Protafan MS);

Compus suspensie insulină-zinc (Monotard MS).

Insuline cu acțiune lungă(debut după 4-8 ore; vârf după 8-18 ore; durata totală 20-30 ore):

Insulină glargin (Lantus);

Insulină detemir (Levemir Penfill, Levemir FlexPen).

Preparate combinate de insulină(medicamente bifazice) (efectul hipoglicemiant începe la 30 de minute după administrarea subcutanată, atinge maxim după 2-8 ore și durează până la 18-20 ore):

Insulină bifazică [uman semisintetic] (Biogulin 70/30, Humodar K25);

Insulină bifazică [modificată genetic uman] (Gansulin 30R, Gensulin M 30, Insuman Comb 25 GT, Mixtard 30 NM, Humulin M3);

Insulina aspart bifazică (NovoMix 30 Penfill, NovoMix 30 FlexPen).

Insuline cu acțiune ultrascurtă- analogi ai insulinei umane. Se știe că insulina endogene din celulele β pancreatice, precum și moleculele hormonale din soluțiile de insulină cu acțiune scurtă fabricate, sunt polimerizate și reprezintă hexameri. Atunci când sunt administrate subcutanat, formele hexamerice sunt absorbite lent și nu se poate crea o concentrație maximă a hormonului în sânge, similară cu cea a unei persoane sănătoase după masă. Primul analog al insulinei cu acțiune scurtă, care este absorbit din țesutul subcutanat de 3 ori mai repede decât insulina umană, a fost insulina lispro. Insulina lispro este un derivat al insulinei umane obținute prin rearanjarea a două resturi de aminoacizi în molecula de insulină (lizina și prolina la pozițiile 28 și 29 ale lanțului B). Modificarea moleculei de insulină perturbă formarea hexamerilor și asigură eliberarea rapidă a medicamentului în sânge. Aproape imediat după administrarea subcutanată în țesuturi, moleculele de insulină lispro sub formă de hexameri se disociază rapid în monomeri și intră în sânge. Un alt analog de insulină, insulina aspart, a fost creat prin înlocuirea prolinei la poziția B28 cu acid aspartic încărcat negativ. Ca și insulina lispro, după administrarea subcutanată se descompune rapid și în monomeri. În insulina glulizină, înlocuirea aminoacidului asparagină al insulinei umane la poziția B3 cu lizină și a lizinei la poziția B29 cu acid glutamic promovează, de asemenea, o absorbție mai rapidă. Analogii de insulină cu acțiune rapidă pot fi administrați imediat înainte sau după masă.

Insuline cu acțiune scurtă(se mai numesc și solubile) sunt soluții într-un tampon cu valori neutre ale pH-ului (6,6-8,0). Sunt destinate administrării subcutanate, mai rar intramusculare. Dacă este necesar, se administrează și intravenos. Au un efect hipoglicemiant rapid și relativ scurt. Efectul după injectarea subcutanată apare după 15-20 de minute, ajungând la maximum după 2 ore; durata totală de acțiune este de aproximativ 6 ore.Se folosesc în principal în spital pentru a stabili doza de insulină necesară pacientului, precum și atunci când este necesar un efect rapid (urgent) - în comă diabetică și precom. La administrarea intravenoasă, T1/2 este de 5 minute, prin urmare, în coma cetoacidotică diabetică, insulina se administrează intravenos. Preparatele de insulină cu acțiune scurtă sunt, de asemenea, utilizate ca agenți anabolizanți și sunt prescrise, de regulă, în doze mici (4-8 unități de 1-2 ori pe zi).

Insuline cu acțiune intermediară mai puțin solubile, absorbite mai lent din țesutul subcutanat, drept urmare au un efect mai durabil. Efectul pe termen lung al acestor medicamente este obținut prin prezența unui prelungitor special - protamina (izofan, protafan, bazal) sau zinc. Încetinirea absorbției insulinei în preparatele care conțin suspensie compozită insulină-zinc se datorează prezenței cristalelor de zinc. Insulina NPH (protamina neutră Hagedorn sau izofan) este o suspensie formată din insulină și protamina (protamina este o proteină izolată din laptele de pește) într-un raport stoichiometric.

La insulinele cu acțiune prelungită insulina glargin este un analog al insulinei umane obținute prin tehnologia recombinant ADN - primul preparat de insulină care nu are un vârf pronunțat de acțiune. Insulina glargina este produsă prin două modificări ale moleculei de insulină: înlocuirea lanțului A (asparagina) cu glicină în poziția 21 și adăugarea a două resturi de arginină la capătul C-terminal al lanțului B. Medicamentul este o soluție limpede cu un pH de 4. pH-ul acid stabilizează hexamerii de insulină și asigură absorbția pe termen lung și previzibilă a medicamentului din țesutul subcutanat. Cu toate acestea, datorită pH-ului său acid, insulina glargin nu poate fi combinată cu insuline cu acțiune scurtă, care au un pH neutru. O singură doză de insulină glargin asigură controlul glicemic fără vârf de 24 de ore. Majoritatea preparatelor de insulină au așa-numitele Acțiune „de vârf”, observată atunci când concentrația de insulină din sânge atinge maximul. Insulina glargin nu are un vârf pronunțat deoarece este eliberată în fluxul sanguin cu o rată relativ constantă.

Preparatele de insulină cu acțiune prelungită sunt disponibile în diferite forme de dozare care au un efect hipoglicemiant de durate diferite (de la 10 la 36 de ore). Efectul prelungit vă permite să reduceți numărul de injecții zilnice. Sunt produse de obicei sub formă de suspensii, administrate numai subcutanat sau intramuscular. În coma diabetică și stările precomatoase, medicamentele cu acțiune prelungită nu sunt utilizate.

Preparate combinate de insulină sunt suspensii formate din insulină neutră solubilă cu acțiune scurtă și insulină izofan (cu acțiune medie) în anumite proporții. Această combinație de insuline cu durate diferite de acțiune într-un singur preparat permite pacientului să fie scutit de două injecții atunci când utilizează medicamentele separat.

Indicatii. Principala indicație pentru utilizarea insulinei este diabetul zaharat de tip 1, dar în anumite condiții este prescris și pentru diabetul zaharat de tip 2, incl. cu rezistență la agenții hipoglicemianți orali, cu boli concomitente severe, în pregătire pentru intervenții chirurgicale, comă diabetică, cu diabet la gravide. Insulinele cu acțiune scurtă sunt utilizate nu numai pentru diabet zaharat, ci și pentru alte procese patologice, de exemplu, cu epuizare generală (ca agent anabolizant), furunculoză, tireotoxicoză, boli de stomac (atonie, gastroptoză), hepatită cronică, forme inițiale. a cirozei hepatice, precum și în unele boli psihice (administrarea de doze mari de insulină - așa-numita comă hipoglicemică); este folosit uneori ca o componentă a soluțiilor „polarizante” utilizate pentru tratarea insuficienței cardiace acute.

Insulina este principalul tratament specific pentru diabetul zaharat. Tratamentul diabetului zaharat se efectuează în conformitate cu regimuri special dezvoltate, folosind preparate de insulină cu durate diferite de acțiune. Alegerea medicamentului depinde de severitatea și caracteristicile evoluției bolii, starea generală a pacientului și viteza de debut și durata efectului hipoglicemiant al medicamentului.

Toate preparatele cu insulină sunt utilizate sub rezerva respectării obligatorii a unui regim alimentar cu o limitare a valorii energetice a alimentelor (de la 1700 la 3000 kcal).

La determinarea dozei de insulină, acestea sunt ghidate de nivelul glicemiei pe stomacul gol și în timpul zilei, precum și de nivelul de glucozurie din timpul zilei. Selecția finală a dozei se efectuează sub controlul reducerii hiperglicemiei, glucozuriei, precum și a stării generale a pacientului.

Contraindicații. Insulina este contraindicată în bolile și afecțiunile asociate cu hipoglicemie (de exemplu, insulinomul), bolile acute ale ficatului, pancreasului, rinichilor, ulcerelor gastrice și duodenale, defecte cardiace decompensate, insuficiență coronariană acută și alte boli.

Utilizați în timpul sarcinii. Principalul tratament medical pentru diabetul zaharat în timpul sarcinii este terapia cu insulină, care se efectuează sub supraveghere atentă. Pentru diabetul zaharat de tip 1 se continuă tratamentul cu insulină. Pentru diabetul zaharat de tip 2, medicamentele hipoglicemiante orale sunt întrerupte și se efectuează terapia dietetică.

Diabetul zaharat gestațional (diabetul gravide) este o tulburare a metabolismului carbohidraților care a apărut pentru prima dată în timpul sarcinii. Diabetul zaharat gestațional este însoțit de un risc crescut de mortalitate perinatală, de incidența deformărilor congenitale, precum și de riscul de progresie a diabetului la 5-10 ani de la naștere. Tratamentul diabetului zaharat gestațional începe cu terapia dietetică. Dacă dieta este ineficientă, se utilizează insulină.

Pentru pacientele cu diabet zaharat preexistent sau gestațional, este important să se mențină o reglare adecvată a proceselor metabolice pe tot parcursul sarcinii. Nevoia de insulină poate scădea în primul trimestru de sarcină și poate crește în al doilea și al treilea trimestru. În timpul și imediat după naștere, necesarul de insulină poate scădea brusc (riscul de hipoglicemie crește). În aceste condiții, monitorizarea atentă a nivelului de glucoză din sânge este esențială.

Insulina nu traversează bariera placentară. Cu toate acestea, anticorpii IgG materni la insulină traversează placenta și sunt susceptibili de a provoca hiperglicemie la făt prin neutralizarea insulinei secretate. Pe de altă parte, disocierea nedorită a complexelor insulină-anticorp poate duce la hiperinsulinemie și hipoglicemie la făt sau nou-născut. S-a demonstrat că trecerea de la preparatele de insulină bovină/porcină la preparatele monocomponente este însoțită de o scădere a titrului de anticorpi. În acest sens, în timpul sarcinii se recomandă utilizarea numai a preparatelor de insulină umană.

Analogii de insulină (ca și alți agenți recent dezvoltați) sunt utilizați cu prudență în timpul sarcinii, deși nu există dovezi de încredere ale efectelor adverse. În conformitate cu recomandările general acceptate ale FDA (Food and Drug Administration), care determină posibilitatea utilizării medicamentelor în timpul sarcinii, preparatele cu insulină pentru efectul lor asupra fătului aparțin categoriei B (studiile de reproducere la animale nu au evidențiat efecte adverse). asupra fătului și nu au fost efectuate studii adecvate și strict controlate la femei gravide) sau categoria C (studiile de reproducere la animale au evidențiat un efect advers asupra fătului și nu au fost efectuate studii adecvate și strict controlate la femeile însărcinate, dar potențialele beneficii asociate cu utilizarea medicamentului la femeile însărcinate pot justifica utilizarea acestuia, în ciuda posibilului risc). Astfel, insulina lispro aparține clasei B, iar insulina aspart și insulina glargin aparțin clasei C.

Complicațiile terapiei cu insulină. Hipoglicemie. Introducerea de doze prea mari, precum și lipsa aportului de carbohidrați din alimente, pot provoca o stare hipoglicemică nedorită; o comă hipoglicemică se poate dezvolta cu pierderea conștienței, convulsii și deprimarea activității cardiace. Hipoglicemia se poate dezvolta și din cauza unor factori suplimentari care cresc sensibilitatea la insulină (de exemplu, insuficiență suprarenală, hipopituitarism) sau cresc absorbția tisulară de glucoză (exercițiu).

Simptomele precoce ale hipoglicemiei, care sunt în mare parte asociate cu activarea sistemului nervos simpatic (simptome adrenergice), includ tahicardie, transpirație rece, tremur, cu activarea sistemului parasimpatic - foame extremă, greață și senzație de furnicături în buze și limbă. . La primele semne de hipoglicemie, sunt necesare măsuri urgente: pacientul trebuie să bea ceai dulce sau să mănânce câteva bucăți de zahăr. În comă hipoglicemică, o soluție de glucoză 40% este injectată într-o venă într-o cantitate de 20-40 ml sau mai mult până când pacientul iese din comă (de obicei nu mai mult de 100 ml). Hipoglicemia poate fi, de asemenea, ameliorată prin administrarea intramusculară sau subcutanată de glucagon.

Creștere în greutate cu terapia cu insulină este asociată cu eliminarea glucozuriei, o creștere a conținutului real de calorii al alimentelor, o creștere a apetitului și stimularea lipogenezei sub influența insulinei. Urmând principiile nutriției raționale, acest efect secundar poate fi evitat.

Utilizarea preparatelor moderne de hormoni înalt purificați (în special preparate modificate genetic de insulină umană) duce relativ rar la dezvoltarea rezistenta la insulinași fenomene alergii, cu toate acestea, astfel de cazuri nu sunt excluse. Dezvoltarea unei reacții alergice acute necesită o terapie desensibilizantă imediată și înlocuirea medicamentelor. Dacă se dezvoltă o reacție la preparatele cu insulină bovină/porcină, acestea trebuie înlocuite cu preparate cu insulină umană. Reacțiile locale și sistemice (mâncărime, erupții cutanate locale sau sistemice, formarea de noduli subcutanați la locul injectării) sunt asociate cu o purificare insuficientă a insulinei de impurități sau cu utilizarea insulinei bovine sau porcine care diferă ca secvență de aminoacizi de insulina umană.

Cele mai frecvente reacții alergice sunt reacțiile cutanate mediate de anticorpii IgE. Rareori se observă reacții alergice sistemice și rezistență la insulină mediate de anticorpii IgG.

Deficiență vizuală. Erorile de refracție tranzitorii ale ochiului apar chiar la începutul terapiei cu insulină și dispar de la sine după 2-3 săptămâni.

Edem.În primele săptămâni de terapie, apare și umflarea tranzitorie a picioarelor din cauza retenției de lichide în organism, așa-numita. edem de insulină.

Reacțiile locale includ lipodistrofie la locul injectărilor repetate (complicație rară). Există lipoatrofie (dispariția depozitelor de grăsime subcutanată) și lipohipertrofie (creșterea depozitelor de grăsime subcutanată). Aceste două stări sunt de natură diferită. Lipoatrofia, o reacție imunologică cauzată în principal de administrarea de preparate de insulină de origine animală slab purificată, nu este practic niciodată întâlnită în prezent. Lipohipertrofia se dezvoltă și la utilizarea preparatelor foarte purificate de insulină umană și poate apărea atunci când tehnica de administrare este încălcată (preparare la rece, alcool intră sub piele), precum și din cauza efectului local anabolic al medicamentului în sine. Lipohipertrofia creează un defect cosmetic, care este o problemă pentru pacienți. În plus, din cauza acestui defect, absorbția medicamentului este afectată. Pentru a preveni dezvoltarea lipohipertrofiei, se recomandă schimbarea constantă a locurilor de injectare în aceeași zonă, lăsând o distanță de cel puțin 1 cm între două puncții.

Pot apărea reacții locale, cum ar fi durerea la locul injectării.

Interacţiune. Medicamentele cu insulină pot fi combinate între ele. Multe medicamente pot provoca hipoglicemie sau hiperglicemie sau pot modifica răspunsul unui pacient diabetic la tratament. Trebuie luată în considerare interacțiunea care este posibilă atunci când insulina este utilizată concomitent cu alte medicamente. Blocanții alfa adrenergici și agoniștii beta adrenergici cresc secreția de insulină endogene și sporesc efectul medicamentului. Efectul hipoglicemiant al insulinei este sporit de agenți hipoglicemianți orali, salicilați, inhibitori MAO (inclusiv furazolidonă, procarbazină, selegilină), inhibitori ai ECA, bromocriptină, octreotidă, sulfonamide, steroizi anabolizanți (în special oxandrolonă, metandienonă) și androgeni (sensibilitate tisulară la insulină). și crește rezistența țesuturilor la glucagon, ceea ce duce la hipoglicemie, mai ales în cazul rezistenței la insulină; poate fi necesară o reducere a dozei de insulină), analogi de somatostatina, guanetidină, disopiramidă, clofibrat, ketoconazol, preparate cu litiu, mebendazol, pentamidină, piridoxină, propoxifen, fenilbutazonă, fluoxetină, teofilină, fenfluramină, preparate cu litiu, preparate cu calciu, tetracicline. Clorochina, chinidina și chinina reduc degradarea insulinei și pot crește concentrațiile de insulină din sânge și pot crește riscul de hipoglicemie.

Inhibitorii anhidrazei carbonice (în special acetazolamida), prin stimularea celulelor β pancreatice, favorizează eliberarea de insulină și cresc sensibilitatea receptorilor și țesuturilor la insulină; Deși utilizarea simultană a acestor medicamente cu insulină poate crește efectul hipoglicemiant, efectul poate fi imprevizibil.

O serie de medicamente provoacă hiperglicemie la persoanele sănătoase și agravează cursul bolii la pacienții cu diabet. Гипогликемическое действие инсулина ослабляют: антиретровирусные ЛС, аспарагиназа, перагиназа, пероралиназа, перетровирусные цептивы, глюкокортикоиды, диуретики (тиазидные, этакриновая кислота), гепарин, антагонистики Нонистры цептивые зон, трициклические антидепрессанты, добутамин, изониазид, кальцитонин, ниацин, сиацин, симацин, симин патолимне , CCB, diazoxid, morfină, fenitoină, somatotropină, hormoni tiroidieni, derivați de fenotiazină, nicotină, etanol.

Glucocorticoizii și epinefrina au efectul opus al insulinei asupra țesuturilor periferice. Astfel, utilizarea pe termen lung a glucocorticoizilor sistemici poate provoca hiperglicemie, inclusiv diabet zaharat (diabet steroidian), care poate apărea la aproximativ 14% dintre pacienții care iau corticosteroizi sistemici timp de câteva săptămâni sau cu utilizarea pe termen lung a corticosteroizilor topici. Unele medicamente inhibă direct secreția de insulină (fenitoina, clonidina, diltiazem) sau prin reducerea rezervelor de potasiu (diuretice). Hormonii tiroidieni accelerează metabolismul insulinei.

Cele mai semnificative și frecvente efecte asupra acțiunii insulinei sunt beta-blocantele, agenții hipoglicemianți orali, glucocorticoizii, etanolul și salicilații.

Etanolul inhibă gluconeogeneza în ficat. Acest efect este observat la toți oamenii. În acest sens, trebuie avut în vedere faptul că abuzul de alcool în timpul terapiei cu insulină poate duce la dezvoltarea unei stări hipoglicemice severe. Cantități mici de alcool luate cu alimente, de obicei, nu cauzează probleme.

Beta-blocantele pot inhiba secreția de insulină, pot modifica metabolismul carbohidraților și pot crește rezistența periferică la insulină, ducând la hiperglicemie. Cu toate acestea, ele pot inhiba și efectele catecolaminelor asupra gluconeogenezei și glicogenolizei, ceea ce implică un risc de reacții hipoglicemice severe la pacienții diabetici. În plus, oricare dintre beta-blocante poate masca simptomele adrenergice cauzate de scăderea nivelului de glucoză din sânge (inclusiv tremor, palpitații), afectând astfel recunoașterea în timp util a hipoglicemiei de către pacient. Beta-blocantele selective (inclusiv acebutolol, atenolol, betaxolol, bisoprolol, metoprolol) prezintă aceste efecte într-o măsură mai mică.

AINS și salicilații în doze mari inhibă sinteza prostaglandinei E (care inhibă secreția de insulină endogene) și astfel sporesc secreția bazală de insulină și cresc sensibilitatea celulelor β pancreatice la glucoză; efectul hipoglicemiant în timpul utilizării simultane poate necesita ajustarea dozei de AINS sau salicilați și/sau insulină, în special în cazul utilizării concomitente prelungite.

În prezent, se produc un număr semnificativ de preparate de insulină, inclusiv. obţinute din pancreasul animalelor şi sintetizate prin metode de inginerie genetică. Medicamentele de alegere pentru terapia cu insulină sunt insuline umane modificate genetic, înalt purificate, care au antigenicitate minimă (activitate imunogenă), precum și analogi ai insulinei umane.

Preparatele de insulină sunt produse în sticle de sticlă, închise ermetic cu dopuri de cauciuc cu căptușeală din aluminiu, în așa-numitele speciale. seringi sau stilouri injectoare pentru insulină. Când se utilizează stilouri cu seringă, medicamentele sunt conținute în sticle speciale cu cartuș (penfills).

Sunt dezvoltate forme intranazale de insulină și preparate de insulină pentru administrare orală. Atunci când insulina este combinată cu un detergent și administrată ca aerosol pe mucoasa nazală, nivelurile plasmatice eficiente sunt atinse la fel de repede ca în bolus IV. Preparatele de insulină pentru administrare intranazală și orală sunt în curs de dezvoltare sau în curs de studii clinice.

Droguri

Droguri - 797 ; Denumiri comerciale - 129 ; Ingrediente active - 22

Substanta activa	Denumiri comerciale
Informația este absentă

Insulina este cea mai populară
Moleculă din secolul XX

În istoria chimiei, au existat evenimente care, în drama lor, aminteau de un asalt asupra unui vârf inexpugnabil, pe care grupuri independente de alpiniști încearcă simultan să-l urce pe diferite trasee. Toate acestea sunt însoțite de o atmosferă competitivă – cine va urca primul în vârf?

În continuare vom vorbi despre sinteza insulinei - un eveniment care a devenit o realizare notabilă în știința chimică. Așa cum alpiniștii creează tabere de bază, intermediare și de asalt înainte de a asalta un vârf, sinteza insulinei a fost bine pregătită, nu de cei care au mers să cucerească vârful, ci de munca amănunțită a cercetătorilor predecesori. Putem spune cu încredere că crearea capului de pod inițial nu este mai puțin impresionantă decât asaltul ulterior. Insulina poate fi numită pe bună dreptate cea mai populară moleculă a secolului al XX-lea; Numele a șapte (!) laureați Nobel sunt asociate cu cercetarea acestui compus.

Proteine ​​care salvează vieți

La mijlocul secolului al XX-lea. insulina a fost una dintre cele mai intens studiate substanțe. Motivul este că a fost posibil să se explice originea uneia dintre cele mai grave boli - diabetul zaharat. Boala apare atunci când nu există suficientă insulină hormonală* în organism. Insulina declanșează procese care asigură intrarea glucozei (zahărului) în celule și, de asemenea, stimulează mecanismele intracelulare care permit absorbția glucozei.

Cu o lipsă de insulină, glucoza nu este consumată de celule; se acumulează în sânge și începe să curgă prin rinichi în urină. Nivelurile crescute de glucoză în sânge și excreția acesteia în urină duc la pierderea în greutate, urinarea excesivă și o senzație constantă de sete și foame extremă. Organismul încearcă să compenseze deficitul caloric, pe care îl pierde în urină sub formă de glucoză, și începe să folosească rezervele de grăsime și proteinele tisulare (în principal musculare). Apar oboseală, somnolență, greață, procesele metabolice sunt perturbate, ceea ce poate duce la comă diabetică și, dacă nu este tratată, la moarte.

Diabetul zaharat apare în rândul populației din toate țările și la reprezentanții tuturor raselor. Cea mai veche descriere a acestei boli a fost făcută acum aproximativ 3000 de ani în India antică. Simptomele detaliate ale bolii (urinat excesiv, sete excesivă și scădere în greutate) au fost descrise în secolul I. ANUNȚ Boala și-a luat numele din greacă Diabet, care înseamnă „Scurg, trec prin” (referindu-se la urinarea excesivă).

Studiul sistematic al acestei boli a durat secole. În secolul al XVII-lea Medicul englez T. Willis a atras atenția asupra faptului că urina pacienților cu astfel de simptome are un gust dulceag (doar un adevărat om de știință ar putea efectua o astfel de analiză). Imaginea a început să devină mai clară după experimentele fiziologului francez Claude Bernard (1813–1878), în care a observat câini cu pancreasul îndepărtat. Experimentele sale au fost continuate în 1889 de către fiziologii germani Joseph von Mehring și Oskar Minkowski. Aceștia au îndepărtat chirurgical pancreasul de la câini și apoi au observat o creștere bruscă a concentrației de glucoză în sângele lor, apariția acesteia în urină și alte semne de diabet. Astfel, au demonstrat experimental legătura dintre pancreas și diabet.

Unii fiziologi au sugerat că pancreasul produce o substanță care favorizează absorbția glucozei în organism. În 1916, fiziologul german Charpy-Schafer a numit această substanță ipotetică insulină (din latină insula- insuliță, deoarece grupurile de celule pancreatice observate în mod clar în acest punct au fost numite insulițe Langerhans). Atunci a fost doar o presupunere, care ulterior a fost complet confirmată.

La 11 ianuarie 1922 (un fapt semnificativ în istoria medicinei mondiale), primului pacient i s-a administrat un preparat de insulină mai pur și mai activ - un adolescent care suferea de o formă severă de diabet. După efectul pozitiv obținut, au fost efectuate teste similare pe mai mulți pacienți. O nouă direcție în știința medicală a apărut - terapia hormonală.

În 1923, MacLeod și Banting au primit Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină „pentru descoperirea insulinei”. Best nu a fost inclus în lista laureaților, iar Banting i-a oferit jumătate din banii primiți (un gest demn de un adevărat om de știință).

În 1926, a fost stabilită producția în serie de insulină. Multe mii de pacienți diabetici, condamnați anterior morții, au fost salvați și au putut duce o viață relativ normală luând medicamente în mod regulat.

De la medicină la chimie

Fiziologii McLeod și Banting au folosit extract de pancreas animal pentru a trata pacienții. Cu toate acestea, chimiștii au fost întotdeauna interesați de modul exact în care este structurat acest sau acel compus. Insulina sub formă cristalină a fost obținută pentru prima dată în 1926 de J. Abel. Datorită muncii sale, a fost posibilă stabilirea producției industriale a medicamentului. Abel a determinat și compoziția insulinei și a devenit clar că substanța este o moleculă proteică. Din acest moment, cercetarea insulinei trece de la medicină la domeniul chimiei, mai exact, în mâinile biochimiștilor.

F. Sanger (n. 1918)

Toate lucrările menționate mai sus au pregătit etapa decisivă care a făcut posibil să se afle cum funcționează molecula, care a atras atenția atâtor cercetători. Biochimistul american Frederick Sanger a reușit să rezolve această problemă. Mai întâi, el a dezvoltat o metodă de identificare a grupărilor amino terminale într-o moleculă de proteină prin tratarea acesteia cu dinitrofluorobenzen într-un mediu alcalin (mai târziu această metodă a devenit una clasică). În continuare, a dezasamblat literalmente întreaga moleculă de insulină în bucăți și a determinat compoziția aminoacizilor rezultați folosind cele mai moderne metode - electroforeza dezvoltată de A. Tiselius (Premiul Nobel, 1948) și cromatografia, îmbunătățită de A. Martin și R. Singh. (laureații Nobel, 1952 G.). Cu toate acestea, stabilirea din ce aminoacizi este asamblată o moleculă de proteină este doar jumătate din luptă și mai puțin complicată. Principalul lucru este să aflați secvența lor în circuit.

Sanger a elaborat un plan conform căruia, cu ajutorul unor enzime special selectate (catalizatori biologici), a împărțit lanțul proteic în segmente mici în zone pre-desemnate, apoi a comparat compoziția acestora. Lucrarea a fost o combinație impecabilă de logică și abilități experimentale, iar în 1958, omul de știință a fost distins cu Premiul Nobel „pentru munca sa asupra structurii proteinelor, în special a insulinei”. Sanger și-a adus literalmente metoda la perfecțiune; în timp, tehnica sa a devenit principiul general pentru studierea structurii proteinelor.

Vincent Du Vigneault (1901–1978)

În treacăt, remarcăm că Sanger, folosind construcții logice similare, dar modificând ușor metodologia și reactivii folosiți, a reușit să stabilească succesiunea fragmentelor din structura celebrului dublu helix al ADN-ului. Pentru aceste studii în 1980, Sanger (împreună cu W. Gilbert și P. Berg) a primit un alt premiu Nobel „pentru contribuția sa la determinarea secvenței bazelor din acizii nucleici”. Astfel, Sanger este singurul laureat de două ori Nobel pentru chimie. Nimeni nu și-ar fi putut imagina că aceste studii ADN vor deschide în cele din urmă o nouă pagină în chimia insulinei, dar despre asta se va discuta puțin mai târziu.

Dorothy Crowfoot-Hodgkin (1910–1994)

Biochimistul american Vincent Du Vigneault, care studia insulina de câțiva ani, a aflat despre munca lui Sanger și a decis să-și folosească tehnica pentru a descifra structura altor doi hormoni (vasopresina și oxitocina). Cu toate acestea, el nu numai că a stabilit structura, ci a sintetizat și moleculele acestor hormoni. De fapt, el a fost primul care a sintetizat polipeptide naturale. Această lucrare a omului de știință a fost distinsă cu Premiul Nobel în 1955, adică. a primit premiul cu trei ani înaintea lui Sanger, ale cărui idei l-au ajutat să obțină un rezultat atât de magnific. Lucrarea lui Du Vigneault a deschis de fapt calea spre sinteza insulinei.

Între timp, studiul insulinei a continuat. Un studiu al proprietăților medicinale ale insulinei a relevat faptul că complexul său de zinc din mai multe molecule, așa-numita Zn-insulina, are un efect terapeutic mai lung. Structura acestui complex s-a dovedit a fi foarte complexă (conține aproape 800 de atomi), așa că s-au folosit metode fizico-chimice de analiză. În 1972, biofizicianul englez Dorothy Crowfoot-Hodgkin (câștigător al Premiului Nobel în 1964 pentru determinarea structurilor substanțelor biologic active cu ajutorul razelor X) a stabilit structura tridimensională a acestui complex neobișnuit de complex.

Limbajul simplificat al biochimiştilor

Înainte de a lua în considerare structura moleculei de insulină, să ne familiarizăm cu modul în care biochimiștii descriu moleculele de proteine.

Toate proteinele sunt polimeri, ale căror lanțuri sunt asamblate din fragmente de aminoacizi. Aminoacizii sunt compuși organici care conțin gruparea amino NH 2 și gruparea carboxil COOH. Doar aminoacizii care au un singur atom de carbon între gruparea amino și gruparea carboxil participă la formarea proteinelor. În general, ele pot fi reprezentate prin formula H2N–CH(R)–COOH. Gruparea R atașată atomului de carbon (cea dintre grupările amino și carboxil) determină diferența dintre aminoacizii care formează proteine. Acest grup poate consta numai din atomi de carbon și hidrogen, dar mai des conține diverse grupe funcționale în plus față de C și H. Din întreaga varietate de aminoacizi existenți (teoretic, numărul de aminoacizi posibili este nelimitat), doar douăzeci, așa-numiții aminoacizi „fundamentali”, participă la formarea proteinelor. Pentru a „construi” insulina, natura a folosit 16 aminoacizi (din cei 20 permisi) (Tabelul 1).

tabelul 1

Aminoacizi implicați în formarea insulinei

Nume	Structura	Desemnare*
Glicina		Gli
Alanin		Ala
Valin		Arbore
leucina		Lei
izoleucina		Ile
Serin		Ser
cisteină		Cis
Lizina		Liz
Arginina		Arg
Asparagină		Asn
Acid glutamic		Glu
Glutamina		Gln
Fenialanina		Uscător de păr
tirozină		Poligon de tragere
Histidină		Gies
Proline		Despre

* În practica internațională, este acceptată denumirea prescurtată a aminoacizilor enumerați folosind abrevieri latine cu trei litere, de exemplu, glicină - Gly, alanină - Ala etc.

O moleculă de proteină se formează ca rezultat al conexiunii secvenţiale a aminoacizilor, în timp ce gruparea carboxil a unui acid interacționează cu gruparea amino a unei molecule învecinate, ducând la formarea unei legături peptidice –CO–NH– și eliberarea de o moleculă de apă. În diagrama 1
(vezi p. 6) prezintă o combinație secvențială de alanină, valină și glicină.

Schema 1

Din transformările prezentate în Schema 1, rezultă că pentru orice număr de aminoacizi conectați, va exista cu siguranță o grupare amino la un capăt al lanțului rezultat și o grupare carboxil la celălalt. Fragmentele de aminoacizi conectați sunt desemnate (în paranteze) prin combinațiile de litere prescurtate care sunt indicate în tabel. 1. Astfel, în locul formulei structurale, putem folosi denumirea prescurtată pentru tripeptida rezultată: ala-val-gly. Deoarece numărul de aminoacizi utilizați de natură este de numai douăzeci, astfel de abrevieri fac posibilă scrierea compactă a formulei oricărei proteine ​​și nu va apărea nicio ambiguitate.

Molecula de insulină, așa cum a stabilit Sanger, constă din 51 de resturi de aminoacizi (aceasta este una dintre cele mai scurte proteine ​​cu lanț) și constă din două lanțuri paralele de lungime inegală conectate între ele. Schema 2 prezintă secvența de aminoacizi din molecula de insulină: lanțul A conține 21 de resturi de aminoacizi, lanțul B – 30.

Schema 2

Reziduurile de aminoacizi de cisteină conținute în moleculă (abreviat Cys) formează punți disulfurice S-S-, care leagă cele două lanțuri polimerice ale moleculei și, în plus, formează o punte în interiorul lanțului A. Cu o imagine atât de compactă a moleculei de proteină, simbolurile elementelor chimice sunt folosite doar pentru a indica punțile disulfurice și grupurile terminale (NH 2 și COOH).

Schema 3

Veți fi de acord că biochimiștii au ales o metodă compactă și extrem de ușor de scris pentru a descrie moleculele de proteine.

De la dezmembrare la asamblare

S-ar părea că odată ce structura unei molecule a fost stabilită, sintetizarea ei din nou nu ar fi dificilă.

Principala dificultate în asamblarea unei molecule de proteine ​​este să se asigure că aminoacizii necesari sunt combinați într-o ordine strict definită. Trebuie luat în considerare faptul că un aminoacid poate reacționa nu numai cu un alt aminoacid, ci și cu el însuși, iar rezultatul poate fi o moleculă care nu are nimic în comun cu ceea ce sintetizează un organism viu.

Până când s-a decis problema sintezei insulinei, au fost dezvoltate mai multe metode adecvate. Pentru a se asigura că aminoacidul care urma să fie atașat la lanțul în creștere nu a reacționat cu el însuși, capetele sale reactive (grupa amino NH 2 și gruparea carboxil COOH) au fost blocate într-un mod special: gruparea carboxil a fost transferată în P-nitrofenil eter și o grupare carboxibenzil a fost adăugată la gruparea amino. O astfel de moleculă blocată a reacționat cu gruparea amino situată la capătul lanțului de creștere conform schemei 4 ( cm. c. 8).

Schema 4

Ca rezultat, lanțul în creștere a fost extins cu o unitate peptidică. Cu toate acestea, o grupare carboxibenzil de blocare este acum situată la capătul lanțului. Pentru a face „coada de amină” reactivă, adică pentru a o transforma în formă activă, au fost tratate cu bromură de hidrogen și acid acetic conform schemei 5 ( cm. c. 8).

Schema 5

Ca rezultat, gruparea amino de la capătul lanțului (prezentată ca o sare de amoniu cu HBr) a fost din nou gata să reacționeze cu următorul aminoacid (în mod natural, care conține și grupări blocante). În paralel, au fost dezvoltate și alte metode de asamblare a lanțurilor polipeptidice.

Asalt la vârf

În 1962, trei grupuri de cercetători au început aproape simultan sinteza completă a insulinei: grupul lui P. Katsoyannis din Pittsburgh (SUA), grupul lui G. Zahn din Aachen (Germania), precum și un grup de chimiști chinezi (Shanghai). și Beijing). Toate cele trei grupuri au urmat strategii foarte asemănătoare: au asamblat lanțuri scurte și lungi separate din fragmente prefabricate și apoi au conectat ambele lanțuri cu punți disulfură.

Toate cele trei grupuri de cercetători au asamblat lanțul A scurt din două blocuri identice.

bloc 1: gly-ile-val-glu-gln-cis-cis-tyr-ser;

Bloc 2: ile-cis-ser-ley-tir-gln-lay-glu-asn-tir-cis-asn.

Lanțul B lung a fost asamblat din patru blocuri polipeptidice, dar lungimea acestor blocuri a variat ușor între diferitele grupuri de oameni de știință (Tabelul 2).

masa 2

Blocuri polipeptidice pentru asamblarea lanțului B de insulină

Cercetare grup TV	Blocul 1	al 2-lea bloc	al 3-lea bloc	al 4-lea bloc
Aachen	Fen-val-asn-gln- gis-lei-cis-gly	Ser-gis-lay- val-glu-ala	Ley-tir-lay- val-cis-glu	Glu-arg-glu-fen-fen- poligon de tragere-pro-liz-poligon de tragere
Pittsburgh	Fen-val-asn-gln- gis-leu-cis-gly-ser	Gis-ley-val-glu	Ala-ley-tir-lay- val-cis-glu	Glu-arg-glu-fen-fen- poligon de tragere-pro-liz-poligon de tragere
Beijing- Shanghai	Fen-val-asn-gln- gis-lei-cis-gly	Ser-gis-ley-val- glu-ala-lay-tir	Ley-val-cis-glu	Glu-arg-glu-fen-fen- poligon de tragere-pro-liz-poligon de tragere

Diferențele au apărut deoarece metodele de conectare în bloc și metodele de protecție intermediară utilizate de fiecare grup de cercetare nu erau aceleași. Desigur, în ultima etapă, toate grupurile au ajuns cu lanțuri identice. A durat aproximativ un an pentru a crea blocurile inițiale. Stimulat de atmosfera competitivă, grupul de la Aachen și-a intensificat activitatea și în decembrie 1963 a raportat sinteza reușită a insulinei. Acest grup a smuls literalmente campionatul de la chimiștii din Pittsburgh, care au raportat un rezultat de succes în martie 1964. Randamentul final de produs pur a variat între 0,02 și 0,07%. Chimiștii chinezi au avut un randament ceva mai mare (1,2–2,5%); Bineînțeles, producția de insulină folosind astfel de metode era exclusă.

grupul din Pittsburgh al lui P. Katsoyannis (este al doilea din dreapta)

Sinteza insulinei a fost o victorie convingătoare pentru chimia clasică a peptidelor sintetice. În ciuda randamentului scăzut al produsului, toată lumea a recunoscut că s-a făcut o muncă remarcabilă, ceea ce a făcut posibilă schimbarea modului de gândire al chimiștilor, formularea de noi principii pentru asamblarea moleculelor mari, dezvoltarea unei strategii de sinteză și selectarea metodelor optime. Toate acestea au crescut semnificativ nivelul general al chimiei organice. Cu toate acestea, nu a existat un triumf real, deoarece aproape simultan cu finalizarea cu succes a acestor lucrări, a apărut o metodă fundamental diferită, mai avansată de asamblare a moleculelor de proteine.

Principalul lucru este să securizeze coada

Profesorul Robert Merrifield de la Universitatea Rockefeller (New York), în timp ce lucra la chimia proteinelor, a venit cu o idee originală: primul aminoacid poate fi fixat la un capăt pe o suprafață insolubilă (purtător). Următorul aminoacid trebuie apoi atașat la celălalt capăt, astfel încât produsele secundare nedorite și intermediarii nereacționați să poată fi spălate din vasul de reacție după fiecare pas, lăsând polipeptida în creștere atașată la suport neafectată. Moleculele polipeptidelor în creștere vor fi suspendate „de coadă” de pe suprafața solidă a purtătorului, iar când procesul de sinteză este finalizat, polipeptida finală poate fi separată de purtător.

Merrifield a reușit să realizeze această idee. Primul aminoacid este atașat la un gel polimeric insolubil (polistiren reticulat) cu grupări clormetil CH2Cl introduse în el, care sunt capabile să reacționeze cu grupările COOH ale aminoacidului. Pentru a preveni aminoacidul luat pentru reacție să reacționeze cu el însuși și să se alăture grupării amino la substrat, gruparea NH2 a acestui acid este mai întâi blocată cu un substituent voluminos - [(C 4 H 9) 3 ] 3 OS ( O) grup. După ce aminoacidul s-a atașat la suportul polimeric, gruparea de blocare este îndepărtată și un alt aminoacid, care are și o grupare NH2 blocată anterior, este introdus în amestecul de reacție. Într-un astfel de sistem, este posibilă doar interacțiunea grupei NH2 a primului aminoacid și a grupării COOH a celui de-al doilea aminoacid, care se realizează în prezența catalizatorilor (săruri de fosfoniu). În continuare, schema de adăugare se repetă, introducând al treilea aminoacid. Întreaga schemă pentru sinteza lanțurilor polipeptidice, care permite alternarea reziduurilor de aminoacizi într-o ordine dată, este următoarea (Schema 6).

Schema 6

În ultima etapă, lanțurile polipeptidice rezultate sunt separate de suportul polistiren prin acțiunea HBr în prezența acidului trifluoracetic F 3 CCOOH.

Merrifield nu numai că a testat experimental eficacitatea metodei propuse, dar a proiectat și un aparat care a automatizat practic sinteza peptidelor. Acest dispozitiv era un recipient pentru aminoacizi și reactivi - un vas de reacție cu supape automate de intrare și ieșire și un mecanism software care reglementa succesiunea proceselor și durata fiecărei etape.

Folosind aparatul construit, Merrifield și colegii săi au sintetizat insulină în doar 20 de zile (cu un randament de zeci de procente), în timp ce „pionierii” - grupurile Aachen, Pittsburgh și Shanghai - au petrecut mai mult de un an pentru asta.

În 1985, Merrifield a primit Premiul Nobel „pentru dezvoltarea metodologiei sintezei chimice în fază solidă”.

Copierea Naturii

În timpul lucrărilor descrise mai sus, chimiștii au fost bântuiți de ideea că acele probleme pe care oamenii de știință le rezolvă cu atâta dificultate sunt rezolvate de Natură ușor și extrem de precis. Sinteza proteinelor în organismele vii are loc în condiții blânde, rapid și fără formarea de produse secundare. Până la un anumit punct, chimiștii au putut observa doar astfel de „sinteze” cu surprindere și interes, dar dezvoltarea rapidă a biochimiei a făcut posibilă intervenția activă în aceste procese, inclusiv descoperirea unei metode fundamental noi pentru sinteza insulinei.

S-a spus anterior că F. Sanger (care a stabilit structura insulinei) a fost capabil să determine secvența fragmentelor din structura ADN-ului, pentru care a fost distins cu al doilea Premiu Nobel. Această muncă a permis biochimiștilor să treacă la următoarea etapă - integrarea fragmentelor pre-desemnate în codul genetic ADN. Ideea de bază a fost includerea genelor din organisme superioare în ADN-ul unor bacterii. Ca rezultat, bacteriile dobândesc capacitatea de a sintetiza compuși care anterior puteau fi sintetizați doar de organisme superioare. Această tehnologie se numește „inginerie genetică”.

În 1981, biochimistul canadian Michael Smith a fost invitat să devină co-fondator științific al noii companii de biotehnologie Zimos. Unul dintre primele contracte ale companiei a fost încheiat cu compania farmaceutică daneză Novo pentru dezvoltarea tehnologiei de producere a insulinei umane în cultura de drojdie. Ca rezultat al eforturilor comune, insulina obținută folosind noua tehnologie a fost pusă în vânzare în 1982. În 1993, M. Smith (împreună cu K. Mullis) a primit Premiul Nobel pentru o serie de lucrări în acest domeniu. În prezent, insulina produsă prin inginerie genetică a înlocuit practic insulina animală.

A cui munca este mai importantă?

Deci, ne-am familiarizat cu patru metode de producere a insulinei: extracția din pancreasul animalelor (grupul D. McLeod), sinteza în mai multe etape (grupul lui G. Tsang), asamblarea automată (R. Merrifield) și inginerie genetică (M. Smith). Să lăsăm deoparte aspectul medical al problemei și să ne concentrăm pe chimie. S-ar putea avea impresia că munca lui Smith a făcut ca toate cercetările anterioare să fie inutile. De fapt, nu este așa, toate metodele sunt indisolubil legate, nici o singură etapă a cercetării menționate nu poate fi „aruncată”. Insulina izolată din pancreasul animalelor i-a permis lui Sanger să-și determine structura, iar fără această sinteză ulterioară ar fi fost imposibilă. Grupul lui Tsang a dezvoltat tehnici chimice pentru asamblarea lanțului și metode pentru blocarea intermediară a grupurilor funcționale, pe care Merrifield le-a folosit pentru a crea o unitate de sinteză automată. Munca lui Smith s-a bazat în esență pe toată experiența anterioară acumulată în studiul insulinei. În sinteza anumitor hormoni cu lanț scurt, instalarea automată a lui Merrifield a fost din punct de vedere tehnic preferabilă „inginerii genetice”.

Pentru a rezuma, putem spune că toate etapele pe care le-am luat în considerare sunt un drum firesc, tradițional și, dacă nu ne este frică de cuvinte solemne, maiestuos drum al științei.

* Hormonii (din greaca - aduc in actiune, induc) sunt substante specifice fiziologic active produse de organe sau tesuturi endocrine speciale, secretate in sange sau limfa si care actioneaza asupra structurii si functiilor organismului.

Articolul a fost pregătit cu sprijinul site-ului „www.limanskaya.cn”. Limba chineză este complexă și specifică, așa că traducerea trebuie efectuată numai de un specialist. Dacă aveți nevoie urgent de un traducător din chineză în rusă, atunci nu vă panicați. Pe site-ul web situat la „www.Limanskaya.Сn”, puteți, fără a părăsi ecranul monitorului, să aflați adresa și numărul de telefon al traducătorului, precum și să vedeți lista de prețuri a serviciilor oferite.