Inzulín sa skladá z aminokyselín. Štruktúra inzulínu. Kontraindikácie na lekárske použitie

Ktorý orgán produkuje inzulín a ako, mechanizmus účinku

5 (100 %) hlasovalo za 1

Všetci diabetici vedia, čo to je a že je to potrebné na zníženie hladiny glukózy v krvi. Aká je však jeho štruktúra, ktorý orgán produkuje inzulín a aký je mechanizmus účinku? O tom sa bude diskutovať v tomto článku. Venované najzvedavejším diabetikom...

Ktorý orgán v ľudskom tele produkuje inzulín?

Ľudský orgán zodpovedný za produkciu hormónu inzulínu je pankreasu. Hlavná funkcia žľazy je endokrinná.

Odpoveď na otázku: „Čo alebo ktorý ľudský orgán produkuje inzulín“ je pankreas.

Vďaka pankreatickým ostrovčekom (Langerhans) sa produkuje 5 druhov hormónov, z ktorých väčšina reguluje „cukrové záležitosti“ v tele.

• a bunky – produkujú glukagón (stimuluje rozklad pečeňového glykogénu na glukózu, čím udržuje hladinu cukru na konštantnej úrovni)
• b bunky – produkujú inzulín
• d bunky - syntetizujú somatostatín (môže znížiť produkciu pankreatického inzulínu a glukagónu)
• G bunky - vzniká gastrín (reguluje sekréciu somastotínu a podieľa sa na fungovaní žalúdka)
• PP bunky - produkujú pankreatický polypeptid (stimuluje tvorbu žalúdočnej šťavy)

Väčšina buniek sú beta bunky (b bunky), ktoré sa nachádzajú hlavne na špičke a hlave žľazy a vylučujú diabetický hormón inzulín.

Odpoveď na otázku: „Čo produkuje pankreas okrem inzulínu“ sú hormóny pre fungovanie žalúdka.

Zloženie inzulínu, štruktúra molekuly

Ako vidíme na obrázku, molekula inzulínu pozostáva z dvoch polypeptidových reťazcov. Každý reťazec pozostáva z aminokyselinových zvyškov. Reťazec A obsahuje 21 zvyškov, reťazec B obsahuje 30. Okrem toho inzulín pozostáva z 51 aminokyselinový zvyšok. Reťazce sú spojené do jednej molekuly disulfidovými mostíkmi, ktoré sa tvoria medzi cysteínovými zvyškami.

Je zaujímavé, že u ošípaných je štruktúra molekuly inzulínu takmer rovnaká, rozdiel je len v jednom zvyšku – namiesto treonínu u ošípaných obsahuje B reťazec alanín. Práve kvôli tejto podobnosti sa bravčový inzulín často používa na výrobu injekcií. Mimochodom, používa sa aj hovädzí dobytok, ktorý sa však líši 3 zvyškami, čiže je menej vhodný pre ľudský organizmus.

Tvorba inzulínu v organizme, mechanizmus účinku, vlastnosti

Inzulín je produkovaný pankreasom, keď hladina glukózy v krvi stúpa.

Tvorbu hormónu možno rozdeliť do niekoľkých etáp:

• Spočiatku sa v žľaze tvorí neaktívna forma inzulínu - preproinzulín . Pozostáva zo 110 aminokyselinových zvyškov vytvorených spojením štyroch peptidov - L, B, C a A.
• Ďalej sa do endoplazmatického retikula syntetizuje preproinzulín. Aby mohol prejsť cez membránu, odštiepi sa L-peptid, ktorý pozostáva z 24 zvyškov. Tak vzniká proinzulín.
• Proinzulín vstupuje do Golgiho komplexu, kde bude pokračovať v dozrievaní. Počas zrenia sa oddelí C-peptid (pozostávajúci z 31 zvyškov), ktorý spája B a A peptidy. V tomto momente sa molekula proinzulínu rozdelí na dva polypeptidové reťazce, čím sa vytvorí potrebná molekula inzulín .

Ako funguje inzulín

Za účelom uvoľňovať inzulín z granúl, v ktorej je teraz uložená, musíte informovať pankreas o zvýšení hladiny glukózy v krvi. Aby sa to dosiahlo, existuje celý reťazec vzájomne prepojených procesov, ktoré sa aktivujú pri zvýšení hladiny cukru.

• Glukóza v bunke podlieha glykolýze a tvorí adenozíntrifosfát (ATP).
• ATP riadi uzatváranie kanálov draslíkových iónov, čo spôsobuje depolarizáciu bunkovej membrány.
• Depolarizácia otvára vápnikové kanály, čo spôsobuje výrazný prítok vápnika do bunky.
• Na toto zvýšenie reagujú granule, v ktorých je inzulín uložený a uvoľňujú potrebné množstvo inzulínu. Uvoľnenie nastáva pomocou exocytóza. To znamená, že granula sa spojí s bunkovou membránou, zinok, ktorý inhiboval aktivitu inzulínu, sa odštiepi a aktívny inzulín sa dostane do ľudského tela.

Ľudské telo tak dostáva potrebný regulátor glukózy v krvi.

Za čo je zodpovedný inzulín, jeho úloha v ľudskom tele

Hormón inzulín sa podieľa na všetkých metabolických procesoch v ľudskom tele. Ale jeho najdôležitejšia úloha je metabolizmus sacharidov. Účinok inzulínu na metabolizmus uhľohydrátov spočíva v transporte glukózy priamo do buniek tela. Tukové a svalové tkanivo, ktoré tvoria dve tretiny ľudského tkaniva, sú závislé od inzulínu. Bez inzulínu nemôže glukóza vstúpiť do ich buniek. Okrem toho inzulín tiež:

• reguluje vstrebávanie aminokyselín
• reguluje transport iónov draslíka, horčíka a fosforečnanu
• zvyšuje syntézu mastných kyselín
• znižuje rozklad bielkovín

Veľmi zaujímavé video o inzulíne je nižšie.

Odpoveďou na otázku: „Prečo je v tele potrebný inzulín?“ je regulácia sacharidov a iných metabolických procesov v tele.

Závery

V tomto článku som sa snažil čo najjasnejšie vysvetliť, ktorý orgán produkuje inzulín, proces výroby a ako hormón pôsobí na ľudský organizmus. Áno, musel som použiť nejaké zložité výrazy, ale bez nich by nebolo možné odhaliť tému čo najúplnejšie. Teraz však môžete vidieť, aký zložitý je v skutočnosti proces objavenia sa inzulínu, jeho práce a vplyvu na naše zdravie.

PORUCHY METABOLIZMU SACHARIDOV.“

Patológia metabolizmu uhľohydrátov môže byť reprezentovaná kombináciou katabolické poruchy A anabolické premeny sacharidy.

Poruchy katabolizmu sacharidov:

1. Zhoršené trávenie a vstrebávanie sacharidov v čreve.
2. Zhoršená funkcia pečene, ktorá vedie k narušeniu glykoneogenézy a glykogenolýzy a premene glukózy na kyselinu pyrohroznovú, katalyzovanej glykolytickými enzýmami.
3. Zhoršený katabolizmus glukózy v periférnych bunkách.

Poruchy anabolizmu uhľohydrátov sa prejavujú poruchami syntézy a ukladania glykogénu v pečeni (glykogenéza).Poruchy tohto procesu pozorujeme pri hypoxii.

Najčastejšou príčinou porúch metabolizmu sacharidov je porušenie neurohormonálnej regulácie.

Existujú určité dôkazy, že nervový systém sa podieľa na regulácii hladiny glukózy v krvi.

Claude Bernard bol teda prvý, kto ukázal, že injekcia do spodnej časti štvrtej komory vedie k hyperglykémii („cukrová injekcia“). Zvýšenie koncentrácie glukózy v krvi môže viesť k podráždeniu šedej tuberosity hypotalamu, lentikulárneho jadra a striata bazálnych ganglií mozgu. Cannon zistil, že duševný stres a emócie môžu zvýšiť hladinu glukózy v krvi. Hyperglykémia vzniká aj pri bolestiach, pri epileptických záchvatoch atď.

Dnes je dokázané, že vplyv nervového systému na hladinu glukózy v krvi sprostredkúva množstvo hormónov. Možné sú nasledujúce možnosti:

1. CNS → sympatický nervový systém → dreň nadobličiek → adrenalín → hyperglykémia (injekcia C. Bernard).
2. CNS → parasympatický nervový systém → ostrovčeky pankreasu → inzulín a glukagón.
3. CNS → sympatický nervový systém → dreň nadobličiek → adrenalín → β-bunky ostrovčekov pankreasu → inhibícia sekrécie inzulínu.
4. CNS → hypotalamus → adenohypofýza → ACTH → glukokortikoidy → hyperglykémia.

K porušeniu hormonálnej regulácie metabolizmu uhľohydrátov môže dôjsť nielen vtedy, keď sú narušené centrálne mechanizmy regulácie činnosti príslušných žliaz s vnútornou sekréciou, ale aj vtedy, keď patológia sami žľazy alebo pri narušenie periférnych mechanizmov pôsobenia hormónov.

Hormóny, podieľajúce sa na regulácii metabolizmu uhľohydrátov, sa delia na dve skupiny : inzulín A kontrainzulárne hormóny.

Kontrinsulárny sa nazývajú hormóny, ktoré sú svojimi biologickými účinkami antagonistami inzulínu. Tie obsahujú adrenalín, glukagón, glukokortikoidy, kortikotropín, rastový hormón, hormóny štítnej žľazy.

Vedúcim faktorom narušenia hormonálnej regulácie metabolizmu uhľohydrátov je zmena vzťahu medzi aktivitou inzulínu a kontrainzulárnych hormónov. Nedostatok inzulínu a prevaha vplyvu kontrainzulárnych hormónov sú sprevádzané hyperglykémiou.

inzulín.

V závislosti od citlivosti na inzulín štruktúry organizmy sa delia na tri skupiny :

1. Úplne závislý od inzulínu. Patria sem pečeň, svaly (kostra, myokard), tukové tkanivo.
2. Absolútne necitlivé. Sú to mozog, dreň nadobličiek, červené krvinky, semenníky.
3. Relatívne citlivý(všetky ostatné orgány a tkanivá).

Biologické účinky inzulínu.

1. Hypoglykemický účinok . Inzulín znižuje hladinu glukózy v krvi:

a) inhibícia procesov, ktoré zabezpečujú uvoľňovanie glukózy z pečene do krvi (glykogenolýza a glukoneogenéza);

b) zvýšené využitie glukózy tkanivami závislými od inzulínu (svaly, tuk);

2 Anabolický účinok . Inzulín stimuluje lipogenézu v tukovom tkanive, glykogenézu v pečeni a biosyntézu bielkovín vo svaloch.

3. Mitogénny účinok . Vo veľkých dávkach inzulín stimuluje bunkovú proliferáciu in vivo a in vitro.

V závislosti od rýchlosti výskytu účinky inzulínu rozdelený na:

1. Veľmi rýchlo(nastanú v priebehu niekoľkých sekúnd) – zmeny v membránovom transporte glukózy a iónov.
2. Rýchlo(trvá minúty) – alosterická aktivácia anabolických enzýmov a inhibícia katabolických enzýmov.
3. Pomaly(trvajú niekoľko minút až niekoľko hodín) – indukcia syntézy anabolických enzýmov a potlačenie syntézy katabolických enzýmov.
4. Veľmi pomalý(od niekoľkých hodín do niekoľkých dní) – mitogénny efekt.

Kontrinsulárne hormóny.

Pod vplyvom adrenalín hladina glukózy v krvi sa zvyšuje. Tento efekt je založený na nasledujúcom mechanizmy:

1. Aktivácia glykogenolýzy v pečeni. Je spojená s aktiváciou adenylátcyklázového systému hepatocytov a prípadnou tvorbou aktívnej formy fosforylázy.
2. Aktivácia glykogenolýzy vo svaloch, po ktorej nasleduje aktivácia glukoneogenézy v pečeni. V tomto prípade kyselina mliečna, uvoľnená zo svalového tkaniva do krvi, vedie k tvorbe glukózy v hepatocytoch.
3. Inhibícia absorpcie glukózy tkanivami závislými od inzulínu so súčasnou aktiváciou lipolýzy v tukovom tkanive.
4. Potlačenie sekrécie inzulínu β-bunkami a stimulácia sekrécie glukagónu α-bunkami pankreatických ostrovčekov.

Adrenalínová hyperglykémia zvyčajne netrvá dlho, ale pri nádoroch drene nadobličiek (feochromocytóm) je konštantnejšia.

Glukagón , uvoľnený pod vplyvom sympatickej stimulácie β-adrenergných receptorov α-buniek pankreatických ostrovčekov tiež prispieva k hyperglykémii. Tento účinok je založený na nasledujúcich mechanizmoch:

1. Aktivácia glykogenolýzy v pečeni.
2. Aktivácia glukoneogenézy v hepatocytoch.

Oba mechanizmy sú sprostredkované cAMP.

Skupina kontrainzulárnych hormónov tiež zahŕňa glukokortikoidy . Aktivujú procesy glukoneogenézy v pečeni a zvyšujú:

a) syntéza vhodných enzýmov (vplyv na transkripciu);

zvýšená proteolýza vo svaloch.

Okrem toho glukokortikoidy znižujú príjem glukózy tkanivami závislými od inzulínu.

kortikotropín pôsobí podobne ako glukokortikoidy, pretože stimuláciou uvoľňovania glukokortikoidov zvyšuje glukoneogenézu a inhibuje aktivitu hexokinázy.

zvýšená produkcia hormónu adenohypofýzy somatotropín (rastový hormón), napríklad pri akromegálii, je sprevádzaný rozvojom inzulínovej rezistencie vo svaloch a tukovom tkanive – stávajú sa necitlivými na pôsobenie inzulínu. Výsledkom je hyperglykémia.

Hormóny štítnej žľazy podieľať sa aj na regulácii metabolizmu uhľohydrátov. Je známe, že hyperfunkcia štítnej žľazy je charakterizovaná znížením odolnosti organizmu voči sacharidom. Tyroxín stimuluje vstrebávanie glukózy v črevách a tiež zvyšuje aktivitu fosforylázy v pečeni.

Hyperglykemický účinok adrenalínu trvá do 10 minút, glukagónu - 30-60 minút, glukokortikoidov - od niekoľkých hodín do niekoľkých dní, somatotropného hormónu - týždňov, mesiacov, rokov.

Pri zvýšení hladiny inzulínu vzniká hypoglykémia a pri poklese jeho koncentrácie hyperglykémia.

So zvýšením obsahu kontrainzulárnych hormónov vzniká hyperglykémia a s poklesom hypoglykémia.

Posudzuje sa stav regulácie metabolizmu uhľohydrátov, schopnosť tela absorbovať určité množstvo uhľohydrátov tolerancia sacharidov , ktorá sa určuje pomocou glukózovej záťaže. U zdravého človeka po hodinovom príjme 50 g glukózy nalačno dosiahne hladina glukózy v krvi maximum, prekročí počiatočnú hladinu o 50 – 75 % (cca 8,0 – 8,8 mmol/l). Do konca druhej hodiny po užití glukózy sa jej hladina v krvi vráti do normálu.

Tolerancia uhľohydrátov určuje maximálne množstvo glukózy, ktoré môže telo absorbovať bez toho, aby sa prejavila glykozúria. U ľudí to predstavuje 160-180 g glukózy prijatej nalačno. So zníženou toleranciou na sacharidy glykozúria sa vyvíja z menšieho množstva spotrebovanej glukózy. Vo všeobecnosti sa glykozúria objavuje, keď hladina glukózy v krvi prekročí renálny prah – 8 mmol/l (podľa niektorých autorov 10 mmol/l). Pri vysokej koncentrácii glukózy v krvi nezabezpečujú enzymatické systémy zodpovedné za proces reabsorpcie glukózy v obličkových tubuloch (hexokináza, fosfatáza) fosforyláciu všetkej glukózy a časť sa vylučuje močom.

V niektorých prípadoch sa glykozúria objaví bez hyperglykémie. Je to spôsobené porušením procesu fosforylácie glukózy v obličkách, napríklad zavedením floridzínu (glykozid z kôry ovocných stromov), ktorý inhibuje fosforyláciu. Keď sú narušené enzymatické procesy v obličkách, ktoré sú základom reabsorpcie glukózy, vzniká obličkový diabetes.

Hypoglykémia - ide o zníženie koncentrácie glukózy v krvnej plazme na úroveň, ktorá spôsobuje výskyt klinických príznakov, ktoré vymiznú po normalizácii obsahu tejto látky.

Príznaky hypoglykémie sa zvyčajne objavia, keď hladina glukózy klesne pod 4 mol/l.

Mechanizmy hypoglykémie:

1. Zníženie toku glukózy do krvi. Stáva sa to pri hladovaní, poruchách trávenia (nedostatok amylolytických enzýmov, poruchy vstrebávania), pri dedičných a získaných poruchách glykogenolýzy a glukoneogenézy v pečeni.
2. Zvýšená spotreba glukózy na energetické potreby tela (napríklad ťažká fyzická práca).
3. Strata glukózy(glykozúria) alebo jej použitie na iné účely (zhubné nádory).

Klinické príznaky hypoglykémie spojené s dvoma skupinami porúch v tele:

1. Zhoršený prísun glukózy do mozgu. V závislosti od stupňa hypoglykémie sa rozvíjajú príznaky ako bolesť hlavy, neschopnosť sústrediť sa, únava, nevhodné správanie, halucinácie, kŕče a hypoglykemická kóma.
2. Aktivácia sympatoadrenálneho systému. To spôsobuje búšenie srdca, zvýšené potenie, chvenie a pocit hladu.

Hypoglykemická kóma je najvážnejším následkom hypoglykémie a pri neposkytnutí včasnej pomoci (podanie glukózy) vedie k smrti. Je charakterizovaná stratou vedomia, stratou reflexov a poruchami vitálnych funkcií. Hypoglykemická kóma vzniká, keď hladina glukózy v krvnej plazme klesne pod 2,5 mmol/l.

Hyperglykémia - ide o zvýšenie plazmatickej glukózy nad 6,66 mmol/l pri stanovení Hagedorn-Jensenovou metódou.

Mechanizmy hyperglykémie:

1. Zvýšenie toku glukózy do krvi. Stáva sa to po jedle (alimentárna hyperglykémia), pri zvýšenej glykogenolýze a glukoneogenéze v pečeni (znížený obsah inzulínu alebo zvýšená koncentrácia kontrainzulárnych hormónov).
2. Zhoršené využitie glukózy periférnych tkanív. S poklesom obsahu inzulínu je teda narušený prísun a využitie glukózy v tkanivách závislých od inzulínu (svaly, tukové tkanivo, pečeň).

Diabetes je ochorenie, ktoré vzniká v dôsledku absolútneho alebo relatívneho nedostatku inzulínu, sprevádzaného poruchami metabolizmu, hlavne sacharidov.

Diabetes je ochorenie, ktoré sa v neliečenom stave prejavuje chronickým zvýšením hladiny glukózy v krvi – hyperglykémiou (definícia WHO, 1987).

Diabetes mellitus sa vyskytuje u 1-4% populácie.

Hlavné prejavy cukrovky– hyperglykémia, niekedy dosahujúca 25 mmol/l, glykozúria s obsahom glukózy v moči do 555-666 mmol/deň. (100-120 g/deň), polyúria (do 10-12 litrov moču denne), polyfágia a polydipsia. Charakteristické je aj zvýšenie hladiny kyseliny mliečnej (laktocidémia) - nad 0,8 mmol/l (normálne 0,033-0,78 mmol/l); lipémia - 50-100 g/l (norma 3,5-8,0 g/l), niekedy ketonémia (stanovená acetónom) so zvýšením hladiny ketolátok na 5200 µmol/l (norma menej ako 517 µmol/l).

Experimentálne modely diabetes mellitus:

1. Pankreatický diabetes mellitus– odstránenie 9/10 pankreasu u psov (Mering a Minkowski, 1889).
2. Alloxanový diabetes mellitus– jednorazová injekcia aloxánu zvieratám, látky, ktorá selektívne poškodzuje β-bunky pankreatických ostrovčekov.
3. Streptozotocínový diabetes mellitus– podanie antibiotika zvieratám – streptozotocínu, ktorý selektívne poškodzuje β-bunky pankreatických ostrovčekov.

Inzulín je hlavným liekom na liečbu pacientov s cukrovkou 1. typu. Niekedy sa používa aj na stabilizáciu stavu pacienta a zlepšenie jeho pohody pri druhom type ochorenia. Táto látka je svojou povahou hormón, ktorý môže v malých dávkach ovplyvniť metabolizmus uhľohydrátov.

Za normálnych okolností pankreas produkuje dostatočné množstvo inzulínu, ktorý pomáha udržiavať fyziologickú hladinu cukru v krvi. Ale v prípade závažných endokrinných porúch je často jedinou šancou pomôcť pacientovi injekcie inzulínu. Žiaľ, nemožno ho užívať perorálne (vo forme tabliet), pretože sa v tráviacom trakte úplne zničí a stráca svoju biologickú hodnotu.

Nejedného diabetika zrejme aspoň raz napadlo, z čoho sa vyrába inzulín, ktorý sa používa na medicínske účely? V súčasnosti sa tento liek najčastejšie získava pomocou genetického inžinierstva a biotechnológie, niekedy sa však získava zo surovín živočíšneho pôvodu.

Prípravky získané zo surovín živočíšneho pôvodu

Extrakcia tohto hormónu z pankreasu ošípaných a hovädzieho dobytka je stará technológia, ktorá sa dnes používa len zriedka. Je to spôsobené nízkou kvalitou výsledného lieku, jeho sklonom k ​​alergickým reakciám a nedostatočným stupňom čistenia. Faktom je, že keďže hormón je bielkovinová látka, pozostáva z určitého súboru aminokyselín.

Inzulín produkovaný v tele ošípaných sa líši v zložení aminokyselín od ľudského inzulínu o 1 aminokyselinu a od hovädzieho o 3.

Na začiatku a v polovici 20. storočia, keď podobné lieky neexistovali, sa aj takýto inzulín stal prelomovým v medicíne a umožnil posunúť liečbu diabetikov na novú úroveň. Hormóny získané touto metódou znižovali hladinu cukru v krvi, často však spôsobovali vedľajšie účinky a alergie. Rozdiely v zložení aminokyselín a nečistôt v lieku ovplyvnili stav pacientov, najmä u zraniteľnejších kategórií pacientov (deti a starší ľudia). Ďalším dôvodom zlej znášanlivosti takéhoto inzulínu je prítomnosť jeho neaktívneho prekurzora v lieku (proinzulínu), ktorého sa v tejto variácii lieku nedalo zbaviť.

V dnešnej dobe existujú vylepšené bravčové inzulíny, ktoré tieto nevýhody nemajú. Získavajú sa z pankreasu ošípaných, ale potom podliehajú ďalšiemu spracovaniu a čisteniu. Sú viaczložkové a obsahujú pomocné látky.

Modifikovaný bravčový inzulín sa prakticky nelíši od ľudského hormónu, a preto sa v praxi stále používa

Takéto lieky sú pacientmi oveľa lepšie tolerované a prakticky nespôsobujú nežiaduce reakcie, nepotláčajú imunitný systém a účinne znižujú hladinu cukru v krvi. Hovädzí inzulín sa v súčasnosti v medicíne nepoužíva, pretože vďaka svojej cudzej štruktúre negatívne ovplyvňuje imunitný a iné systémy ľudského tela.

Geneticky upravený inzulín

Ľudský inzulín, ktorý sa používa pre diabetikov, sa komerčne vyrába dvoma spôsobmi:

• pomocou enzymatickej liečby bravčového inzulínu;
• pomocou geneticky modifikovaných kmeňov E. coli alebo kvasiniek.

S fyzikálno-chemickou zmenou sa molekuly bravčového inzulínu pod vplyvom špeciálnych enzýmov stávajú identickými s ľudským inzulínom. Aminokyselinové zloženie výsledného liečiva sa nelíši od zloženia prirodzeného hormónu, ktorý sa tvorí v ľudskom tele. Počas výrobného procesu je liek vysoko čistený, takže nespôsobuje alergické reakcie ani iné nežiaduce prejavy.

Ale najčastejšie sa inzulín získava pomocou modifikovaných (geneticky zmenených) mikroorganizmov. Baktérie alebo kvasinky boli biotechnologicky upravené tak, aby si mohli produkovať vlastný inzulín.

Okrem samotnej produkcie inzulínu zohráva dôležitú úlohu jeho čistenie. Aby sa zabezpečilo, že liek nespôsobí žiadne alergické alebo zápalové reakcie, v každom štádiu je potrebné sledovať čistotu kmeňov mikroorganizmov a všetkých roztokov, ako aj použité zložky.

Existujú 2 spôsoby výroby inzulínu týmto spôsobom. Prvý z nich je založený na použití dvoch rôznych kmeňov (druhov) jedného mikroorganizmu. Každý z nich syntetizuje len jeden reťazec molekuly DNA hormónu (celkom sú dva a sú spolu špirálovito stočené). Potom sa tieto reťazce spoja a vo výslednom roztoku je už možné oddeliť aktívne formy inzulínu od tých, ktoré nemajú biologický význam.

Druhý spôsob výroby lieku pomocou E. coli alebo kvasiniek je založený na skutočnosti, že mikrób najskôr produkuje neaktívny inzulín (teda jeho prekurzor - proinzulín). Potom sa pomocou enzymatickej liečby táto forma aktivuje a využíva v medicíne.

Personál, ktorý má prístup do určitých výrobných priestorov, musí vždy nosiť sterilný ochranný odev, čím sa zabráni kontaktu lieku s ľudskými biologickými tekutinami

Všetky tieto procesy sú zvyčajne automatizované, vzduch a všetky povrchy, ktoré sú v kontakte s ampulkami a liekovkami, sú sterilné a linky zariadenia sú hermeticky uzavreté.

Biotechnologické techniky umožňujú vedcom premýšľať o alternatívnych riešeniach problému cukrovky. V súčasnosti napríklad prebieha predklinický výskum výroby umelých beta buniek pankreasu, ktoré je možné získať metódami genetického inžinierstva. Možno sa v budúcnosti využijú na zlepšenie fungovania tohto orgánu u chorého človeka.

Výroba moderných produktov je zložitý technologický proces, ktorý zahŕňa automatizáciu a minimálny zásah človeka.

Ďalšie komponenty

Výrobu inzulínu bez pomocných látok je v modernom svete takmer nemožné si predstaviť, pretože dokážu zlepšiť jeho chemické vlastnosti, predĺžiť dobu pôsobenia a dosiahnuť vysoký stupeň čistoty.

Podľa ich vlastností možno všetky ďalšie zložky rozdeliť do nasledujúcich tried:

• predlžovače (látky, ktoré sa používajú na zabezpečenie dlhšieho účinku lieku);
• dezinfekčné zložky;
• stabilizátory, vďaka ktorým sa v roztoku liečiva udržiava optimálna kyslosť.

Predlžujúce prísady

Existujú inzulíny s predĺženým účinkom, ktorých biologická aktivita trvá 8 až 42 hodín (v závislosti od skupiny liekov). Tento účinok sa dosiahne pridaním špeciálnych látok - prolongátorov - do injekčného roztoku. Na tento účel sa najčastejšie používa jedna z týchto zlúčenín:

• proteíny;
• soli chloridu zinočnatého.

Proteíny, ktoré predlžujú účinok lieku, prechádzajú podrobnou purifikáciou a sú nízkoalergénne (napríklad protamín). Soli zinku tiež nemajú negatívny vplyv na aktivitu inzulínu alebo na pohodu človeka.

Antimikrobiálne zložky

Dezinfekčné prostriedky v inzulíne sú potrebné na to, aby sa v ňom počas skladovania a používania nemnožila mikrobiálna flóra. Tieto látky sú konzervačné látky a zabezpečujú zachovanie biologickej aktivity lieku. Navyše, ak si pacient podáva hormón z jednej fľaštičky len sebe, tak mu liek môže vydržať aj niekoľko dní. Vďaka kvalitným antibakteriálnym zložkám nebude potrebné nepoužitý liek vyhadzovať z dôvodu teoretickej možnosti množenia mikróbov v roztoku.

Nasledujúce látky sa môžu použiť ako dezinfekčné zložky pri výrobe inzulínu:

• metakrezol;
• fenol;
• parabény.

Ak roztok obsahuje ióny zinku, vďaka svojim antimikrobiálnym vlastnostiam pôsobia aj ako dodatočná konzervačná látka

Na výrobu každého typu inzulínu sú vhodné určité dezinfekčné zložky. Ich interakcia s hormónom sa musí skúmať v štádiu predklinických skúšok, pretože konzervačná látka by nemala narúšať biologickú aktivitu inzulínu ani inak negatívne ovplyvňovať jeho vlastnosti.

Použitie konzervačných látok vo väčšine prípadov umožňuje podávanie hormónu pod kožu bez predbežného ošetrenia alkoholom alebo inými antiseptikmi (výrobca to zvyčajne uvádza v pokynoch). To zjednodušuje podávanie lieku a znižuje počet prípravných manipulácií pred samotnou injekciou. Toto odporúčanie však funguje iba vtedy, ak sa roztok podáva pomocou individuálnej inzulínovej striekačky s tenkou ihlou.

Stabilizátory

Stabilizátory sú potrebné na zabezpečenie udržania pH roztoku na danej úrovni. Bezpečnosť lieku, jeho aktivita a stabilita jeho chemických vlastností závisí od úrovne kyslosti. Pri výrobe injekčných hormónov pre diabetických pacientov sa na tento účel zvyčajne používajú fosfáty.

Pre inzulíny so zinkom nie sú vždy potrebné stabilizátory roztoku, pretože kovové ióny pomáhajú udržiavať potrebnú rovnováhu. Ak sa napriek tomu použijú, potom sa namiesto fosfátov použijú iné chemické zlúčeniny, pretože kombinácia týchto látok vedie k zrážaniu a nevhodnosti lieku. Dôležitou vlastnosťou všetkých stabilizátorov je bezpečnosť a absencia schopnosti vstúpiť do akýchkoľvek reakcií s inzulínom.

Výber injekčných liekov na diabetes pre každého jednotlivého pacienta by mal vykonávať príslušný endokrinológ. Úlohou inzulínu je nielen udržiavať normálnu hladinu cukru v krvi, ale tiež nepoškodzovať iné orgány a systémy. Liek musí byť chemicky neutrálny, nízkoalergénny a pokiaľ možno cenovo dostupný. Je tiež celkom vhodné, ak sa vybraný inzulín môže miešať s jeho inými verziami na základe dĺžky pôsobenia.

Posledná aktualizácia: 1. júna 2019

Inzulín (z lat. ostrovček- ostrovček) je proteín-peptidový hormón produkovaný β-bunkami Langerhansových ostrovčekov v pankrease. Za fyziologických podmienok v β-bunkách sa inzulín tvorí z preproinzulínu, jednoreťazcového prekurzorového proteínu pozostávajúceho zo 110 aminokyselinových zvyškov. Po transporte cez drsnú membránu endoplazmatického retikula sa 24-aminokyselinový signálny peptid odštiepi z preproinzulínu za vzniku proinzulínu. Dlhý reťazec proinzulínu v Golgiho aparáte je zabalený do granúl, kde sa hydrolýzou štiepia štyri základné aminokyselinové zvyšky za vzniku inzulínu a C-terminálneho peptidu (fyziologická funkcia C-peptidu nie je známa).

Molekula inzulínu pozostáva z dvoch polypeptidových reťazcov. Jeden z nich obsahuje 21 aminokyselinových zvyškov (reťazec A), druhý - 30 aminokyselinových zvyškov (reťazec B). Reťazce sú spojené dvoma disulfidovými mostíkmi. Tretí disulfidový mostík sa tvorí vo vnútri reťazca A. Celková molekulová hmotnosť molekuly inzulínu je asi 5700. Sekvencia aminokyselín inzulínu sa považuje za konzervatívnu. Väčšina druhov má jeden inzulínový gén, ktorý kóduje jeden proteín. Výnimkou sú potkany a myši (majú dva inzulínové gény), produkujú dva inzulíny, ktoré sa líšia v dvoch aminokyselinových zvyškoch B-reťazca.

Primárna štruktúra inzulínu u rôznych biologických druhov, vrátane. a medzi rôznymi cicavcami sa trochu líši. Štruktúrou najbližšie k ľudskému inzulínu je bravčový inzulín, ktorý sa od ľudského inzulínu líši jednou aminokyselinou (vo svojom B reťazci namiesto treonínového aminokyselinového zvyšku obsahuje alanínový zvyšok). Hovädzí inzulín sa líši od ľudského inzulínu v troch aminokyselinových zvyškoch.

Historický odkaz. V roku 1921 Frederick G. Banting a Charles G. Best, pracujúci v laboratóriu Johna J. R. MacLeoda na univerzite v Toronte, izolovali extrakt z pankreasu (neskôr sa zistilo, že obsahuje amorfný inzulín), ktorý znižoval hladinu glukózy v krvi u psov pomocou experimentálnych cukrovka. V roku 1922 bol pankreatický extrakt podaný prvému pacientovi, 14-ročnému Leonardovi Thompsonovi, diabetikovi, a tým mu zachránil život. V roku 1923 James B. Collip vyvinul metódu čistenia extraktu izolovaného z pankreasu, ktorá následne umožnila získať aktívne extrakty z pankreasu ošípaných a hovädzieho dobytka, ktoré poskytujú reprodukovateľné výsledky. V roku 1923 Banting a MacLeod získali Nobelovu cenu za fyziológiu alebo medicínu za objav inzulínu. V roku 1926 J. Abel a V. Du Vigneault získali inzulín v kryštalickej forme. V roku 1939 bol inzulín prvýkrát schválený FDA (Food and Drug Administration). Frederick Sanger úplne rozlúštil sekvenciu aminokyselín inzulínu (1949-1954).V roku 1958 získal Sanger Nobelovu cenu za prácu na rozlúštení štruktúry bielkovín, najmä inzulínu. V roku 1963 bol syntetizovaný umelý inzulín. Prvý rekombinantný ľudský inzulín bol schválený FDA v roku 1982. Rýchlo pôsobiaci analóg inzulínu (inzulín lispro) bol schválený FDA v roku 1996.

Mechanizmus akcie. Pri realizácii účinkov inzulínu zohráva vedúcu úlohu jeho interakcia so špecifickými receptormi lokalizovanými na plazmatickej membráne bunky a tvorba komplexu inzulín-receptor. V kombinácii s inzulínovým receptorom sa inzulín dostáva do bunky, kde ovplyvňuje procesy fosforylácie bunkových proteínov a spúšťa početné vnútrobunkové reakcie.

U cicavcov sa inzulínové receptory nachádzajú takmer na všetkých bunkách – ako na klasických inzulínových cieľových bunkách (hepatocyty, myocyty, lipocyty), tak aj na krvných bunkách, mozgu a pohlavných žľazách. Počet receptorov na rôznych bunkách sa pohybuje od 40 (erytrocyty) do 300 tisíc (hepatocyty a lipocyty). Inzulínový receptor je neustále syntetizovaný a degradovaný, jeho polčas je 7-12 hodín.

Inzulínový receptor je veľký transmembránový glykoproteín pozostávajúci z dvoch α-podjednotiek s molekulovou hmotnosťou 135 kDa (každá obsahuje 719 alebo 731 aminokyselinových zvyškov, v závislosti od zostrihu mRNA) a dvoch β-podjednotiek s molekulovou hmotnosťou 95 kDa (každý obsahuje 620 aminokyselinových zvyškov). Podjednotky sú navzájom spojené disulfidovými väzbami a tvoria heterotetramérnu β-α-α-β štruktúru. Alfa podjednotky sú umiestnené extracelulárne a obsahujú miesta viažuce inzulín, ktoré sú rozpoznávacou časťou receptora. Beta podjednotky tvoria transmembránovú doménu, majú tyrozínkinázovú aktivitu a vykonávajú funkcie prenosu signálu. Väzba inzulínu na α-podjednotky inzulínového receptora vedie k stimulácii tyrozínkinázovej aktivity β-podjednotiek autofosforyláciou ich tyrozínových zvyškov, dochádza k agregácii α,β-heterodimérov a rýchlej internalizácii komplexov hormón-receptor. Aktivovaný inzulínový receptor spúšťa kaskádu biochemických reakcií, vr. fosforylácia iných proteínov v bunke. Prvou z týchto reakcií je fosforylácia štyroch proteínov nazývaných substráty inzulínových receptorov – IRS-1, IRS-2, IRS-3 a IRS-4.

Farmakologické účinky inzulínu. Inzulín ovplyvňuje takmer všetky orgány a tkanivá. Jeho hlavným cieľom je však pečeň, svalové a tukové tkanivo.

Endogénny inzulín je najdôležitejším regulátorom metabolizmu sacharidov, exogénny inzulín je špecifickým činidlom znižujúcim cukor. Účinok inzulínu na metabolizmus uhľohydrátov je spôsobený tým, že zvyšuje transport glukózy cez bunkovú membránu a jej využitie tkanivami a podporuje premenu glukózy na glykogén v pečeni. Inzulín okrem toho inhibuje endogénnu produkciu glukózy potlačením glykogenolýzy (štiepenie glykogénu na glukózu) a glukoneogenézy (syntéza glukózy z nesacharidových zdrojov – napríklad z aminokyselín, mastných kyselín). Okrem hypoglykemických má inzulín množstvo ďalších účinkov.

Vplyv inzulínu na metabolizmus tukov sa prejavuje v inhibícii lipolýzy, čo vedie k zníženiu prietoku voľných mastných kyselín do krvného obehu. Inzulín zabraňuje tvorbe ketolátok v tele. Inzulín zvyšuje syntézu mastných kyselín a ich následnú esterifikáciu.

Inzulín sa podieľa na metabolizme bielkovín: zvyšuje transport aminokyselín cez bunkovú membránu, stimuluje syntézu peptidov, znižuje spotrebu bielkovín tkanivami a inhibuje premenu aminokyselín na ketokyseliny.

Účinok inzulínu je sprevádzaný aktiváciou alebo inhibíciou množstva enzýmov: stimuluje sa glykogénsyntetáza, pyruvátdehydrogenáza, hexokináza, inhibujú sa lipázy (hydrolyzujú lipidy tukového tkaniva aj lipoproteínovú lipázu, ktorá znižuje „zákal“ krvného séra po jedle jedlo bohaté na tuky).

Vo fyziologickej regulácii biosyntézy a sekrécie inzulínu pankreasom hrá hlavnú úlohu koncentrácia glukózy v krvi: keď sa jej obsah zvyšuje, sekrécia inzulínu sa zvyšuje a keď klesá, spomaľuje sa. Sekréciu inzulínu ovplyvňujú okrem glukózy elektrolyty (najmä ióny Ca 2+), aminokyseliny (vrátane leucínu a arginínu), glukagón a somatostatín.

Farmakokinetika. Inzulínové prípravky sa podávajú subkutánne, intramuskulárne alebo intravenózne (intravenózne sa podávajú iba krátkodobo pôsobiace inzulíny a len pri diabetickej prekóme a kóme). Inzulínové suspenzie sa nemajú podávať intravenózne. Teplota podávaného inzulínu by mala byť izbová, pretože studený inzulín sa vstrebáva pomalšie. Najoptimálnejšou metódou kontinuálnej inzulínovej terapie v klinickej praxi je subkutánne podávanie.

Úplnosť absorpcie a nástup účinku inzulínu závisí od miesta vpichu (inzulín sa zvyčajne aplikuje do brucha, stehien, zadku, nadlaktia), dávky (objemu podaného inzulínu), koncentrácie inzulínu v liečive atď.

Rýchlosť vstrebávania inzulínu do krvi z miesta podkožného vpichu závisí od množstva faktorov – typu inzulínu, miesta vpichu, rýchlosti lokálneho prekrvenia, lokálnej svalovej aktivity, množstva podaného inzulínu (tj. odporúča sa podávať nie viac ako 12-16 jednotiek lieku na jedno miesto). Inzulín sa do krvi dostáva najrýchlejšie z podkožia prednej brušnej steny, pomalšie z oblasti ramien, prednej časti stehna a ešte pomalšie z podlopatkovej oblasti a zadku. Je to spôsobené stupňom vaskularizácie podkožného tukového tkaniva uvedených oblastí. Akčný profil inzulínu podlieha značným výkyvom medzi rôznymi ľuďmi aj v rámci tej istej osoby.

V krvi sa inzulín viaže na alfa a beta globulíny, bežne 5-25%, ale väzba sa môže počas liečby zvýšiť v dôsledku objavenia sa sérových protilátok (tvorba protilátok proti exogénnemu inzulínu vedie k inzulínovej rezistencii; pri použití moderných vysoko purifikovaných liekov inzulínová rezistencia sa vyskytuje len zriedka). T1/2 z krvi je menej ako 10 minút. Väčšina inzulínu, ktorý vstupuje do krvného obehu, podlieha proteolytickému rozkladu v pečeni a obličkách. Rýchlo sa vylučuje z tela obličkami (60%) a pečeňou (40%); menej ako 1,5 % sa vylúči v nezmenenej forme močom.

V súčasnosti používané inzulínové prípravky sa líšia mnohými spôsobmi, vrátane podľa zdroja pôvodu, trvania účinku, pH roztoku (kyslé a neutrálne), prítomnosť konzervačných látok (fenol, krezol, fenol-krezol, metylparabén), koncentrácia inzulínu - 40, 80, 100, 200, 500 U/ml.

Klasifikácia. Inzulíny sa zvyčajne klasifikujú podľa pôvodu (hovädzí, prasací, ľudský a analógy ľudského inzulínu) a trvania účinku.

V závislosti od zdroja výroby existujú inzulíny živočíšneho pôvodu (hlavne prípravky z bravčového inzulínu), polosyntetické prípravky ľudského inzulínu (získané z bravčového inzulínu enzymatickou transformáciou) a prípravky ľudského inzulínu vyrobené genetickým inžinierstvom (DNA rekombinantná, získaná genetickým inžinierstvom). ).

Na lekárske použitie sa inzulín predtým získaval hlavne z pankreasu hovädzieho dobytka, potom z pankreasu ošípaných, keďže bravčový inzulín je bližší ľudskému inzulínu. Keďže hovädzí inzulín, ktorý sa od ľudského líši tromi aminokyselinami, pomerne často vyvoláva alergické reakcie, dnes sa prakticky nepoužíva. Bravčový inzulín, ktorý sa líši od ľudského inzulínu jednou aminokyselinou, je menej pravdepodobné, že spôsobí alergické reakcie. Ak inzulínové prípravky nie sú dostatočne purifikované, môžu sa v nich vyskytovať nečistoty (proinzulín, glukagón, somatostatín, proteíny, polypeptidy), ktoré môžu spôsobiť rôzne nežiaduce reakcie. Moderné technológie umožňujú získať purifikované (monovrcholové - chromatograficky purifikované na izoláciu "vrcholu" inzulínu), vysoko purifikované (monokomponentné) a kryštalizované inzulínové prípravky. Spomedzi inzulínových prípravkov živočíšneho pôvodu je uprednostňovaný monopeak inzulín získaný z pankreasu ošípaných. Inzulín získaný metódami genetického inžinierstva plne zodpovedá zloženiu aminokyselín ľudského inzulínu.

Aktivita inzulínu sa stanovuje biologickou metódou (podľa schopnosti znižovať hladinu glukózy v krvi u králikov) alebo fyzikálno-chemickou metódou (papierovou elektroforézou alebo papierovou chromatografiou). Jedna akčná jednotka alebo medzinárodná jednotka je aktivita 0,04082 mg kryštalického inzulínu. Ľudský pankreas obsahuje až 8 mg inzulínu (približne 200 jednotiek).

Inzulínové prípravky sa podľa dĺžky účinku delia na krátkodobo pôsobiace a ultrakrátko pôsobiace – napodobňujú normálnu fyziologickú sekréciu inzulínu pankreasom v reakcii na stimuláciu, strednedobo pôsobiace a dlhodobo pôsobiace – napodobňujú bazálna (pozaďová) sekrécia inzulínu, ako aj kombinované lieky (kombinujú oba účinky) .

Rozlišujú sa tieto skupiny:

(hypoglykemický účinok sa vyvíja 10-20 minút po subkutánnom podaní, vrchol účinku sa dosiahne v priemere po 1-3 hodinách, trvanie účinku je 3-5 hodín):

inzulín lispro (Humalog);

Inzulín aspart (NovoRapid Penfill, NovoRapid FlexPen);

Inzulín glulizín (Apidra).

Krátkodobo pôsobiace inzulíny(nástup účinku zvyčajne po 30-60 minútach; maximálny účinok po 2-4 hodinách; trvanie účinku do 6-8 hodín):

Rozpustný inzulín [umelo vytvorený ľudským genetickým inžinierstvom] (Actrapid HM, Gensulin R, Rinsulin R, Humulin Regular);

rozpustný inzulín [ľudský polosyntetický] (Biogulin R, Humodar R);

Rozpustný inzulín [bravčový monokomponent] (Actrapid MS, Monodar, Monosulin MK).

Inzulínové prípravky s dlhodobým účinkom- zahŕňajú stredne a dlhodobo pôsobiace lieky.

(nástup po 1,5-2 hodinách; vrchol po 3-12 hodinách; trvanie 8-12 hodín):

Inzulín izofán [ľudsky geneticky upravený] (Biosulin N, Gansulin N, Gensulin N, Insuman Bazal GT, Insuran NPH, Protafan NM, Rinsulin NPH, Humulin NPH);

Inzulín-izofán [ľudský polosyntetický] (Biogulin N, Humodar B);

Inzulín-izofán [bravčové jednozložkové] (Monodar B, Protafan MS);

Suspenzná zlúčenina inzulín-zinok (Monotard MS).

Dlhodobo pôsobiace inzulíny(nástup po 4-8 hodinách; vrchol po 8-18 hodinách; celkové trvanie 20-30 hodín):

inzulín glargín (Lantus);

Inzulín detemir (Levemir Penfill, Levemir FlexPen).

Kombinované inzulínové prípravky(bifázické lieky) (hypoglykemický účinok začína 30 minút po subkutánnom podaní, dosahuje maximum po 2-8 hodinách a trvá do 18-20 hodín):

Dvojfázový inzulín [ľudský polosyntetický] (Biogulin 70/30, Humodar K25);

Dvojfázový inzulín [spracovaný ľudským genetickým inžinierstvom] (Gansulin 30R, Gensulin M 30, Insuman Comb 25 GT, Mixtard 30 NM, Humulin M3);

Dvojfázový inzulín aspart (NovoMix 30 Penfill, NovoMix 30 FlexPen).

Ultra krátkodobo pôsobiace inzulíny- analógy ľudského inzulínu. Je známe, že endogénny inzulín v pankreatických β-bunkách, ako aj molekuly hormónov vo vyrobených roztokoch krátkodobo pôsobiaceho inzulínu, sú polymerizované a predstavujú hexaméry. Pri subkutánnom podaní sa hexamérne formy vstrebávajú pomaly a nie je možné vytvoriť vrchol koncentrácie hormónu v krvi, podobný ako u zdravého človeka po jedle. Prvým krátkodobo pôsobiacim analógom inzulínu, ktorý sa absorbuje z podkožného tkaniva 3-krát rýchlejšie ako ľudský inzulín, bol inzulín lispro. Inzulín lispro je derivát ľudského inzulínu získaný preskupením dvoch aminokyselinových zvyškov v molekule inzulínu (lyzín a prolín na pozíciách 28 a 29 reťazca B). Modifikácia molekuly inzulínu narúša tvorbu hexamérov a zabezpečuje rýchle uvoľnenie liečiva do krvi. Takmer okamžite po subkutánnom podaní do tkanív sa molekuly inzulínu lispro vo forme hexamérov rýchlo disociujú na monoméry a vstupujú do krvi. Ďalší analóg inzulínu, inzulín aspart, bol vytvorený nahradením prolínu v polohe B28 záporne nabitou kyselinou asparágovou. Podobne ako inzulín lispro sa po subkutánnom podaní tiež rýchlo rozkladá na monoméry. V inzulíne glulizíne, nahradenie aminokyseliny asparagínu ľudského inzulínu v polohe B3 lyzínom a lyzínu v polohe B29 kyselinou glutámovou tiež podporuje rýchlejšiu absorpciu. Rýchlo pôsobiace analógy inzulínu sa môžu podávať bezprostredne pred jedlom alebo po jedle.

Krátkodobo pôsobiace inzulíny(nazývajú sa aj rozpustné) sú roztoky v pufri s neutrálnymi hodnotami pH (6,6-8,0). Sú určené na subkutánne, menej často intramuskulárne podanie. V prípade potreby sa podávajú aj intravenózne. Majú rýchly a relatívne krátkodobý hypoglykemický účinok. Účinok po subkutánnej injekcii nastáva po 15-20 minútach, maximum dosahuje po 2 hodinách; celková doba účinku je približne 6 hodín Používajú sa najmä v nemocnici na stanovenie dávky inzulínu potrebnej pre pacienta, ako aj pri potrebe rýchleho (urgentného) účinku – pri diabetickej kóme a prekóme. Pri intravenóznom podaní je T1/2 5 minút, preto sa pri diabetickej ketoacidotickej kóme inzulín podáva intravenózne. Krátkodobo pôsobiace inzulínové prípravky sa tiež používajú ako anabolické činidlá a predpisujú sa spravidla v malých dávkach (4-8 jednotiek 1-2 krát denne).

Stredne pôsobiace inzulíny menej rozpustné, pomalšie sa vstrebávajú z podkožia, v dôsledku čoho majú dlhodobejší účinok. Dlhodobý účinok týchto liekov sa dosahuje prítomnosťou špeciálneho predlžovača - protamínu (izofán, protafán, bazálny) alebo zinku. Spomalenie absorpcie inzulínu v prípravkoch obsahujúcich kompozitnú suspenziu inzulín-zinok je spôsobené prítomnosťou kryštálov zinku. NPH inzulín (neutrálny protamín Hagedorn alebo izofán) je suspenzia pozostávajúca z inzulínu a protamínu (protamín je proteín izolovaný z rybieho mlieka) v stechiometrickom pomere.

Na dlhodobo pôsobiace inzulíny inzulín glargín je analóg ľudského inzulínu získaný DNA rekombinantnou technológiou - prvý inzulínový prípravok, ktorý nemá výrazný vrchol účinku. Inzulín glargín sa vyrába dvoma modifikáciami v molekule inzulínu: nahradením reťazca A (asparagín) glycínom v polohe 21 a pridaním dvoch arginínových zvyškov na C-koniec B reťazca. Liek je číry roztok s pH 4. Kyslé pH stabilizuje hexaméry inzulínu a zabezpečuje dlhodobú a predvídateľnú absorpciu lieku z podkožia. Inzulín glargín však vzhľadom na kyslé pH nemožno kombinovať s krátkodobo pôsobiacimi inzulínmi, ktoré majú pH neutrálne. Jednorazová dávka inzulínu glargín poskytuje 24-hodinovú kontrolu glykémie bez vrcholu. Väčšina inzulínových prípravkov má tzv „vrcholový“ účinok, pozorovaný, keď koncentrácia inzulínu v krvi dosiahne maximum. Inzulín glargín nemá výrazný vrchol, pretože sa uvoľňuje do krvného obehu relatívne konštantnou rýchlosťou.

Dlhodobo pôsobiace inzulínové prípravky sú dostupné v rôznych dávkových formách, ktoré majú hypoglykemický účinok rôzneho trvania (od 10 do 36 hodín). Predĺžený účinok vám umožňuje znížiť počet denných injekcií. Zvyčajne sa vyrábajú vo forme suspenzií, podávajú sa iba subkutánne alebo intramuskulárne. Pri diabetickej kóme a prekomatóznych stavoch sa dlhodobo pôsobiace lieky nepoužívajú.

Kombinované inzulínové prípravky sú suspenzie pozostávajúce z neutrálneho rozpustného krátkodobo pôsobiaceho inzulínu a izofánového inzulínu (stredne pôsobiaceho) v určitých pomeroch. Táto kombinácia inzulínov rôznej dĺžky účinku v jednom prípravku umožňuje pacientovi ušetriť dve injekcie pri samostatnom užívaní liekov.

Indikácie. Hlavnou indikáciou na použitie inzulínu je diabetes mellitus 1. typu, ale pri určitých stavoch sa predpisuje aj pri diabetes mellitus 2. typu vr. s rezistenciou na perorálne hypoglykemické činidlá, so závažnými sprievodnými ochoreniami, pri príprave na chirurgické zákroky, diabetická kóma, s cukrovkou u tehotných žien. Krátkodobo pôsobiace inzulíny sa používajú nielen pri diabetes mellitus, ale aj pri niektorých iných patologických procesoch, napríklad pri celkovom vyčerpaní (ako anabolické činidlo), furunkulóze, tyreotoxikóze, ochoreniach žalúdka (atónia, gastroptóza), chronickej hepatitíde, počiatočných formách pri cirhóze pečene, ako aj pri niektorých duševných chorobách (podávanie veľkých dávok inzulínu - tzv. hypoglykemická kóma); niekedy sa používa ako súčasť „polarizačných“ roztokov používaných na liečbu akútneho srdcového zlyhania.

Inzulín je hlavnou špecifickou liečbou diabetes mellitus. Liečba diabetes mellitus sa uskutočňuje podľa špeciálne vyvinutých režimov s použitím inzulínových prípravkov rôzneho trvania účinku. Výber lieku závisí od závažnosti a charakteristík priebehu ochorenia, celkového stavu pacienta a rýchlosti nástupu a trvania hypoglykemického účinku lieku.

Všetky inzulínové prípravky sa používajú za predpokladu povinného dodržiavania diétneho režimu s obmedzením energetickej hodnoty potravín (od 1700 do 3000 kcal).

Pri určovaní dávky inzulínu sa riadia hladinou glykémie nalačno a počas dňa, ako aj hladinou glukozúrie počas dňa. Konečný výber dávky sa uskutočňuje pod kontrolou zníženia hyperglykémie, glukozúrie, ako aj celkového stavu pacienta.

Kontraindikácie. Inzulín je kontraindikovaný pri ochoreniach a stavoch spojených s hypoglykémiou (napríklad inzulinóm), akútnych ochoreniach pečene, pankreasu, obličiek, žalúdočných a dvanástnikových vredov, dekompenzovaných srdcových defektov, akútnej koronárnej insuficiencie a niektorých ďalších ochorení.

Užívanie počas tehotenstva. Hlavnou liečbou diabetes mellitus počas tehotenstva je inzulínová terapia, ktorá sa vykonáva pod prísnym dohľadom. Pri diabetes mellitus 1. typu pokračuje liečba inzulínom. Pri diabetes mellitus 2. typu sa perorálne hypoglykemické lieky prerušia a vykoná sa diétna terapia.

Gestačný diabetes mellitus (tehotenská cukrovka) je porucha metabolizmu sacharidov, ktorá sa prvýkrát objavila počas tehotenstva. Gestačný diabetes mellitus je sprevádzaný zvýšeným rizikom perinatálnej mortality, výskytom vrodených deformít, ako aj rizikom progresie diabetu 5-10 rokov po narodení. Liečba gestačného diabetes mellitus začína diétnou terapiou. Ak je diétna terapia neúčinná, používa sa inzulín.

Pre pacientky s už existujúcim alebo gestačným diabetes mellitus je dôležité udržiavať adekvátnu reguláciu metabolických procesov počas tehotenstva. Potreba inzulínu sa môže znížiť v prvom trimestri tehotenstva a zvýšiť v druhom a treťom trimestri. Počas pôrodu a bezprostredne po ňom môže potreba inzulínu prudko klesnúť (zvyšuje sa riziko hypoglykémie). V týchto podmienkach je nevyhnutné starostlivé sledovanie hladín glukózy v krvi.

Inzulín neprechádza placentárnou bariérou. Materské IgG protilátky proti inzulínu však prechádzajú placentou a pravdepodobne spôsobia hyperglykémiu u plodu neutralizáciou jeho vylučovaného inzulínu. Na druhej strane, nežiaduca disociácia komplexov inzulín-protilátka môže viesť k hyperinzulinémii a hypoglykémii u plodu alebo novorodenca. Ukázalo sa, že prechod z hovädzích/prasacích inzulínových prípravkov na monozložkové prípravky je sprevádzaný poklesom titra protilátok. V tomto ohľade sa počas tehotenstva odporúča používať iba prípravky ľudského inzulínu.

Inzulínové analógy (ako iné nedávno vyvinuté látky) sa počas gravidity používajú s opatrnosťou, hoci neexistujú spoľahlivé dôkazy o nežiaducich účinkoch. V súlade so všeobecne akceptovanými odporúčaniami FDA (Food and Drug Administration), ktoré určujú možnosť užívania liekov v tehotenstve, patria inzulínové prípravky pre ich účinok na plod do kategórie B (reprodukčné štúdie na zvieratách neodhalili žiadne nežiaduce účinky na plod a neboli vykonané adekvátne a prísne kontrolované štúdie u tehotných žien, alebo kategórie C (reprodukčné štúdie na zvieratách odhalili nežiaduci účinok na plod a neboli vykonané primerané a prísne kontrolované štúdie u tehotných žien, ale potenciálne prínosy spojené s užívaním lieku u tehotných žien môžu odôvodniť jeho použitie napriek možnému riziku). Inzulín lispro teda patrí do triedy B a inzulín aspart a inzulín glargín patria do triedy C.

Komplikácie inzulínovej terapie. Hypoglykémia. Zavedenie príliš vysokých dávok, ako aj nedostatok príjmu sacharidov z potravy môže spôsobiť nežiaduci hypoglykemický stav, môže sa vyvinúť hypoglykemická kóma so stratou vedomia, kŕčmi a útlmom srdcovej činnosti. Hypoglykémia sa môže vyvinúť aj v dôsledku ďalších faktorov, ktoré zvyšujú citlivosť na inzulín (napr. nedostatočnosť nadobličiek, hypopituitarizmus) alebo zvyšujú vychytávanie glukózy v tkanivách (cvičenie).

Včasné príznaky hypoglykémie, ktoré sú do značnej miery spojené s aktiváciou sympatického nervového systému (adrenergné symptómy), zahŕňajú tachykardiu, studený pot, chvenie, s aktiváciou parasympatického systému - extrémny hlad, nevoľnosť a mravčenie v perách a jazyku . Pri prvých príznakoch hypoglykémie sú potrebné naliehavé opatrenia: pacient by mal piť sladký čaj alebo zjesť niekoľko kusov cukru. Pri hypoglykemickej kóme sa do žily vstrekuje 40% roztok glukózy v množstve 20-40 ml alebo viac, až kým sa pacient nedostane z kómy (zvyčajne nie viac ako 100 ml). Hypoglykémiu možno zmierniť aj intramuskulárnym alebo subkutánnym podaním glukagónu.

Nabrať váhu s inzulínovou terapiou je spojená s elimináciou glukozúrie, zvýšením skutočného obsahu kalórií v potravinách, zvýšením chuti do jedla a stimuláciou lipogenézy pod vplyvom inzulínu. Dodržiavaním zásad racionálnej výživy sa dá tomuto nežiaducemu účinku vyhnúť.

Použitie moderných vysoko purifikovaných hormonálnych prípravkov (najmä geneticky upravených prípravkov ľudského inzulínu) vedie k rozvoju pomerne zriedkavo rezistencia na inzulín a javov alergie takéto prípady však nie sú vylúčené. Rozvoj akútnej alergickej reakcie si vyžaduje okamžitú desenzibilizačnú terapiu a náhradu lieku. Ak sa vyvinie reakcia na hovädzie/bravčové inzulínové prípravky, majú sa nahradiť ľudskými inzulínovými prípravkami. Lokálne a systémové reakcie (svrbenie, lokálna alebo systémová vyrážka, tvorba podkožných uzlín v mieste vpichu) sú spojené s nedostatočným čistením inzulínu od nečistôt alebo s použitím hovädzieho alebo bravčového inzulínu, ktorý sa líši sekvenciou aminokyselín od ľudského inzulínu.

Najčastejšími alergickými reakciami sú kožné reakcie sprostredkované IgE protilátkami. Zriedkavo sa pozorujú systémové alergické reakcie a inzulínová rezistencia sprostredkovaná IgG protilátkami.

Zrakové postihnutie. Prechodné refrakčné chyby oka sa vyskytujú na samom začiatku inzulínovej terapie a samy vymiznú po 2-3 týždňoch.

Edém. V prvých týždňoch terapie vznikajú aj prechodné opuchy nôh v dôsledku zadržiavania tekutín v tele, tzv. inzulínový edém.

Lokálne reakcie zahŕňajú lipodystrofia v mieste opakovaných injekcií (zriedkavá komplikácia). Existuje lipoatrofia (zmiznutie podkožného tuku) a lipohypertrofia (zvýšenie podkožného tuku). Tieto dva štáty majú rôznu povahu. S lipoatrofiou, imunologickou reakciou spôsobenou najmä podávaním zle purifikovaných inzulínových prípravkov živočíšneho pôvodu, sa v súčasnosti prakticky nestretávame. Lipohypertrofia sa vyvíja aj pri použití vysoko purifikovaných prípravkov ľudského inzulínu a môže sa vyskytnúť pri porušení techniky podávania (prípravok za studena, alkohol dostať sa pod kožu), ako aj v dôsledku anabolického lokálneho účinku samotného lieku. Lipohypertrofia vytvára kozmetický defekt, ktorý je pre pacientov problémom. Okrem toho je v dôsledku tohto defektu narušená absorpcia lieku. Aby sa zabránilo rozvoju lipohypertrofie, odporúča sa neustále meniť miesta vpichu v rámci tej istej oblasti, pričom medzi dvoma vpichmi musí byť ponechaná vzdialenosť aspoň 1 cm.

Môžu sa vyskytnúť lokálne reakcie, ako je bolesť v mieste vpichu.

Interakcia. Inzulínové lieky sa môžu navzájom kombinovať. Mnohé lieky môžu spôsobiť hypo- alebo hyperglykémiu alebo zmeniť odpoveď diabetického pacienta na liečbu. Je potrebné vziať do úvahy interakciu, ktorá je možná, keď sa inzulín používa súbežne s inými liekmi. Alfa-adrenergné blokátory a beta-adrenergné agonisty zvyšujú sekréciu endogénneho inzulínu a zvyšujú účinok lieku. Hypoglykemický účinok inzulínu zvyšujú perorálne hypoglykemické látky, salicyláty, inhibítory MAO (vrátane furazolidónu, prokarbazínu, selegilínu), ACE inhibítory, bromokriptín, oktreotid, sulfónamidy, anabolické steroidy (najmä oxandrolon, metandienón) a androgény (zvyšujú citlivosť tkanív na inzulín a zvyšujú odolnosť tkanív voči glukagónu, čo vedie k hypoglykémii, najmä v prípade inzulínovej rezistencie; môže byť potrebné zníženie dávky inzulínu), analógy somatostatínu, guanetidín, dizopyramid, klofibrát, ketokonazol, lítiové prípravky, mebendazol, pentamidín, pyridoxín, propoxyfén, fenylbutazón, fluoxetín, teofylín, fenfluramín, prípravky lítia, prípravky vápnika, tetracyklíny. Chlorochín, chinidín a chinín znižujú degradáciu inzulínu a môžu zvýšiť koncentrácie inzulínu v krvi a zvýšiť riziko hypoglykémie.

Inhibítory karboanhydrázy (najmä acetazolamid) stimuláciou pankreatických β-buniek podporujú uvoľňovanie inzulínu a zvyšujú citlivosť receptorov a tkanív na inzulín; Hoci súčasné užívanie týchto liekov s inzulínom môže zvýšiť hypoglykemický účinok, účinok môže byť nepredvídateľný.

Množstvo liekov spôsobuje u zdravých ľudí hyperglykémiu a zhoršuje priebeh ochorenia u pacientov s cukrovkou. Гипогликемическое действие инсулина ослабляют: антиретровирусные ЛС, аспарагионазорна,Ќпорнарна ыe контрацептивы, глюкортикоиды, диуретики (тиазидные, этакриновая -пислота), гепартинт, тыпартинант ов, сульфинпиразон, трициклические антидепрессанты, добутамин, изониазид, кальнина,ним етики, даназол, клонидин , CCB, diazoxid, morfín, fenytoín, somatotropín, hormóny štítnej žľazy, deriváty fenotiazínu, nikotín, etanol.

Glukokortikoidy a epinefrín majú opačný účinok ako inzulín na periférne tkanivá. Dlhodobé užívanie systémových glukokortikoidov teda môže spôsobiť hyperglykémiu vrátane diabetes mellitus (steroidný diabetes), ktorý sa môže vyskytnúť približne u 14 % pacientov užívajúcich systémové kortikosteroidy niekoľko týždňov alebo pri dlhodobom užívaní lokálnych kortikosteroidov. Niektoré lieky inhibujú sekréciu inzulínu priamo (fenytoín, klonidín, diltiazem) alebo znížením zásob draslíka (diuretiká). Hormóny štítnej žľazy urýchľujú metabolizmus inzulínu.

Najvýznamnejšími a najčastejšími účinkami na účinok inzulínu sú betablokátory, perorálne hypoglykemické látky, glukokortikoidy, etanol a salicyláty.

Etanol inhibuje glukoneogenézu v pečeni. Tento účinok sa pozoruje u všetkých ľudí. V tejto súvislosti je potrebné mať na pamäti, že zneužívanie alkoholu počas inzulínovej terapie môže viesť k rozvoju ťažkého hypoglykemického stavu. Malé množstvá alkoholu prijaté s jedlom zvyčajne nespôsobujú problémy.

Betablokátory môžu inhibovať sekréciu inzulínu, meniť metabolizmus sacharidov a zvyšovať periférnu inzulínovú rezistenciu, čo vedie k hyperglykémii. Môžu však tiež inhibovať účinky katecholamínov na glukoneogenézu a glykogenolýzu, čo so sebou nesie riziko závažných hypoglykemických reakcií u diabetických pacientov. Navyše, ktorýkoľvek z beta-blokátorov môže maskovať adrenergné symptómy spôsobené znížením hladín glukózy v krvi (vrátane tremoru, palpitácií), a tým zhoršiť pacientovo včasné rozpoznanie hypoglykémie. Selektívne beta 1-blokátory (vrátane acebutololu, atenololu, betaxololu, bisoprololu, metoprololu) vykazujú tieto účinky v menšom rozsahu.

NSAID a salicyláty vo vysokých dávkach inhibujú syntézu prostaglandínu E (ktorý inhibuje sekréciu endogénneho inzulínu) a tým zvyšujú bazálnu sekréciu inzulínu a zvyšujú citlivosť β-buniek pankreasu na glukózu; hypoglykemický účinok pri súčasnom užívaní si môže vyžadovať úpravu dávky NSAID alebo salicylátov a/alebo inzulínu, najmä pri dlhodobom súbežnom užívaní.

V súčasnosti sa vyrába značné množstvo inzulínových prípravkov vr. získané z pankreasu zvierat a syntetizované pomocou metód genetického inžinierstva. Lieky voľby pre inzulínovú terapiu sú geneticky upravené, vysoko purifikované ľudské inzulíny, ktoré majú minimálnu antigenicitu (imunogénnu aktivitu), ako aj analógy ľudského inzulínu.

Inzulínové prípravky sa vyrábajú v sklenených fľašiach, hermeticky uzavretých gumovými zátkami s hliníkovou výstelkou, v špeciálnych tzv. inzulínové striekačky alebo perá. Pri použití injekčných pier sú lieky obsiahnuté v špeciálnych zásobníkových fľašiach (penfills).

Vyvíjajú sa intranazálne formy inzulínu a inzulínové prípravky na perorálne podávanie. Keď sa inzulín kombinuje s detergentom a podáva sa ako aerosól na nosnú sliznicu, účinné plazmatické hladiny sa dosiahnu tak rýchlo ako pri IV boluse. Inzulínové prípravky na intranazálne a orálne podanie sú vo vývoji alebo sa podrobujú klinickým skúškam.

Drogy

drogy - 797 ; Obchodné názvy - 129 ; Aktívne zložky - 22

Účinná látka	Obchodné názvy
Informácie chýbajú

Najpopulárnejší je inzulín
molekula 20. storočia

V histórii chémie sa udiali udalosti, ktoré svojou dramatickosťou pripomínali útok na nedobytný vrchol, ktorý sa nezávislé skupiny horolezcov súčasne pokúšajú vyliezť po rôznych cestách. To všetko sprevádza súťažná atmosféra – kto vystúpi na vrchol ako prvý?

Ďalej budeme hovoriť o syntéze inzulínu - udalosti, ktorá sa stala pozoruhodným úspechom v chemickej vede. Rovnako ako horolezci vytvárajú základné, prechodné a útočné tábory pred útokom na vrchol, syntéza inzulínu bola dobre pripravená nie tými, ktorí išli zdolať vrchol, ale dôkladnou prácou predchádzajúcich výskumníkov. Môžeme s istotou povedať, že vytvorenie počiatočného predmostia nie je o nič menej pôsobivé ako následný útok. Inzulín možno právom nazvať najobľúbenejšou molekulou dvadsiateho storočia; S výskumom tejto zlúčeniny sa spájajú mená siedmich (!) laureátov Nobelovej ceny.

Život zachraňujúci proteín

V polovici 20. stor. inzulín je jednou z najintenzívnejšie študovaných látok. Dôvodom je, že sa podarilo vysvetliť vznik jednej z najzávažnejších chorôb – diabetes mellitus. Choroba sa vyskytuje, keď v tele nie je dostatok hormónu* inzulínu. Inzulín spúšťa procesy, ktoré zabezpečujú vstup glukózy (cukru) do buniek, a tiež stimuluje vnútrobunkové mechanizmy, ktoré umožňujú vstrebávanie glukózy.

Pri nedostatku inzulínu sa glukóza bunkami nespotrebováva, hromadí sa v krvi a začína prúdiť obličkami do moču. Zvýšená hladina glukózy v krvi a jej vylučovanie močom vedie k chudnutiu, nadmernému močeniu, neustálemu pocitu extrémneho smädu a hladu. Telo sa snaží kompenzovať kalorický deficit, ktorý stráca močom vo forme glukózy a začína využívať tukové zásoby a tkanivové bielkoviny (hlavne svaly). Vyskytuje sa únava, ospalosť, nevoľnosť, metabolické procesy sú narušené, čo môže viesť k diabetickej kóme a ak sa nelieči, k smrti.

Diabetes mellitus sa vyskytuje medzi obyvateľstvom všetkých krajín a u predstaviteľov všetkých rás. Najskorší popis tejto choroby bol urobený približne pred 3000 rokmi v starovekej Indii. Podrobné príznaky ochorenia (nadmerné močenie, nadmerný smäd a chudnutie) boli opísané už v 1. storočí. AD Choroba dostala svoje meno z gréčtiny cukrovka, čo znamená „unikám, prechádzam“ (s odkazom na nadmerné močenie).

Systematické štúdium tejto choroby trvalo stáročia. V 17. storočí Anglický lekár T. Willis upozornil na skutočnosť, že moč pacientov s takýmito príznakmi má sladkastú chuť (takúto analýzu môže vykonať iba skutočný vedec). Obraz sa začal vyjasňovať po experimentoch francúzskeho fyziológa Clauda Bernarda (1813–1878), pri ktorých pozoroval psov s odstráneným pankreasom. V jeho pokusoch pokračovali v roku 1889 nemeckí fyziológovia Joseph von Mehring a Oskar Minkowski. Psom chirurgicky odstránili pankreas a potom pozorovali prudký nárast koncentrácie glukózy v krvi, jej výskyt v moči a ďalšie príznaky cukrovky. Experimentálne teda dokázali súvislosť medzi pankreasom a cukrovkou.

Niektorí fyziológovia sa domnievajú, že pankreas produkuje látku, ktorá podporuje vstrebávanie glukózy v tele. V roku 1916 pomenoval nemecký fyziológ Charpy-Schafer túto hypotetickú látku inzulín (z lat. ostrovček- ostrovček, keďže jasne pozorované skupiny pankreatických buniek sa v tomto bode nazývali Langerhansove ostrovčeky). Potom to bol len predpoklad, ktorý sa neskôr úplne potvrdil.

11. januára 1922 (významný fakt v dejinách svetovej medicíny) bol podaný čistejší a aktívnejší inzulínový prípravok prvému pacientovi – tínedžerovi s ťažkou formou cukrovky. Po dosiahnutom pozitívnom účinku sa podobné testy vykonali na niekoľkých ďalších pacientoch. V lekárskej vede sa objavil nový smer – hormonálna terapia.

V roku 1923 získali MacLeod a Banting Nobelovu cenu za fyziológiu alebo medicínu „za objav inzulínu“. Best nebol zaradený do zoznamu laureátov a Banting mu dal polovicu získaných peňazí (gesto hodné skutočného vedca).

V roku 1926 bola zavedená sériová výroba inzulínu. Mnoho tisíc diabetických pacientov, ktorí boli predtým odsúdení na smrť, bolo zachránených a pravidelným užívaním liekov mohli viesť relatívne normálny život.

Od medicíny k chémii

Fyziológovia McLeod a Banting používali na liečbu pacientov extrakt zo zvieracieho pankreasu. Chemici sa však vždy zaujímali o to, ako presne je táto alebo tá zlúčenina štruktúrovaná. Inzulín v kryštalickej forme prvýkrát získal v roku 1926 J. Abel. Práve vďaka jeho práci sa podarilo zaviesť priemyselnú výrobu drogy. Abel tiež určil zloženie inzulínu a ukázalo sa, že látka je molekula proteínu. Od tohto momentu sa výskum inzulínu presúva z medicíny do oblasti chémie, presnejšie do rúk biochemikov.

F. Sanger (nar. 1918)

Všetky vyššie uvedené práce pripravili rozhodujúcu fázu, ktorá umožnila zistiť, ako funguje molekula, ktorá pritiahla pozornosť mnohých výskumníkov. Tento problém sa podarilo vyriešiť americkému biochemikovi Frederickovi Sangerovi. Spočiatku vyvinul metódu identifikácie koncových aminoskupín v molekule proteínu jej pôsobením dinitrofluórbenzénu v alkalickom prostredí (neskôr sa táto metóda stala klasickou). Ďalej doslova rozobral celú molekulu inzulínu na kúsky a pomocou najmodernejších metód – elektroforézy vyvinutej A. Tiseliusom (Nobelova cena, 1948) a chromatografie, vylepšenej A. Martinom a R. Singhom, určil zloženie výsledných aminokyselín. (Laureáti Nobelovej ceny, 1952 G.). Stanovenie, z ktorých aminokyselín je molekula proteínu zostavená, je však len polovica úspechu a menej komplikovaná. Hlavná vec je zistiť ich postupnosť v obvode.

Sanger vypracoval plán, podľa ktorého pomocou špeciálne vybraných enzýmov (biologických katalyzátorov) rozdelil proteínový reťazec na malé segmenty vo vopred určených oblastiach a následne porovnal ich zloženie. Práca bola bezchybnou kombináciou logiky a experimentálnych zručností a v roku 1958 bol vedec ocenený Nobelovou cenou „za prácu na štruktúre bielkovín, najmä inzulínu“. Sanger doviedol svoju metódu doslova k dokonalosti, postupom času sa jeho technika stala všeobecným princípom pre štúdium štruktúry bielkovín.

Vincent Du Vigneault (1901–1978)

Na okraj poznamenávame, že Sanger pomocou podobných logických konštrukcií, ale s miernou zmenou metodiky a použitých činidiel, dokázal stanoviť sekvenciu fragmentov v štruktúre slávnej dvojitej špirály DNA. Za tieto štúdie v roku 1980 získal Sanger (spolu s W. Gilbertom a P. Bergom) ďalšiu Nobelovu cenu „za prínos k určeniu sekvencie báz v nukleových kyselinách“. Sanger je teda jediným dvojnásobným laureátom Nobelovej ceny za chémiu. Nikto si nedokázal predstaviť, že tieto štúdie DNA nakoniec otvoria novú stránku v chémii inzulínu, ale o tom bude reč o niečo neskôr.

Dorothy Crowfoot-Hodgkin (1910–1994)

Americký biochemik Vincent Du Vigneault, ktorý niekoľko rokov študoval inzulín, sa dozvedel o Sangerovej práci a rozhodol sa použiť jeho techniku ​​na rozlúštenie štruktúry dvoch ďalších hormónov (vazopresínu a oxytocínu). Nielenže vytvoril štruktúru, ale aj syntetizoval molekuly týchto hormónov. V skutočnosti bol prvým, kto syntetizoval prírodné polypeptidy. Toto dielo vedca bolo v roku 1955 ocenené Nobelovou cenou, t.j. získal cenu tri roky pred Sangerom, ktorého nápady mu pomohli dosiahnuť taký veľkolepý výsledok. Du Vigneaultova práca vlastne otvorila cestu k syntéze inzulínu.

Medzitým pokračovala štúdia inzulínu. Štúdia liečivých vlastností inzulínu odhalila, že jeho zinkový komplex viacerých molekúl, takzvaný Zn-inzulín, má dlhší terapeutický účinok. Štruktúra tohto komplexu sa ukázala byť veľmi zložitá (obsahuje takmer 800 atómov), preto sa použili fyzikálno-chemické metódy analýzy. V roku 1972 anglická biofyzika Dorothy Crowfoot-Hodgkin (nositeľka Nobelovej ceny z roku 1964 za určenie štruktúr biologicky aktívnych látok pomocou röntgenového žiarenia) stanovila trojrozmernú štruktúru tohto nezvyčajne zložitého komplexu.

Zjednodušený jazyk biochemikov

Predtým, ako zvážime štruktúru molekuly inzulínu, zoznámime sa s tým, ako biochemici zobrazujú molekuly bielkovín.

Všetky proteíny sú polyméry, ktorých reťazce sú zostavené z fragmentov aminokyselín. Aminokyseliny sú organické zlúčeniny obsahujúce aminoskupinu NH2 a karboxylovú skupinu COOH. Na tvorbe bielkovín sa podieľajú len tie aminokyseliny, ktoré majú medzi aminoskupinou a karboxylovou skupinou len jeden atóm uhlíka. Vo všeobecnosti ich možno znázorniť vzorcom H2N–CH(R)–COOH. Skupina R pripojená k atómu uhlíka (tá medzi aminoskupinou a karboxylovou skupinou) určuje rozdiel medzi aminokyselinami, ktoré tvoria proteíny. Táto skupina môže pozostávať iba z atómov uhlíka a vodíka, ale častejšie obsahuje okrem C a H rôzne funkčné skupiny. Z celej škály existujúcich aminokyselín (teoreticky je počet možných aminokyselín neobmedzený) sa na tvorbe bielkovín podieľa iba dvadsať, takzvaných „základných“ aminokyselín. Na „vybudovanie“ inzulínu príroda použila 16 aminokyselín (z povolených dvadsiatich) (tabuľka 1).

stôl 1

Aminokyseliny, ktoré sa podieľajú na tvorbe inzulínu

názov	Štruktúra	Označenie*
Glycín		Gli
alanín		Ala
Valin		Šachta
Leucín		Lei
izoleucín		Ile
Serin		Ser
cysteín		Cis
lyzín		Liz
arginín		Arg
Asparagín		Asn
Kyselina glutámová		Glu
Glutamín		Gln
Phenialanine		Fén
tyrozín		Strelecká galéria
histidín		Gies
Prolín		O

* V medzinárodnej praxi je akceptované skrátené označenie uvedených aminokyselín pomocou latinských trojpísmenových skratiek, napríklad glycín - Gly, alanín - Ala atď.

Molekula proteínu vzniká ako výsledok postupného spájania aminokyselín, pričom karboxylová skupina jednej kyseliny interaguje s aminoskupinou susednej molekuly, čo vedie k vytvoreniu peptidovej väzby –CO–NH– a uvoľneniu molekula vody. V diagrame 1
(pozri str. 6) ukazuje sekvenčnú kombináciu alanínu, valínu a glycínu.

Schéma 1

Z transformácií znázornených v schéme 1 vyplýva, že pre akýkoľvek počet pripojených aminokyselín bude určite existovať aminoskupina na jednom konci výsledného reťazca a karboxylová skupina na druhom konci. Fragmenty spojených aminokyselín sú označené (v zložených zátvorkách) skrátenými kombináciami písmen, ktoré sú uvedené v tabuľke. 1. Namiesto štruktúrneho vzorca teda môžeme pre výsledný tripeptid použiť skrátené označenie: ala-val-gly. Keďže počet aminokyselín, ktoré príroda používa, je iba dvadsať, takéto skratky umožňujú kompaktne napísať vzorec akéhokoľvek proteínu a nevzniknú žiadne nejasnosti.

Molekula inzulínu, ako ju stanovil Sanger, pozostáva z 51 aminokyselinových zvyškov (toto je jeden z najkratších reťazcov proteínov) a pozostáva z dvoch paralelných reťazcov nerovnakej dĺžky, ktoré sú navzájom spojené. Schéma 2 znázorňuje poradie aminokyselín v molekule inzulínu: reťazec A obsahuje 21 aminokyselinových zvyškov, reťazec B – 30.

Schéma 2

Cysteínové aminokyselinové zvyšky obsiahnuté v molekule (skrátene Cys) tvoria disulfidové mostíky S-S-, ktoré spájajú dva polymérne reťazce molekuly a navyše tvoria mostík vo vnútri A-reťazca. Pri takto kompaktnom obrázku molekuly proteínu sa symboly chemických prvkov používajú len na označenie disulfidových mostíkov a koncových skupín (NH 2 a COOH).

Schéma 3

Súhlasíte s tým, že biochemici zvolili kompaktnú a mimoriadne ľahko písateľnú metódu zobrazenia molekúl proteínov.

Od demontáže až po montáž

Zdalo by sa, že keď už bola vytvorená štruktúra molekuly, jej opätovná syntéza by nebola náročná.

Hlavným problémom pri zostavovaní molekuly proteínu je zabezpečiť, aby sa potrebné aminokyseliny skombinovali v presne definovanom poradí. Treba brať do úvahy, že aminokyselina môže reagovať nielen s inou aminokyselinou, ale aj sama so sebou a výsledkom môže byť molekula, ktorá nemá nič spoločné s tým, čo syntetizuje živý organizmus.

V čase, keď sa rozhodlo o otázke syntézy inzulínu, bolo vyvinutých niekoľko vhodných metód. Aby aminokyselina, ktorá sa mala pripojiť k rastúcemu reťazcu, nereagovala sama so sebou, boli jej reaktívne konce (aminoskupina NH2 a karboxylová skupina COOH) blokované špeciálnym spôsobom: karboxylová skupina bola prenesená na P-nitrofenyléter a k aminoskupine bola pridaná karboxybenzylová skupina. Takáto blokovaná molekula reagovala s aminoskupinou umiestnenou na konci rastúceho reťazca podľa schémy 4 ( cm. c. 8).

Schéma 4

V dôsledku toho sa rastúci reťazec predĺžil o jednu peptidovú jednotku. Blokujúca karboxybenzylová skupina sa však teraz nachádza na konci reťazca. Aby bol „amínový chvost“ reaktívny, t. j. premenil sa na aktívnu formu, reagovali s bromovodíkom a kyselinou octovou podľa schémy 5 ( cm. c. 8).

Schéma 5

V dôsledku toho bola aminoskupina na konci reťazca (zobrazená ako amónna soľ s HBr) opäť pripravená reagovať s ďalšou aminokyselinou (prirodzene tiež obsahujúcou blokujúce skupiny). Paralelne boli vyvinuté ďalšie metódy na zostavenie polypeptidových reťazcov.

Útok na vrchol

V roku 1962 začali s kompletnou syntézou inzulínu takmer súčasne tri skupiny výskumníkov: skupina P. Katsoyannisa v Pittsburghu (USA), skupina G. Zahna v Aachene (Nemecko), ako aj skupina čínskych chemikov (Shanghai a Pekingu). Všetky tri skupiny sledovali veľmi podobné stratégie: zostavili oddelené krátke a dlhé reťazce z prefabrikovaných fragmentov a potom spojili oba reťazce disulfidovými mostíkmi.

Všetky tri skupiny výskumníkov zostavili krátky A-reťazec z dvoch rovnakých blokov.

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

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

Dlhý B-reťazec bol zostavený zo štyroch polypeptidových blokov, ale dĺžka týchto blokov sa medzi rôznymi skupinami vedcov mierne líšila (tabuľka 2).

tabuľka 2

Polypeptidové bloky na zostavenie inzulínového B reťazca

Výskum TV skupina	1. blok	2. blok	3. blok	4. blok
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- strelnica-pro-liz-strelnica
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- strelnica-pro-liz-strelnica
Peking- Šanghaj	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- strelnica-pro-liz-strelnica

Rozdiely vznikli preto, že metódy blokového pripojenia a metódy strednej ochrany používané každou výskumnou skupinou neboli rovnaké. Prirodzene, v poslednej fáze všetky skupiny skončili s rovnakými reťazami. Vytvorenie počiatočných blokov trvalo približne rok. Poháňaná konkurenčnou atmosférou skupina v Aachene zintenzívnila svoju prácu av decembri 1963 oznámila úspešnú syntézu inzulínu. Táto skupina doslova vytrhla prvenstvo chemikom z Pittsburghu, ktorí ohlásili úspešný výsledok v marci 1964. Konečný výťažok čistého produktu sa pohyboval od 0,02 do 0,07 %. Čínski chemici mali o niečo vyšší výťažok (1,2–2,5 %); Samozrejme, výroba inzulínu pomocou takýchto metód neprichádzala do úvahy.

pittsburská skupina P. Katsoyannisa (je druhý sprava)

Syntéza inzulínu bola presvedčivým víťazstvom klasickej syntetickej chémie peptidov. Napriek nízkemu výťažku produktu každý uznal, že bola vykonaná vynikajúca práca, ktorá umožnila zmeniť spôsob myslenia chemikov, formulovať nové princípy na zostavovanie veľkých molekúl, vyvinúť stratégiu syntézy a vybrať optimálne metódy. To všetko výrazne zvýšilo všeobecnú úroveň organickej chémie. Napriek tomu nedošlo k žiadnemu skutočnému triumfu, pretože takmer súčasne s úspešným dokončením týchto prác sa objavila zásadne odlišná, pokročilejšia metóda zostavovania proteínových molekúl.

Hlavná vec je zabezpečiť chvost

Profesor Robert Merrifield z Rockefellerovej univerzity (New York) pri práci na chémii proteínov prišiel s originálnym nápadom: prvá aminokyselina môže byť na jednom konci fixovaná na nejaký nerozpustný povrch (nosič). Ďalšia aminokyselina by potom mala byť pripojená k druhému koncu, aby sa nežiaduce vedľajšie produkty a nezreagované medziprodukty mohli po každom kroku vymyť z reakčnej nádoby, pričom rastúci polypeptid pripojený k nosiču zostane nedotknutý. Molekuly rastúcich polypeptidov budú zavesené "za chvost" na pevnom povrchu nosiča a keď je proces syntézy dokončený, konečný polypeptid sa môže oddeliť od nosiča.

Merrifieldovi sa podarilo túto myšlienku zrealizovať. Prvá aminokyselina je pripojená k nerozpustnému polymérnemu gélu (zosieťovaný polystyrén) so zavedenými chlórmetylovými skupinami CH2CI, ktoré sú schopné reagovať s COOH skupinami aminokyseliny. Aby sa zabránilo tomu, aby aminokyselina použitá na reakciu reagovala sama so sebou a aby sa aminoskupina nepripojila k substrátu, skupina NH2 tejto kyseliny sa najprv zablokuje objemným substituentom - [(C4H9)3]3OS ( O) skupina. Po pripojení aminokyseliny k polymérnemu nosiču sa blokujúca skupina odstráni a do reakčnej zmesi sa zavedie ďalšia aminokyselina, ktorá má tiež predtým blokovanú skupinu NH2. V takomto systéme je možná len interakcia skupiny NH2 prvej aminokyseliny a skupiny COOH druhej aminokyseliny, ktorá sa uskutočňuje v prítomnosti katalyzátorov (fosfóniových solí). Ďalej sa schéma pridávania opakuje so zavedením tretej aminokyseliny. Celá schéma syntézy polypeptidových reťazcov, ktorá umožňuje striedanie aminokyselinových zvyškov v danom poradí, je nasledovná (Schéma 6).

Schéma 6

V poslednom štádiu sa výsledné polypeptidové reťazce oddelia od polystyrénového nosiča pôsobením HBr v prítomnosti kyseliny trifluóroctovej F3CCOOH.

Merrifield nielenže experimentálne testoval účinnosť navrhovanej metódy, ale navrhol aj prístroj, ktorý prakticky automatizoval syntézu peptidov. Týmto zariadením bola nádoba na aminokyseliny a činidlá - reakčná nádoba s automatickými vstupnými a výstupnými ventilmi a softvérovým mechanizmom, ktorý reguloval postupnosť procesov a trvanie každej fázy.

Merrifield a jeho kolegovia pomocou skonštruovaného prístroja syntetizovali inzulín len za 20 dní (s výťažkom v desiatkach percent), pričom „priekopníci“ – skupiny Aachen, Pittsburgh a Shanghai – na tom strávili viac ako rok.

V roku 1985 bola Merrifieldovi udelená Nobelova cena „za vývoj metodológie chemickej syntézy v tuhej fáze“.

Kopírovanie prírody

Pri vykonávaní vyššie opísanej práce boli chemici prenasledovaní myšlienkou, že tie problémy, ktoré vedci riešia s takými ťažkosťami, rieši príroda ľahko a mimoriadne presne. Syntéza bielkovín v živých organizmoch prebieha za miernych podmienok, rýchlo a bez tvorby vedľajších produktov. Do určitého bodu mohli chemici pozorovať takéto „syntézy“ len s prekvapením a záujmom, no rýchly rozvoj biochémie umožnil do týchto procesov aktívne zasahovať, vrátane objavu zásadne novej metódy syntézy inzulínu.

Predtým sa hovorilo, že F. Sanger (ktorý založil štruktúru inzulínu) dokázal určiť sekvenciu fragmentov v štruktúre DNA, za čo mu bola udelená druhá Nobelova cena. Táto práca umožnila biochemikom prejsť do ďalšej fázy – integrácie vopred určených fragmentov do genetického kódu DNA. Základnou myšlienkou bolo zahrnúť gény z vyšších organizmov do DNA niektorých baktérií. Výsledkom je, že baktérie získavajú schopnosť syntetizovať zlúčeniny, ktoré predtým mohli syntetizovať iba vyššie organizmy. Táto technológia sa nazýva „genetické inžinierstvo“.

V roku 1981 bol kanadský biochemik Michael Smith pozvaný, aby sa stal vedeckým spoluzakladateľom novej biotechnologickej spoločnosti Zimos. Jedna z prvých zmlúv spoločnosti bola uzavretá s dánskou farmaceutickou spoločnosťou Novo na vývoj technológie na výrobu ľudského inzulínu v kvasinkovej kultúre. Výsledkom spoločného úsilia bol inzulín získaný pomocou novej technológie v roku 1982. V roku 1993 dostal M. Smith (spolu s K. Mullisom) Nobelovu cenu za sériu prác v tejto oblasti. V súčasnosti inzulín vyrobený genetickým inžinierstvom prakticky nahradil živočíšny inzulín.

Koho práca je dôležitejšia?

Zoznámili sme sa teda so štyrmi metódami výroby inzulínu: extrakciou z pankreasu zvierat (skupina D. McLeoda), viacstupňovou syntézou (skupina G. Tsanga), automatizovaným zostavovaním (R. Merrifield) a genetickým inžinierstvom (M. Smith). Nechajme bokom medicínsky aspekt problému a venujme sa chémii. Niekto by mohol nadobudnúť dojem, že Smithova práca urobila všetok predchádzajúci výskum zbytočným. V skutočnosti to tak nie je, všetky metódy sú neoddeliteľne spojené, ani jednu etapu spomínaného výskumu nemožno „zahodiť“. Inzulín izolovaný z pankreasu zvierat umožnil Sangerovi určiť jeho štruktúru a bez tejto následnej syntézy by nebola možná. Tsangova skupina vyvinula chemické techniky na zostavenie reťazcov a metódy na prechodné blokovanie funkčných skupín, ktoré Merrifield použil na vytvorenie jednotky automatickej syntézy. Smithova práca sa v podstate opierala o všetky predchádzajúce skúsenosti nahromadené pri štúdiu inzulínu. Pri syntéze určitých hormónov s krátkym reťazcom bola Merrifieldova automatická inštalácia technicky výhodnejšia ako „genetické inžinierstvo“.

Aby sme to zhrnuli, môžeme povedať, že všetky etapy, ktoré sme uvažovali, sú prirodzenou, tradičnou a ak sa nebojíme slávnostných slov, majestátnou cestou vedy.

* Hormóny (z gréčtiny - uvádzam do činnosti, vyvolávam) sú špecifické fyziologicky aktívne látky produkované špeciálnymi endokrinnými orgánmi alebo tkanivami, vylučované do krvi alebo lymfy a pôsobiace na stavbu a funkcie organizmu.

Článok bol pripravený s podporou stránky "www.limanskaya.cn". Čínsky jazyk je zložitý a špecifický, takže preklad by mal vykonávať iba odborník. Ak súrne potrebujete prekladateľa z čínštiny do ruštiny, neprepadajte panike. Na webovej stránke „www.Limanskaya.Сn“ môžete bez opustenia obrazovky monitora zistiť adresu a telefónne číslo prekladateľa, ako aj pozrieť si cenník poskytovaných služieb.