Insulin
Insulin (lat. insula - ostrvo) je hormon koga izlučuju Langerhansova ostrvca endokrinog pankreasa i koji reguliše nivo glikoze u krvi sisara, uključujući i čoveka. Frederik Banting i Čarls Best su ga prvi izolovali 1921/1922. g, Frederik Sanger 1955.g, dok je Doroti Hodžkin 1969.g. odredila njegovu prostornu konformaciju.
Sadržaj
Hemijska građa humanog insulina
Njegova struktura je potpuno poznata i prvi je hormon za koji je utvrđeno da je polipeptidne građe. Nagomilava se u vezikulama [Goldžijev kompleks|[Goldžijevog kompleksa]] da bi se, kada je to potrebno, iz njega izlučivao u krv.
Insulin je polipeptid koji se sastoji od 51 aminokiseline koje grade dva polipeptidna lanca:
- lanac A je izgrađen od 21 aminokiseline
- lanac B sadrži 30 aminokiselina.
Polipeptidni lanci su međusobno povezani sa dve disulfidne veze/mosta, a treća intradisulfidna veza je u polipeptidnom lancu A (vidi sliku).
Biosinteza insulina
U toku biosinteze ovog hormona razlukuju se:
1. faza u kojoj se obrazuju nizovi aminokiselina lanaca A i B koji predstavljaju preproinsulin
2. faza lanci preproinsulina se vezuju u jedan polipeptidni lanac proinsulina, sastavljenog od 84 aminokiseline, koji ima malu biološku ulogu
3. faza u kojoj se prevodi u aktivan insulin delovanjem enzima peptidaza (proteolitički enzimi) kojima se lanac proinsulina kida na dva mesta i izdvaja se polipeptidni fragment koji sadrži 33 aminokiseline.
Endokrini pankreas (gušterača)
Endokrina funkcija pankreasa ogleda se u radu endokrinih ćelija grupisanih u tzv. Langerhansova ostrvca. Ova ostrvca su razbacana po egzokrinom pankreasu i smeštena su između njegovih meškova.
Ova ostrvca se kod kičmenjaka sastoje iz sledećih tipova ćelija:
- alfa ćelije luče glukagon
- beta ćelije
- delta ćelije u kojima se sintetiše somatostatin i
- PP-ćelije sintetišu pankreasni polipeptid
Beta ćelije izlučuju hormon insulin, dok alfa izlučuju glukagon. Insulin i glukagon su sa antagonističkim dejstvom: dok insulin smanjuje koncentraciju glukoze u krvi, glukagon je povećava, odnosno, izaziva hiperglikemiju.
Regulacija lučenja insulina
Lučenje insulina regulisano je mehanizmom povratne sprege:povećana količina glikoze u krvi preko 110 mg% izaziva pojačano lučenje insulina, koji smanjuje količinu glikoze i obrnuto.
Povećana koncentracija glukoze (šećera) u krvi dovodi do pojačanog lučenja insulina pa on smanjuje nivo šećera u krvi. Kada se nivo glukoze smanji na normalu, smanjuje se i lučenje insulina. Međutim, kada se insulin nedovoljno izlučuje dolazi do nagomilavanja glukoze u krvi, tj. hiperglikemije (vrednosti veće od 6,66 mmol/l) što dovodi do šećerne bolesti (diabetes mellitus).
Delovanje insulina
Regulacija nivoa glukoze u krvi
Glikogen se kod kičmenjaka skladišti u jetri i mišićima. Kada se u krvotoku pojavi višak glukoze, jetra od glukoze sintetiše glikogen (to je pod kontrolom insulina). Kada nivo glukoze u krvi padne, u jetri dolazi do razgradnje glikogena u glukozu, koja zatim prelazi u krvotok. Iz krvotoka glukoza prelazi u ćelije, što je pod kontrolom hormona insulina. U ćelijama se razlaganjem glukoze oslobađa energija neophodna za njihov normalan rad.
Kada oboli pankreas pa se insulin nedovoljno izlučuje, dolazi do nagomilavanja šećera u krvi, dok istovremeno ćelije gladuju, tj. nemaju dovoljno glukoze. Oboljenje nastalo usled toga je dijabetes (šećerna bolest) – smrtonosna bolest, ako se ne leči. Dijabetičari insulin ne uzimaju oralno (preko usta), pošto bi, kao protein, bio razložen u crevima.
Ostala dejstva
Pored uloge u regulaciji koncentracije glukoze u krvi, insulin još i:
- povećava propustljivost ćelijskih membrana za druge monosaharide (galaktozu, ksilozu, arabinozu), aminokiseline, lipide i jone K+ i fosfata
- koči razlaganje lipida (lipolizu
- podstiče delovanje enzima koji učestvuju u sintezi proteina
Dobijanje insulina
Klasična tehnologija
Klasičoma tehnologijom se iz pankreasa žrtvovanih životinja, najčešće goveda i svinja, izoluje insulin. Najsličniji humanom isnulinu je svinjski. Princip je da insulin iz različitih životinja, pored izvesne razlike u strukturi molekula, pokazuje istu fiziološku aktivnost po jedinici mase. Da bi se dobilo oko 42 gr. goveđeg ili svinjskog insulina potrebno je žrtvovati preko 3000 goveda (ili više od 6000 svinja) da se tehnološkim postupkom ekstrakcijom iz njihovih pankreasa dobije 41,6 gr. insulina. Upoređenja radi, istovremeno potrebna je jedna jedina bakterija s genom za humani insulin koja se razmnoži u bioreaktoru zapremnine oko 1000 l i za 72 sata iz nje se izoluje 41,6 gr. humanog insulina.
Ukoliko se duže unosi u organizam insulin poreklom od druge životinjske vrste, izaziva stvaranje antitela. Ta reakcija uglavnom nije burna i uglavnom ne stvara nikakve teškoće. Kod ljudi koji su primali goveđi insulin duže od dva meseca, konstatovano je prisustvo antitela protiv tog insulina.
Biotehnologija
Insulin je prvi proizvod dobijen tehnologijom rekombinovane DNK. Na tržištu se pojavio na tržištu 1982. godine. Suština ove tehnike je da se humani gen za insulin ugradi u plazmid bakterijske ćelije. Plazmidi su mali prstenasti molekuli DNK koji nisu deo hromozoma bakterije i umnožavaju se nezavisno od njega; pošto se bakterije ubrzano dele za kratko vreme nastane ogroman broj kopija humanog gena za insulin. Bakterije će zatim po uputstvu tog gena proizvoditi humani insulin.
Postupak je sledeći:
1. isecanje željenog gena iz humane DNK uz pomoć enzima koji će preseći DNK na tačno određenim mestima; enzimi koji ovo omogućuju su restrikcione endonukleaze[3](makaze) (enzimi koji deluju na samo određeni niz nukleotida tzv. palindromski niz (to su dvostruko simetrični nizovi nukleotida koji su isti kada se u oba lanca čitaju u istom smeru na pr. 5’-3’);
2. presecanje plazmida (osim plazmida mogu se koristiti i virusne DNK; molekuli DNK koji se koriste u te svrhe nazivaju se vektori za kloniranje) istom restrikcionom endonukleazom kojom je isečena humana DNK
3. posle dejstva r. endonukleaza krajevi isečaka postaju lepljivi – pošto su jednolančani teže da hibridizuju sa sebi komplementarnim lancima
4. humani gen odnosno njegovi jednolančani lepljivi krajevi hibridizuju sa krajevima isečenog plazmida
5. ligaza (lepak) spaja hibridizovane molekule pri čemu postaje rekombinovana (hibridna) DNK
6. umnožavanjem bakterija i plazmid se u nijma replikuje , tako da se u svakoj bakteriji dobije nekoliko stotina plazmida
Bakterija sada može da sintetiše humani insulin. U kontrolisanim uslovima bakterije se mogu odgajati do postizanja mase koja omogućava sintezu odgovarajuće količine insulina koji se izoluje, pročisti i kristališe.
Prednosti dobivanja inzulina genetičkim inženjerstvom se mogu ukratko predstaviti u sledećem:
- mikroorganizam s ugrađenim genom za insulin predstavlja beskrajan izvor za biosintezu insulina;
- biotehnologijom se omogućava nezavisnost proizvodnje od osnovne sirovine (goveda, svinje);
- proces je jednostavniji u odnosu na klasičnu tehnologiju;
- biotehnološki proces je ekološki čistiji u odnosu na ekstrakcijski iz pankreasa;
- klonirani mikroorganizam sintetiše humani insulin te nisu potrebni dodatni postupci kao iz goveđeg ili svinjskog
Literatura
- Babskij, E,B, Zubkov, A,A, Kosickij, G, I, Hodorov, B, I. (1971): Fiziologija čoveka, Naučna knjiga, Beograd
- Davidović, Vukosava (2003): Fiziologija I, ZUNS, Beograd
- Petrović, M. V. (1991): Uporedna fiziologija (I deo), ZUNS, Beograd
- Petrović, Jelena, Crkvenjakov, R, Kojić, Milka, Savić, Ana (1980): Biohemija i molekularna biologija sa praktikumom (za IV raz. usmerenog obrazovanja), Naučna knjiga, Beograd
- Delić V. (2004): Predavanje za nastavnike u sklopu Nacionalnog odbora za koordinaciju projekta "Razvitak okvira nacionalne biološke sigurnosti u Republici Hrvatskoj", Prirodoslovno-matematički fakultet Sveučilišta u Zagrebu,Biološki odsjek, Zavod za molekularnu biologiju, Zagreb
- Tadžer, I (1976): Opšta patološka fiziologija, medicinska knjiga, Beograd-Zagreb
