Инсулин

Инсулин ( / ɪ п . SJ ʊ . Л ɪ п / , ^{[5] [6]} от латинского островка , «остров») представляет собой пептидный гормон производства бета - клеток этих панкреатических островков ; он считается основным анаболическим гормоном организма. ^[7] Он регулирует обмен веществ в углеводов , жиров и белков , способствуя поглощению глюкозы из крови вклетки печени , жира и скелетных мышц . ^[8] В этих тканях абсорбированная глюкоза превращается либо в гликоген посредством гликогенеза, либо в жиры ( триглицериды ) посредством липогенеза , либо, в случае печени, в оба. ^[8] Производство и секреция глюкозы печенью сильно подавляются высокими концентрациями инсулина в крови. ^[9]Циркулирующий инсулин также влияет на синтез белков в самых разных тканях. Таким образом, это анаболический гормон, способствующий превращению небольших молекул в крови в большие молекулы внутри клеток. Низкий уровень инсулина в крови имеет противоположный эффект, способствуя распространенному катаболизму , особенно резервному телу .

Бета-клетки чувствительны к уровню сахара в крови, поэтому они секретируют инсулин в кровь в ответ на высокий уровень глюкозы; и подавляют секрецию инсулина при низком уровне глюкозы. ^[10] Инсулин увеличивает усвоение глюкозы и метаболизм в клетках, тем самым снижая уровень сахара в крови. Соседние с ними альфа-клетки , принимая сигналы от бета-клеток ^[10], секретируют глюкагон в кровь противоположным образом: повышенная секреция при низком уровне глюкозы в крови и пониженная секреция при высоких концентрациях глюкозы. Глюкагон увеличивает уровень глюкозы в крови, стимулируя гликогенолиз и глюконеогенез.в печени. ^{[8] [10]} Секреция инсулина и глюкагона в кровь в ответ на концентрацию глюкозы в крови является основным механизмом гомеостаза глюкозы . ^[10]

Снижение или отсутствие активности инсулина приводит к сахарному диабету, состоянию высокого уровня сахара в крови (гипергликемии). Есть два типа болезни. При сахарном диабете 1 типа бета-клетки разрушаются аутоиммунной реакцией, так что инсулин больше не может синтезироваться или секретироваться в кровь. ^[11] При сахарном диабете 2 типа разрушение бета-клеток менее выражено, чем при диабете 1 типа, и не является следствием аутоиммунного процесса. Вместо этого в островках поджелудочной железы происходит накопление амилоида , что, вероятно, нарушает их анатомию и физиологию. ^[10] патогенездиабета 2 типа еще не до конца изучен, но известно, что в этом участвуют уменьшенная популяция островковых бета-клеток, снижение секреторной функции выживающих островковых бета-клеток и инсулинорезистентность периферических тканей. ^[7] Диабет 2 типа характеризуется повышенной секрецией глюкагона, на которую не влияет и не реагирует концентрация глюкозы в крови. Но инсулин по-прежнему секретируется в кровь в ответ на уровень глюкозы в крови. ^[10] В результате в крови накапливается глюкоза.

Белок человеческого инсулина состоит из 51 аминокислоты и имеет молекулярную массу 5808 Да . Это гетеро димер из A-цепи и B-цепи, которые связаны между собой дисульфидными связями . Структура инсулина незначительно отличается у разных видов животных. Инсулин животного происхождения несколько отличается по эффективности ( влиянию на метаболизм углеводов ) от человеческого инсулина из-за этих различий. Свиной инсулин особенно близок к человеческой версии и широко использовался для лечения диабета 1 типа до того, как человеческий инсулин можно было вырабатывать в больших количествах с помощью рекомбинантной ДНК.технологии. ^{[12] [13] [14] [15]}

Инсулин был первым открытым пептидным гормоном. ^[16] Фредерик Бантинг и Чарльз Герберт Бест , работающие в лаборатории JJR Macleod в Университете Торонто , первыми выделили инсулин из поджелудочной железы собак в 1921 году. Фредерик Сэнджер секвенировал аминокислотную структуру в 1951 году, что сделало инсулин первым. белок, который необходимо полностью секвенировать. ^[17] кристаллическая структура инсулина в твердом состоянии была определена Дороти Ходжкина в 1969 г. Инсулин также первый белок быть химически синтезированы и производства рекомбинантной ДНК - технологии . ^[18]Он включен в Примерный перечень основных лекарственных средств ВОЗ , наиболее важных лекарств, необходимых в базовой системе здравоохранения . ^[19]

Эволюция и распространение видов [ править ]

Возможно, инсулин появился более миллиарда лет назад. ^[20] Молекулярное происхождение инсулина восходит, по крайней мере, к самым простым одноклеточным эукариотам . ^[21] Помимо животных, инсулиноподобные белки также известны в царствах грибов и протистов. ^[20]

Инсулин вырабатывается бета - клетками этих панкреатических островков у большинства позвоночных животных и в организме Брокман в некоторых костистых рыб . ^[22] Конусные улитки Conus geographus и Conus tulipa , ядовитые морские улитки, которые охотятся на мелкую рыбу, используют модифицированные формы инсулина в своих коктейлях с ядом. Токсин инсулина, более близкий по структуре к инсулину рыб, чем к природному инсулину улиток, замедляет добычу рыб, снижая их уровень глюкозы в крови. ^{[23] [24]}

Джин [ править ]

Препроинсулин предшественник инсулина кодируется INS гена , который расположен на хромосоме 11p15.5. ^{[25] [26]} У некоторых млекопитающих, таких как крысы и мыши, есть два гена инсулина, один из которых является гомологом большинства генов млекопитающих ( Ins2 ), а другой является ретропозированной копией, которая включает промоторную последовательность, но в котором отсутствует интрон ( Ins1 ). Оба гена инсулина грызунов функциональны. ^{[27] [28]}

Аллели [ править ]

Было идентифицировано множество мутантных аллелей с изменениями в кодирующей области. Для чтения с помощью гена , СИН-IGF2, перекрывается с этим геномом в области , и с геномом IGF2 в 3' - 5' регионе. ^[25]

Регламент [ править ]

В панкреатических бета - клеток , глюкоза является первичным физиологическим стимулом для регуляции синтеза инсулина. Инсулин в основном регулируется факторами транскрипции PDX1 , NeuroD1 и MafA . ^{[29] [30] [31] [32]}

Во время низкого состояния глюкозы, Pdx1 (поджелудочной железы и двенадцатиперстной гомеобоксный белок 1) находится в ядерной периферии в результате взаимодействия с HDAC1 и 2 , ^[33] , которое приводит к подавлению секреции инсулина. ^[34] Увеличение крови глюкозы уровней вызывает фосфорилирование из Pdx1 , что приводит его пройти ядерную транслокацию и связать элемент A3 в пределах промотора инсулина. ^[35] При транслокации он взаимодействует с коактиваторами HAT p300 и SETD7 . PDX1 влияет на гистонмодификации посредством ацетилирования и деацетилирования, а также метилирования . Также говорят, что он подавляет глюкагон . ^[36]

NeuroD1 , также известный как β2, регулирует экзоцитоз инсулина в β-клетках поджелудочной железы , непосредственно индуцируя экспрессию генов, участвующих в экзоцитозе. ^[37] Она локализована в цитозоле , но в ответ на высокую глюкозу она становится гликозилированным по ЕТЕ и / или фосфорилируется с помощью ERK , что приводит к транслокации в ядро. В ядре β2 гетеродимеризуется с E47 , связывается с элементом E1 промотора инсулина и привлекает коактиватор p300.который ацетилирует β2. Он способен взаимодействовать с другими факторами транскрипции, а также при активации гена инсулина. ^[37]

MafA разлагается протеасомами при низком уровне глюкозы в крови. Повышенный уровень глюкозы вызывает гликозилирование неизвестного белка . Этот белок неизвестным образом работает как фактор транскрипции для MafA, и MafA транспортируется из клетки. Затем MafA перемещается обратно в ядро, где связывается с элементом C1 промотора инсулина. ^{[38] [39]}

Эти факторы транскрипции работают синергетически и в сложной структуре. Повышенный уровень глюкозы в крови может через некоторое время разрушить связывающую способность этих белков и, следовательно, снизить количество секретируемого инсулина, вызывая диабет . Снижение связывающей активности может быть опосредовано окислительным стрессом, вызванным глюкозой , и считается, что антиоксиданты предотвращают снижение секреции инсулина в глюкотоксических β-клетках поджелудочной железы . Стресс-сигнальные молекулы и активные формы кислорода подавляют ген инсулина, вмешиваясь в кофакторы, связывающие факторы транскрипции и сами факторы транскрипции. ^[40]

Несколько регуляторных последовательностей в промоторной области гена инсулина человека связываются с факторами транскрипции . Как правило, A-блоки связываются с факторами Pdx1 , E-блоки связываются с NeuroD , C-блоки связываются с MafA , а элементы ответа цАМФ - с CREB . Есть также сайленсеры , подавляющие транскрипцию.

Структура [ править ]

Вопреки первоначальному мнению, что гормоны, как правило, представляют собой небольшие химические молекулы, как первый пептидный гормон, известный о его структуре, инсулин оказался довольно большим. ^[16] Один белок (мономер) человеческого инсулина состоит из 51 аминокислоты и имеет молекулярную массу 5808 Да . Молекулярная формула человеческого инсулина представляет собой С ₂₅₇ Н ₃₈₃ Н ₆₅ O ₇₇ S ₆ . ^[43] Это комбинация двух пептидных цепей ( димеров ), называемых А-цепь и В-цепь, которые связаны между собой двумя дисульфидными связями.. A-цепь состоит из 21 аминокислоты, а B-цепь состоит из 30 остатков. Связывающие (межцепочечные) дисульфидные связи образуются у остатков цистеина между положениями A7-B7 и A20-B19. Между остатками цистеина в положениях A6 и A11 существует дополнительная (внутрицепочечная) дисульфидная связь внутри A-цепи. A-цепь имеет две -спиральные области A1-A8 и A12-A19, которые антипараллельны; в то время как цепь B имеет центральную α-спираль (покрывающую остатки B9-B19), фланкированную дисульфидной связью с обеих сторон, и два β-листа (покрывающие B7-B10 и B20-B23). ^{[16] [44]}

Аминокислотная последовательность инсулина строго консервативна и незначительно различается между видами. Бычий инсулин отличается от человеческого всего тремя аминокислотными остатками, а свиной инсулин - одним. Даже инсулин некоторых видов рыб достаточно похож на человеческий, чтобы быть клинически эффективным для человека. Инсулин у некоторых беспозвоночных очень похож по последовательности на человеческий инсулин и имеет сходные физиологические эффекты. Сильная гомология, наблюдаемая в последовательности инсулина у различных видов, предполагает, что он сохранялся на протяжении большей части истории эволюции животных. С-пептид проинсулина , однако, значительно различается между видами; это тоже гормон, но вторичный. ^[44]

Инсулин вырабатывается и хранится в организме в виде гексамера (единицы из шести молекул инсулина), в то время как активной формой является мономер. Размер гексамера составляет около 36000 Да. Шесть молекул соединены вместе как три димерных единицы, образуя симметричную молекулу. Важной особенностью является наличие атомов цинка (Zn ²⁺ ) на оси симметрии, которые окружены тремя молекулами воды и тремя остатками гистамина в положении B10. ^{[16] [44]}

Гексамер представляет собой неактивную форму с долговременной стабильностью, которая служит средством защиты высокореактивного инсулина, но при этом легкодоступна. Превращение гексамера в мономер является одним из центральных аспектов препаратов инсулина для инъекций. Гексамер намного более стабилен, чем мономер, что желательно по практическим соображениям; однако мономер - это лекарство с гораздо более быстрой реакцией, поскольку скорость диффузии обратно пропорциональна размеру частиц. Быстро реагирующий препарат означает, что инъекции инсулина не должны предшествовать приемам пищи на несколько часов, что, в свою очередь, дает людям с диабетом большую гибкость в их ежедневном графике. ^[45] Инсулин может агрегировать и образовывать фибриллярные встречно - гребенчатые бета-листы . Это может вызвать инъекционный амилоидоз., и предотвращает хранение инсулина в течение длительного времени. ^[46]

Синтез, физиологические эффекты и деградация [ править ]

Синтез [ править ]

Инсулин вырабатывается поджелудочной железой и телом Брокмана (у некоторых рыб) и высвобождается при обнаружении любого из нескольких раздражителей. Эти стимулы включают повышение плазменных концентраций аминокислот и глюкозы в результате переваривания пищи. ^[47] Углеводы могут быть полимерами простых сахаров или самих простых сахаров. Если углеводы включают глюкозу, то эта глюкоза будет всасываться в кровоток, и уровень глюкозы в крови начнет повышаться. В клетках-мишенях инсулин инициирует передачу сигнала , что приводит к увеличению поглощения и хранения глюкозы . Наконец, инсулин разлагается, прекращая ответ.

У млекопитающих инсулин синтезируется в бета-клетках поджелудочной железы. От одного до трех миллионов островков поджелудочной железы образуют эндокринную часть поджелудочной железы, которая в первую очередь является экзокринной железой . Эндокринная часть составляет всего 2% от общей массы поджелудочной железы. Внутри островков поджелудочной железы бета-клетки составляют 65–80% всех клеток. ^{[ необходима цитата ]}

Инсулин состоит из двух полипептидных цепей, А- и В-цепей, связанных между собой дисульфидными связями. Однако сначала он синтезируется в бета-клетках в виде единственного полипептида, называемого препроинсулином . Препроинсулин содержит сигнальный пептид с 24 остатками, который направляет растущую полипептидную цепь к грубому эндоплазматическому ретикулуму (RER). Сигнальный пептид расщепляется, когда полипептид перемещается в просвет RER, образуя проинсулин . ^[48]В RER проинсулин сворачивается в правильную конформацию и образуются 3 дисульфидные связи. Примерно через 5–10 минут после сборки в эндоплазматическом ретикулуме проинсулин транспортируется в сеть транс-Гольджи (TGN), где формируются незрелые гранулы. Транспорт до ТГН может занять около 30 минут. ^{[ необходима цитата ]}

Проинсулина подвергают созревание в активный инсулин благодаря действию клеточных эндопептидаз , известных как прогормон конвертазы ( ПК1 и ПК2 ), а также exoprotease карбоксипептидазы E . ^[49] Эндопептидазы расщепляются в 2 положениях, высвобождая фрагмент, называемый C-пептидом , и оставляя 2 пептидные цепи, B- и A-цепи, связанные 2 дисульфидными связями. Каждый сайт расщепления расположен после пары основных остатков (лизин-64 и аргинин-65 и аргинин-31 и -32). После отщепления С-пептида эти 2 пары основных остатков удаляются карбоксипептидазой. ^[50] С-пептидявляется центральной частью проинсулина, и первичная последовательность проинсулина идет в порядке «BCA» (цепи B и A были идентифицированы на основе массы, а C-пептид был обнаружен позже). ^{[ необходима цитата ]}

Полученный зрелый инсулин упаковывается внутри зрелых гранул в ожидании метаболических сигналов (таких как лейцин, аргинин, глюкоза и манноза) и стимуляции блуждающего нерва для экзоцитоза из клетки в кровоток. ^[51]

Эндогенное производство инсулина регулируется в несколько этапов пути синтеза:

• При транскрипции с гена инсулина
• В стабильности мРНК
• При трансляции мРНК
• В посттрансляционных модификациях

Было показано, что инсулин и родственные ему белки вырабатываются в головном мозге, а снижение уровня этих белков связано с болезнью Альцгеймера. ^{[52] [53] [54]}

Высвобождение инсулина стимулируется также стимуляцией рецептора бета-2 и ингибируется стимуляцией рецептора альфа-1. Кроме того, кортизол, глюкагон и гормон роста противодействуют действию инсулина во время стресса. Инсулин также подавляет высвобождение жирных кислот гормоночувствительной липазой в жировой ткани. ^[8]

Выпуск [ править ]

Бета - клетки в островках Лангерганса высвобождения инсулина в два этапа. Высвобождение первой фазы быстро запускается в ответ на повышение уровня глюкозы в крови и длится около 10 минут. Вторая фаза - это продолжительное, медленное высвобождение новообразованных пузырьков, запускаемое независимо от сахара и достигающее пика через 2–3 часа. Снижение высвобождения инсулина в первой фазе может быть самым ранним обнаруживаемым дефектом бета-клеток, предсказывающим начало диабета 2 типа . ^[55] Высвобождение первой фазы и чувствительность к инсулину являются независимыми предикторами диабета. ^[56]

Описание релиза первой фазы следующее:

• Глюкоза поступает в β-клетки через переносчики глюкозы , GLUT2 . Эти переносчики глюкозы имеют относительно низкое сродство к глюкозе, гарантируя, что скорость поступления глюкозы в β-клетки пропорциональна внеклеточной концентрации глюкозы (в пределах физиологического диапазона). При низком уровне сахара в крови в β-клетки поступает очень мало глюкозы; при высоких концентрациях глюкозы в крови в эти клетки попадает большое количество глюкозы. ^[57]
• Глюкоза, которая попадает в β-клетку, фосфорилируется до глюкозо-6-фосфата (G-6-P) глюкокиназой ( гексокиназой IV ), которая не ингибируется G-6-P так, как гексокиназы в других тканях (гексокиназа I - III) подвержены влиянию этого продукта. Это означает, что внутриклеточная концентрация G-6-P остается пропорциональной концентрации сахара в крови. ^{[10] [57]}
• Глюкозо-6-фосфат вступает в гликолитический путь, а затем, через реакцию пируватдегидрогеназы , в цикл Кребса , где множественные высокоэнергетические молекулы АТФ производятся путем окисления ацетил-КоА (субстрат цикла Кребса), что приводит к увеличению соотношение АТФ: АДФ в клетке. ^[58]
• Повышенное внутриклеточное соотношение АТФ: АДФ закрывает АТФ-чувствительный калиевый канал SUR1 / Kir6.2 (см. Рецептор сульфонилмочевины ). Это предотвращает выход ионов калия (K ⁺ ) из клетки за счет облегченной диффузии, что приводит к накоплению внутриклеточных ионов калия. В результате внутренняя часть клетки становится менее отрицательной по отношению к внешней, что приводит к деполяризации поверхностной мембраны клетки.
• После деполяризации открываются потенциалзависимые каналы ионов кальция (Ca 2+ ) , позволяя ионам кальция перемещаться в клетку за счет облегченной диффузии.
• Концентрация ионов кальция в цитозоле может также увеличиваться за счет высвобождения кальция из внутриклеточных запасов посредством активации рецепторов рианодина. ^[59]
• Концентрация ионов кальция в цитозоле бета-клеток также или дополнительно может быть увеличена за счет активации фосфолипазы C в результате связывания внеклеточного лиганда (гормона или нейротрансмиттера) с мембранным рецептором, связанным с G-белком . Фосфолипаза C расщепляет фосфолипид мембраны, фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат , на инозитол-1,4,5-трифосфат и диацилглицерин . Затем инозитол-1,4,5-трифосфат (IP3) связывается с рецепторными белками плазматической мембраны эндоплазматического ретикулума (ER). Это позволяет высвобождать Ca ^2+.ионы из ER через IP3-закрытые каналы, что повышает цитозольную концентрацию ионов кальция независимо от эффектов высокой концентрации глюкозы в крови. Парасимпатическая стимуляция островков поджелудочной железы действует через этот путь, увеличивая секрецию инсулина в кровь. ^[60]
• Значительно увеличенное количество ионов кальция в цитоплазме клеток вызывает выброс в кровь ранее синтезированного инсулина, который хранится во внутриклеточных секреторных везикулах .

Это основной механизм высвобождения инсулина. Другие вещества, которые, как известно, стимулируют высвобождение инсулина, включают аминокислоты аргинин и лейцин, парасимпатическое высвобождение ацетилхолина (действующее через путь фосфолипазы C), сульфонилмочевину , холецистокинин (CCK, также через фосфолипазу C) ^[61] и инкретины желудочно-кишечного происхождения , такие как глюкагоноподобный пептид-1 (GLP-1) и глюкозозависимый инсулинотропный пептид (GIP).

Высвобождение инсулина сильно подавляется норадреналином (норадреналином), что приводит к повышению уровня глюкозы в крови во время стресса. Представляется , что высвобождение катехоламинов со стороны симпатической нервной системы имеет противоречивые влияния на высвобождение инсулина бета - клетками, поскольку выделение инсулина ингибируется & alpha ; ₂ - адренергических рецепторов ^[62] и стимулируется & beta ; ₂ - адренергических рецепторов. ^[63] Чистым эффектом норадреналина от симпатических нервов и адреналина от надпочечников на высвобождение инсулина является ингибирование из-за преобладания α-адренорецепторов. ^[64]

Когда уровень глюкозы снижается до обычного физиологического значения, высвобождение инсулина из β-клеток замедляется или прекращается. Если уровень глюкозы в крови падает ниже этого, особенно до опасно низкого уровня, высвобождение гипергликемических гормонов (в первую очередь глюкагона из островка альфа-клеток Лангерганса) вызывает высвобождение глюкозы в кровь из запасов гликогена в печени, что дополняется глюконеогенезом, если гликоген магазины истощаются. Повышая уровень глюкозы в крови, гипергликемические гормоны предотвращают или корректируют опасную для жизни гипогликемию.

Доказательства нарушения высвобождения инсулина в первой фазе можно увидеть в тесте на толерантность к глюкозе , что демонстрирует существенно повышенный уровень глюкозы в крови через 30 минут после приема глюкозы (75 или 100 г глюкозы) с последующим медленным падением. следующие 100 минут, чтобы оставаться выше 120 мг / 100 мл через два часа после начала теста. У нормального человека уровень глюкозы в крови корректируется (и может быть даже немного сверхкорректирован) к концу теста. Пик инсулина - это «первая реакция» на повышение уровня глюкозы в крови, эта реакция индивидуальна и зависит от дозы, хотя ранее всегда предполагалось, что она зависит только от типа пищи.

Колебания [ править ]

Даже во время пищеварения, в общем, один или два часа после приема пищи, выделение инсулина из поджелудочной железы не является непрерывным, но осциллирует с периодом 3-6 минут, переход от генерации концентрации инсулина в крови более чем примерно 800 р моль / л до менее 100 пмоль / л (у крыс). ^[65] Это , как полагают , чтобы избежать понижающей от рецепторов инсулина в клетках - мишенях, и помочь печени в извлечении инсулина из крови. ^[65] Это колебание важно учитывать при приеме инсулино-стимулирующих препаратов, поскольку в идеале должна достигаться колеблющаяся концентрация высвобождения инсулина в крови, а не постоянная высокая концентрация.^[65] Это может быть достигнуто путем ритмичной доставки инсулина в воротную вену , путем активации светом доставки или трансплантации островковых клеток в печень. ^{[65] [66] [67]}

Уровень инсулина в крови [ править ]

Уровень инсулина в крови может быть измерен в международных единицах , таких как мкМЕ / мл, или в молярной концентрации , например пмоль / л, где 1 мкМЕ / мл равняется 6,945 пмоль / л. ^[68] Типичный уровень в крови между приемами пищи составляет 8–11 мкМЕ / мл (57–79 пмоль / л). ^[69]

Преобразование сигнала [ править ]

Действие инсулина инициируется его связыванием с рецептором, рецептором инсулина (IR) , присутствующим в клеточной мембране. Молекула рецептора содержит субъединицы α и β. Две молекулы соединяются, образуя так называемый гомодимер. Инсулин связывается с α-субъединицами гомодимера, который обращен к внеклеточной стороне клеток. Субъединицы β обладают ферментативной активностью тирозинкиназы, которая запускается связыванием инсулина. Эта активность провоцирует аутофосфорилирование субъединиц β и, следовательно, фосфорилирование белков внутри клетки, известных как субстраты рецептора инсулина (IRS). Фосфорилирование IRS активирует каскад передачи сигнала, который приводит к активации других киназ, а также факторов транскрипции, которые опосредуют внутриклеточные эффекты инсулина.^[70]

Каскад, который приводит к встраиванию переносчиков глюкозы GLUT4 в клеточные мембраны мышечных и жировых клеток и к синтезу гликогена в печени и мышечной ткани, а также к превращению глюкозы в триглицериды в печени, жировой ткани и лактирующих молочных железах. ткань железы действует через активацию IRS-1 фосфоинозитол 3 киназы ( PI3K ). Этот фермент превращает фосфолипид в клеточной мембране под названием фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат (PIP2) в фосфатидилинозитол-3,4,5-трифосфат (PIP3), который, в свою очередь, активирует протеинкиназу B (PKB). Активированный PKB способствует слиянию эндосом, содержащих GLUT4.с клеточной мембраной, что приводит к увеличению переносчиков GLUT4 в плазматической мембране. ^[71] PKB также фосфорилирует киназу гликогенсинтазы (GSK), тем самым инактивируя этот фермент. ^[72] Это означает, что его субстрат, гликогенсинтаза (GS), не может быть фосфорилирован и остается дефосфорилированным и, следовательно, активным. Активный фермент, гликогенсинтаза (GS), катализирует лимитирующую стадию синтеза гликогена из глюкозы. Подобные дефосфорилирования влияют на ферменты, контролирующие скорость гликолиза, что приводит к синтезу жиров через малонил-КоА в тканях, которые могут генерировать триглицериды., а также ферменты, контролирующие скорость глюконеогенеза в печени. Общий эффект этих конечных дефосфорилирования ферментов заключается в том, что в тканях, которые могут осуществлять эти реакции, стимулируется синтез гликогена и жира из глюкозы, а производство глюкозы печенью посредством гликогенолиза и глюконеогенеза подавляется. ^[73] Также подавляется распад триглицеридов жировой тканью на свободные жирные кислоты и глицерин . ^[73]

После того, как внутриклеточный сигнал, возникший в результате связывания инсулина с его рецептором, был произведен, необходимо прекращение передачи сигналов. Как указано ниже в разделе о деградации, эндоцитоз и деградация рецептора, связанного с инсулином, является основным механизмом прекращения передачи сигналов. ^[51] Кроме того, сигнальный путь также завершается дефосфорилированием тирозиновых остатков в различных сигнальных путях тирозинфосфатазами. Известно также, что серин / треонинкиназы снижают активность инсулина.

Структура комплекса инсулин-инсулиновый рецептор определена с помощью методов рентгеновской кристаллографии . ^[74]

Физиологические эффекты [ править ]

Действия инсулина на глобальном уровне метаболизма человека включают:

• Увеличение клеточного потребления определенных веществ, в первую очередь глюкозы в мышечной и жировой ткани (около двух третей клеток организма) ^[75]
• Увеличение репликации ДНК и синтеза белка за счет контроля поглощения аминокислот.
• Модификация активности многих ферментов .

Воздействие инсулина (косвенное и прямое) на клетки включает:

• Стимулирует усвоение глюкозы - инсулин снижает концентрацию глюкозы в крови, индуцируя потребление глюкозы клетками. Это возможно, потому что инсулин вызывает введение переносчика GLUT4 в клеточные мембраны мышечной и жировой ткани, что позволяет глюкозе проникать в клетку. ^[70]
• Повышенный синтез жира - инсулин заставляет жировые клетки поглощать глюкозу в крови, которая превращается в триглицериды ; снижение инсулина вызывает обратное. ^[75]
• Повышенная этерификация жирных кислот - заставляет жировую ткань производить нейтральные жиры (например, триглицериды ) из жирных кислот; снижение инсулина вызывает обратное. ^[75]
• Снижение липолиза - вызывает снижение превращения запасов липидов жировых клеток в жирные кислоты и глицерин крови; снижение инсулина вызывает обратное. ^[75]
• Стимулирование синтеза гликогена. Когда уровень глюкозы высок, инсулин вызывает образование гликогена за счет активации фермента гексокиназы, который добавляет фосфатную группу в глюкозу, в результате чего молекула не может выйти из клетки. В то же время инсулин подавляет фермент глюкозо-6-фосфатазу, который удаляет фосфатную группу. Эти два фермента являются ключевыми для образования гликогена. Кроме того, инсулин активирует ферменты фосфофруктокиназу и гликогенсинтазу, которые отвечают за синтез гликогена. ^[76]
• Снижение глюконеогенеза и гликогенолиза - снижает выработку глюкозы из неуглеводных субстратов, прежде всего в печени (подавляющее большинство эндогенного инсулина, поступающего в печень, никогда не покидает печень); снижение инсулина вызывает производство глюкозы печенью из различных субстратов. ^[75]
• Снижение протеолиза - уменьшение расщепления белка ^[75]
• Снижение аутофагии - снижение уровня деградации поврежденных органелл. Постпрандиальные уровни полностью подавляют аутофагию. ^[77]
• Повышенное поглощение аминокислот - заставляет клетки поглощать циркулирующие аминокислоты; снижение инсулина тормозит всасывание. ^[75]
• Тонус артериальных мышц - заставляет мышцы стенки артерии расслабляться, увеличивая кровоток, особенно в микрокартериях; уменьшение инсулина снижает поток, позволяя этим мышцам сокращаться. ^[78]
• Повышение секреции соляной кислоты париетальными клетками желудка. ^{[ необходима цитата ]}
• Повышенное поглощение калия - заставляет клетки, синтезирующие гликоген (очень губчатое, «влажное» вещество, которое увеличивает содержание внутриклеточной воды и сопутствующих ей ионов K + ) ^[79], поглощать калий из внеклеточных жидкостей; недостаток инсулина тормозит всасывание. Увеличение клеточного поглощения калия инсулином снижает уровень калия в плазме крови. Возможно, это происходит за счет инсулино-индуцированной транслокации Na + / K + -АТФазы на поверхность клеток скелетных мышц. ^{[80] [81]}
• Снижение почечной экскреции натрия. ^[82]

Инсулин также влияет на другие функции организма, такие как эластичность сосудов и когнитивные функции . Когда инсулин попадает в мозг человека, он улучшает обучение и память и, в частности, улучшает вербальную память. ^[83] Усиление передачи сигналов инсулина в мозг посредством интраназального введения инсулина также усиливает острую терморегуляторную и глюкорегуляторную реакцию на прием пищи, предполагая, что инсулин центральной нервной системы способствует координации широкого спектра гомеостатических или регуляторных процессов в организме человека. ^[84] Инсулин также имеет стимулирующее действие на гонадотропин-рилизинг-гормона из гипоталамуса , что благоприятствует фертильность. ^[85]

Деградация [ править ]

После того, как молекула инсулина закрепилась на рецепторе и осуществила свое действие, она может быть выпущена обратно во внеклеточную среду или может быть разложена клеткой. Двумя основными участками клиренса инсулина являются печень и почки. Печень выводит большую часть инсулина при первом прохождении, тогда как почки выводят большую часть инсулина из большого круга кровообращения. Распад обычно включает эндоцитоз комплекса инсулин-рецептор, за которым следует действие фермента, расщепляющего инсулин . По оценкам, молекула инсулина, эндогенно продуцируемая бета-клетками, разлагается в течение примерно одного часа после ее первоначального выброса в кровоток ( период полувыведения инсулина ~ 4-6 минут). ^{[86] [87]}

Регулятор метаболизма эндоканнабиноидов [ править ]

Инсулин является основным регулятором метаболизма эндоканнабиноидов (ЭК), и было показано, что лечение инсулином снижает внутриклеточные ЭК, 2-арахидонилглицерин (2-AG) и анандамид (AEA), которые соответствуют чувствительным к инсулину изменениям экспрессии ферментов метаболизма ЭК. . В инсулинорезистентных адипоцитах паттерны индуцированной инсулином экспрессии ферментов нарушаются таким образом, чтобы соответствовать повышенному синтезу ЭК и снижению деградации ЭК. Полученные данные свидетельствуют о том, что инсулинорезистентные адипоциты не могут регулировать метаболизм ЭК и снижать внутриклеточные уровни ЭК в ответ на стимуляцию инсулином, что приводит к ожирению.инсулинорезистентные люди демонстрируют повышенные концентрации ЭК. ^{[88] [89]} Это нарушение регуляции способствует чрезмерному накоплению висцерального жира и снижению высвобождения адипонектина из абдоминальной жировой ткани, а также возникновению нескольких кардиометаболических факторов риска, связанных с ожирением и диабетом 2 типа . ^[90]

Гипогликемия [ править ]

Гипогликемия , также известная как «низкий уровень сахара в крови», - это когда уровень сахара в крови снижается до уровня ниже нормы. ^[91] Это может привести к множеству симптомов, включая неуклюжесть, затруднения при разговоре, спутанность сознания, потерю сознания , судороги или смерть. ^[91] Также могут присутствовать чувство голода, потоотделения, дрожь и слабость. ^[91] Обычно симптомы проявляются быстро. ^[91]

Наиболее частой причиной гипогликемии являются препараты, используемые для лечения сахарного диабета, такие как инсулин и препараты сульфонилмочевины . ^{[92] [93]} Риск выше у диабетиков, которые ели меньше, чем обычно, занимались физическими упражнениями больше, чем обычно, или употребляли алкоголь . ^[91] Другие причины гипогликемии включают почечную недостаточность , определенные опухоли , такие как инсулинома , заболевание печени , гипотиреоз , голодание , врожденные нарушения обмена веществ , тяжелые инфекции , реактивная гипогликемия.и ряд наркотиков, включая алкоголь. ^{[91] [93]} Низкий уровень сахара в крови может наблюдаться у здоровых детей, которые не ели в течение нескольких часов. ^[94]

Заболевания и синдромы [ править ]

Есть несколько состояний, при которых нарушение инсулина является патологическим:

• Сахарный диабет - общий термин, обозначающий все состояния, характеризующиеся гипергликемией. Он может быть следующих видов: ^[95]
  • Тип 1 - аутоиммунно-опосредованное разрушение инсулин-продуцирующих β-клеток в поджелудочной железе, что приводит к абсолютной недостаточности инсулина.
  • Тип 2 - либо недостаточное производство инсулина β-клетками, либо инсулинорезистентность, либо и то, и другое по причинам, до конца не выясненным.
    • существует связь с диетой , малоподвижным образом жизни, ожирением , возрастом и метаболическим синдромом . Причинная связь была продемонстрирована на множестве модельных организмов, включая мышей и обезьян; Важно отметить, что люди, не страдающие ожирением, действительно заболевают диабетом 2 типа из-за диеты, малоподвижного образа жизни и неизвестных факторов риска.
    • вполне вероятно, что существует генетическая предрасположенность к развитию диабета 2 типа при определенных условиях окружающей среды.
  • Другие типы нарушения толерантности к глюкозе (см. Диабет )
• Инсулинома - опухоль бета-клеток, продуцирующая избыток инсулина или реактивная гипогликемия . ^[96]
• Метаболический синдром - это плохо понимается первое условие называется синдром Х по Gerald Reaven . Неясно, имеет ли синдром единственную излечимую причину или является результатом изменений организма, ведущих к диабету 2 типа. Он характеризуется повышенным артериальным давлением, дислипидемией (нарушения форм холестерина в крови и других липидов крови) и увеличением окружности талии (по крайней мере, у населения в большинстве развитых стран). Основной первопричиной может быть инсулинорезистентность, которая предшествует диабету 2 типа, то есть сниженная способность к инсулиновому ответу в некоторых тканях (например, мышцах, жирах). Это обычное явление для таких заболеваний, как гипертония , ожирение , диабет 2 типа исердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) для развития. ^[97]
• Синдром поликистозных яичников - сложный синдром у женщин репродуктивного возраста, при котором ановуляция и избыток андрогенов обычно проявляются как гирсутизм . Во многих случаях СПКЯ присутствует инсулинорезистентность. ^[98]

Медицинское использование [ править ]

Биосинтетический человеческий инсулин (инсулин человеческая рДНК, МНН) для клинического использования производится по технологии рекомбинантной ДНК . ^[12] Биосинтетический человеческий инсулин имеет повышенную чистоту по сравнению с экстрактивным инсулином животного происхождения, повышенная чистота снижает образование антител. Исследователям удалось внедрить ген человеческого инсулина в растения в качестве еще одного метода производства инсулина («биофарминг») из сафлора . ^[99] Ожидается, что этот метод снизит производственные затраты.

Доступно несколько аналогов человеческого инсулина. Эти аналоги инсулина тесно связаны со структурой человеческого инсулина и были разработаны для конкретных аспектов гликемического контроля с точки зрения быстрого действия (прандиальные инсулины) и длительного действия (базальные инсулины). ^[100] Первый биосинтетический аналог инсулина был разработан для клинического использования во время еды (прандиальный инсулин), Хумалог (инсулин лизпро) ^[101], он быстрее всасывается после подкожной инъекции, чем обычный инсулин, с эффектом через 15 минут после инъекции. Другими аналогами быстрого действия являются НовоРапид и Апидра с аналогичными профилями. ^[102]Все они быстро всасываются за счет аминокислотных последовательностей, которые уменьшают образование димеров и гексамеров (мономерные инсулины всасываются быстрее). Для инсулинов быстрого действия не требуется интервал от инъекции до еды, ранее рекомендованный для человеческого инсулина и инсулина животного происхождения. Другой тип - инсулин длительного действия; Первым из них был Лантус (инсулин гларгин). Они имеют устойчивый эффект в течение длительного периода от 18 до 24 часов. Аналогичным образом, другой аналог инсулина пролонгированного действия ( Левемир ) основан на подходе ацилирования жирных кислот. Миристиновой кислотыК этому аналогу присоединена молекула, которая связывает молекулу инсулина с обильным сывороточным альбумином, что, в свою очередь, увеличивает эффект и снижает риск гипогликемии. Оба аналога пролонгированного действия необходимо принимать только один раз в день и используются у больных сахарным диабетом 1 типа в качестве базального инсулина. Также доступна комбинация инсулина быстрого действия и пролонгированного действия, что делает более вероятным достижение пациентами профиля инсулина, имитирующего собственное высвобождение инсулина организмом. ^{[103] [104]}

Инсулин обычно вводят в виде подкожных инъекций с помощью одноразовых шприцев с иглами , через инсулиновую помпу или с помощью инсулиновых шприцов многократного использования с одноразовыми иглами. Ингаляционный инсулин теперь также доступен на рынке США.

В отличие от многих лекарств, инсулин нельзя принимать внутрь, потому что, как и почти все другие белки, попадающие в желудочно-кишечный тракт , он распадается на фрагменты, вследствие чего вся активность теряется. Было проведено несколько исследований способов защиты инсулина от пищеварительного тракта, чтобы его можно было вводить перорально или сублингвально. ^{[105] [106]}

История обучения [ править ]

Открытие [ править ]

В 1869 году, изучая структуру поджелудочной железы под микроскопом , Пауль Лангерганс , студент-медик из Берлина , обнаружил несколько ранее незамеченных скоплений ткани, разбросанных по всей массе поджелудочной железы. ^[107] Функция «маленьких кучек клеток», впоследствии известный как в островках Лангерганса , первоначально оставался неизвестным, но Эдуар Лагесс позже предложил , чтобы они могли производить выделениями , которые играют регуляторную роль в пищеварении. ^[108] Сын Пола Лангерганса, Арчибальд, также помог понять эту регулирующую роль.

В 1889 году врач Оскар Минковский в сотрудничестве с Джозефом фон Мерингом удалил поджелудочную железу у здоровой собаки, чтобы проверить ее предполагаемую роль в пищеварении. При анализе мочи они обнаружили сахар, впервые установив связь между поджелудочной железой и диабетом. В 1901 году американский врач и ученый Юджин Линдси Опи сделал еще один важный шаг, выделив роль поджелудочной железы островкам Лангерганса: «Сахарный диабет, когда поражение поджелудочной железы вызвано разрушением поджелудочной железы. острова Лангерганса и возникает только тогда, когда эти тела частично или полностью разрушены ". ^{[109] [110] [111]}

В течение следующих двух десятилетий исследователи предприняли несколько попыток выделить секреты островков. В 1906 году Джордж Людвиг Зельцер добился частичного успеха в лечении собак экстрактом поджелудочной железы, но не смог продолжить свою работу. Между 1911 и 1912 лет, Е. Л. Скотт в Университете Чикаго попытался водные панкреатические экстракты и отметил , что «небольшое уменьшение глюкозурии», но не смогли убедить его директор стоимости его произведения; он был закрыт. Исраэль Кляйнер продемонстрировал аналогичные эффекты в Рокфеллеровском университете в 1915 году, но Первая мировая война прервала его работу, и он не вернулся к ней. ^[112]

В 1916 году Николае Паулеску разработал водный экстракт поджелудочной железы, который при введении собаке, страдающей диабетом , оказывал нормализующее действие на уровень сахара в крови. Ему пришлось прервать свои эксперименты из-за Первой мировой войны , и в 1921 году он написал четыре статьи о своей работе, выполненной в Бухаресте, и своих испытаниях на собаке с диабетом. Позже в том же году он опубликовал «Исследование роли поджелудочной железы в усвоении пищи». ^{[113] [114]}

Название «инсулин» было придумано Эдвардом Альбертом Шарпи-Шафер в 1916 году для гипотетической молекулы, продуцируемой панкреатическими островками Лангерганса (латинское insula для островка или островка), которая контролирует метаболизм глюкозы. Без ведома Шарпи-Шефера Жан де Мейер ввел очень похожее слово «инсулин» в 1909 году для той же молекулы. ^{[115] [116]}

Добыча и очистка [ править ]

В октябре 1920 года канадец Фредерик Бантинг пришел к выводу, что пищеварительные секреции, которые Минковски первоначально изучал, разрушают секрецию островков, что делает невозможным успешное извлечение. Хирург по образованию, Бантинг знал, что закупорка протока поджелудочной железы приведет к атрофии большей части поджелудочной железы, а островки Лангерганса останутся нетронутыми. Он рассудил, что относительно чистый экстракт может быть получен из островков после того, как большая часть остальной части поджелудочной железы исчезнет. Он сделал себе заметку: «Перевяжите протоки поджелудочной железы собаки. Держите собак в живых до тех пор, пока ацинусы не разовьются, оставив островки. Попытайтесь изолировать их внутреннюю секрецию и облегчить глюкозурию». ^{[117] [118]}

Весной 1921 года Бантинг поехал в Торонто, чтобы объяснить свою идею Дж. Дж. Р. Маклауду , профессору физиологии Университета Торонто . Маклауд изначально был настроен скептически, поскольку у Бантинга не было опыта в исследованиях и он не был знаком с последней литературой, но он согласился предоставить Бантингу место в лаборатории для проверки его идей. Маклауд также договорился о том, чтобы два студента были лаборантами Бантинга тем летом, но Бантингу требовался только один лаборант. Чарльз Бест и Кларк Ноубл подбросили монетку; Бест выиграл жеребьевку и занял первую смену. Это оказалось неудачным для Ноубл, поскольку Бантинг оставил Бест на все лето и, в конце концов, поделился с Бестом половиной своих денег, полученных при Нобелевской премии, и кредита за открытие.^[119] 30 июля 1921 года Бантинг и Бест успешно выделили экстракт («островок») из островков собаки с перевязанным каналом и вводили его собаке с диабетом, обнаружив, что экстракт снизил уровень сахара в крови на 40% в 1. час. ^{[120] [118]}

Бантинг и Бест представили свои результаты Маклауду, когда он вернулся в Торонто осенью 1921 года, но Маклауд указал на недостатки в схеме эксперимента и предложил повторить эксперименты с большим количеством собак и более совершенным оборудованием. Он перевел Бантинга и Беста в лабораторию получше и начал выплачивать Бантингу зарплату из своих исследовательских грантов. Через несколько недель второй раунд экспериментов также увенчался успехом, и Маклауд помог опубликовать их результаты в частном порядке в Торонто в ноябре того же года. В затруднительном положении из-за трудоемкой работы по перевязке протоков собак и ожидания нескольких недель для извлечения инсулина Бантинг натолкнулся на идею извлечения инсулина из поджелудочной железы теленка, у которой еще не развились пищеварительные железы. К декабрю им также удалось извлечь инсулин из поджелудочной железы взрослой коровы.Маклауд прекратил все другие исследования в своей лаборатории, чтобы сосредоточиться на очистке инсулина. Он пригласил биохимикаДжеймс Коллип помог с этой задачей, и команда почувствовала себя готовой к клиническому испытанию в течение месяца. ^[118]

11 января 1922 года Леонарду Томпсону , 14-летнему диабетику, умирающему в больнице общего профиля Торонто , сделали первую инъекцию инсулина. ^{[121] [122] [123] [124]} Однако экстракт был настолько нечистым, что у Томпсона возникла серьезная аллергическая реакция , и дальнейшие инъекции были отменены. В течение следующих 12 дней Коллип день и ночь работал над улучшением экстракта поджелудочной железы быка. Вторая доза была введена 23 января, полностью устранив глюкозурию , типичную для диабета, без каких-либо явных побочных эффектов. Первым американским пациентом была Элизабет Хьюз , дочь госсекретаря США.Чарльз Эванс Хьюз . ^{[125] [126]} Первым пациентом, пролеченным в США, был будущий художник по дереву Джеймс Д. Хэвенс ; ^[127] Доктор Джон Ральстон Уильямс импортировал инсулин из Торонто в Рочестер, штат Нью-Йорк , для лечения Хэвенса. ^[128]

Бантинг и Бест никогда не работали с Коллипом, считая его чем-то вроде нарушителя, и вскоре после этого Коллип покинул проект. Весной 1922 года Бесту удалось улучшить свои методы до такой степени, что можно было извлекать большие количества инсулина по требованию, но препарат оставался нечистым. Фармацевтическая фирма Eli Lilly and Company предложила помощь вскоре после первых публикаций в 1921 году, и они приняли предложение Лилли в апреле. В ноябре главный химик Лилли Джордж Б. Уолден открыл изоэлектрическое осаждение и смог произвести большие количества высокоочищенного инсулина. Вскоре после этого инсулин был выставлен на продажу широкой публике.

Патент [ править ]

К концу января 1922 года напряженность между четырьмя «соавторами» инсулина нарастала, и Коллип ненадолго угрожал отдельно запатентовать свой процесс очистки. Джон Дж. Фитцджеральд , директор некоммерческого учреждения общественного здравоохранения Connaught Laboratories , выступил в роли миротворца. В результате в соглашении от 25 января 1922 г. были установлены два ключевых условия: 1) сотрудники подпишут договор, в котором соглашаются не получать патент с коммерческой фармацевтической фирмой в течение начального периода работы с Connaught; и 2) что никакие изменения в исследовательской политике не будут разрешены, если они не будут предварительно обсуждены Фитцджеральдом и четырьмя сотрудниками. ^[129]Это помогло сдержать разногласия и привязало исследование к публичному мандату Коннахта.

Первоначально Маклауд и Бантинг особенно неохотно патентовали свой процесс получения инсулина из соображений медицинской этики. Однако оставались опасения, что частное третье лицо захватит и монополизирует исследование (как намекнули Eli Lilly and Company ^[130] ), и что безопасное распространение будет трудно гарантировать без возможности контроля качества. С этой целью Эдвард Кэлвин Кендалл дал ценный совет. Он выделил тироксин в клинике Мэйо в 1914 году и запатентовал процесс по соглашению между собой, братьями Мэйо и Университетом Миннесоты , передав патент государственному университету. ^[131]12 апреля Бантинг, Бест, Коллип, Маклауд и Фитцджеральд совместно написали президенту Университета Торонто, чтобы предложить аналогичную договоренность с целью передачи патента Совету управляющих университета. ^[132] В письме подчеркивалось, что: ^[133]

Патент не будет использоваться для каких-либо иных целей, кроме как для предотвращения изъятия патента другими лицами. Когда подробности метода приготовления будут опубликованы, любой сможет подготовить отрывок, но никто не сможет обеспечить прибыльную монополию.

Назначение Совета управляющих Университета Торонто было завершено 15 января 1923 года за символическую плату в размере 1 доллар США. ^[134] В 1923 году в The World's Work это соглашение было названо «шагом вперед в медицинской этике». ^[135] В 2010-х годах он также привлек большое внимание средств массовой информации в связи с проблемой здравоохранения и доступности лекарств .

После дальнейших опасений относительно попыток Eli Lilly патентовать отдельные части производственного процесса, заместитель директора Connaught и глава отдела инсулина Роберт Дефрис разработал политику объединения патентов, которая потребовала бы от производителей беспрепятственно делиться любыми улучшениями производственного процесса без ущерба для доступности. ^[136]

Структурный анализ и синтез [ править ]

Изначально очищенный инсулин животного происхождения был единственным типом инсулина, доступным для экспериментов и диабетиков. Джон Джейкоб Абель был первым, кто произвел кристаллизованную форму в 1926 году. ^[137] Доказательства белковой природы были впервые даны Майклом Сомоги , Эдвардом А. Дойзи и Филипом А. Шаффером в 1924 году. ^[138] Это было полностью доказано, когда Ганс Йенсен и Эрл А. Эванс-младший выделили аминокислоты фенилаланин и пролин в 1935 году ^[139].

Аминокислотный состав инсулина впервые был охарактеризован в 1951 г. Frederick Sanger , ^{[17] [140]} , и первый синтетический инсулин был произведен одновременно в лабораториях Панейотис Катсойаннис на университете Pittsburgh и Helmut Зан в Аахена университета в середине -1960-е гг. ^{[141] [142] [143] [144] [145]} Синтетический кристаллический бычий инсулин был получен китайскими исследователями в 1965 году. ^[146] Полная трехмерная структура инсулина была определена рентгеновской кристаллографией у Дороти Ходжкин.лаборатория в 1969 году. ^[147]

Первый генно-инженерный синтетический «человеческий» инсулин был произведен с использованием E. coli в 1978 году Артуром Риггсом и Кейити Итакурой в Исследовательском институте Бекмана в Городе надежды в сотрудничестве с Гербертом Бойером из Genentech . ^{[13] [14]} Genentech, основанная Swanson, Boyer and Eli Lilly and Company , продолжила в 1982 году продажу первого коммерчески доступного биосинтетического человеческого инсулина под торговой маркой Humulin . ^[14] Подавляющее большинство инсулина, используемого во всем мире, представляет собой биосинтетический рекомбинантный «человеческий» инсулин или его аналоги. ^[15]Недавно группа новаторских канадских исследователей использовала другой подход, используя легко выращиваемый сафлор , для производства гораздо более дешевого инсулина. ^[148]

Рекомбинантный инсулин продуцируется либо в дрожжах (обычно Saccharomyces cerevisiae ), либо в E. coli . ^[149]В дрожжах инсулин может быть сконструирован как одноцепочечный белок с участком эндопротеазы KexII (дрожжевой гомолог PCI / PCII), который отделяет цепь А инсулина от усеченной на С-конце В-цепи инсулина. Затем химически синтезированный C-концевой хвост прививается к инсулину путем обратного протеолиза с использованием недорогой протеазы трипсина; обычно лизин на С-конце хвоста защищен химической защитной группой для предотвращения протеолиза. Простота модульного синтеза и относительная безопасность модификаций в этой области объясняют общие аналоги инсулина с С-концевыми модификациями (например, лизпро, аспарт, глулизин). Синтез Genentech и полностью химический синтез, такой как синтез Брюса Меррифилда не являются предпочтительными, потому что эффективность рекомбинации двух инсулиновых цепей низкая, в первую очередь из-за конкуренции с преципитацией B-цепи инсулина.

Нобелевские премии [ править ]

В 1923 году комитет по присуждению Нобелевской премии поручил практическое извлечение инсулина команде Университета Торонто и присудил Нобелевскую премию двум мужчинам: Фредерику Бантингу и Дж. Дж . Р. Маклеоду . ^[150] В 1923 году они были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине за открытие инсулина. Бантинг, разгневанный тем, что Бест не упоминается, ^[151] поделился с ним своим призом, а Маклауд немедленно поделился своим призом с Джеймсом Коллипом . Патент на инсулин был продан Университету Торонто за один доллар.

Две другие Нобелевские премии были присуждены за работы по инсулину. Британский молекулярный биолог Фредерик Сэнджер , определивший первичную структуру инсулина в 1955 году, был удостоен Нобелевской премии по химии 1958 года . ^[17] Розалин Сассман Ялоу получила Нобелевскую премию по медицине 1977 года за разработку радиоиммуноанализа на инсулин.

Несколько Нобелевских премий также косвенно связаны с инсулином. Джордж Майнот , со-лауреат Нобелевской премии 1934 года за разработку первого эффективного лечения злокачественной анемии , страдал сахарным диабетом . Доктор Уильям Кастл заметил, что открытие в 1921 году инсулина, прибывшего вовремя, чтобы Майнот оставался в живых, стало причиной открытия лекарства от пагубной анемии . ^[152] Дороти Ходжкин была удостоена Нобелевской премии по химии в 1964 году за развитие кристаллографии - метода, который она использовала для расшифровки полной молекулярной структуры инсулина в 1969 году. ^[147]

Противоречие [ править ]

Работа, опубликованная Бантингом, Бестом, Коллипом и Маклеодом, представляет собой препарат очищенного экстракта инсулина, пригодного для использования на людях. ^[153] Хотя Паулеску открыл принципы лечения, его солевой экстракт нельзя было использовать на людях; он не был упомянут в Нобелевской премии 1923 года. Профессор Ян Мюррей особенно активно работал над исправлением «исторической несправедливости» в отношении Николае Паулеску . Мюррей был профессором физиологии в Медицинском колледже Андерсона в Глазго , Шотландия , главой отделения метаболических заболеваний в ведущей больнице Глазго, вице-президентом Британской ассоциации диабета и одним из основателей Международной федерации диабета.. Мюррей писал:

Недостаточное признание получил Паулеску, выдающийся румынский ученый, который в то время, когда команда из Торонто начинала свои исследования, уже преуспела в извлечении антидиабетического гормона поджелудочной железы и доказала его эффективность в снижении гипергликемии у собак с диабетом. ^[154]

В частном общении профессор Арне Тизелиус , бывший глава Нобелевского института, выразил личное мнение, что Паулеску был также достоин награды в 1923 году ^[155].

См. Также [ править ]

Дополнительные изображения [ править ]

• 3D молекула инсулина

Ссылки [ править ]

Дальнейшее чтение [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме инсулина .