Insulina

Insulinaé uma hormona responsável pela redução daglicemia(taxa deglicosenosangue), ao promover a entrada de glicose nas células.Esta é também essencial no metabolismo desacarídeos (hidrato de carbono),na síntese deproteínase no armazenamento delípidos(gorduras).

Regulação daglicémiapelas hormonasglucaginae insulina

É produzida nas células beta dasilhotas de Langerhans,dopâncreasendócrino.Atua numa grande parte dascélulasdo organismo, como nas células presentes no fígado, emmúsculose notecido adiposo,contudo não atua em células específicas cujos transportadores membranares não são sensíveis à insulina, como é o caso dascélulas nervosas.

As membranas celulares não são permeáveis a glicose, com isso há uma obrigação de se ter proteínas transportadoras presentes na membrana plasmática, essas proteínas transportadoras são a GLUT1, GLUT7 que tem características distintas de funcionamento e distribuição tecidual.

Quando a produção de insulina é deficiente, a glicose acumula-se nosanguee naurina,destruindo as células por falta de abastecimento:diabetes mellitus.Para doentes nessa condição, a insulina é providenciada através de injeções, ou bombas de insulina. Recentemente foi aprovado o uso de insulina inalada. Porém, ainda existem controvérsias acerca do uso do produto comercializado pela Pfizer. A agência de saúde britânica não recomenda o uso.

A insulina é umpolipéptidode estrutura química plenamente conhecida, e pode ser sintetizada a partir de diversos animais. Mais recentemente, surgiram os medicamentosanálogos de insulina,que constituem moléculas que, não sendo insulina, possuem as mesmas características químicas e portanto reactivas, são moléculas "de insulina" modificadas em laboratório.

Descoberta e caracterização

Cristais de insulina

Em 1869,Paul Langerhans,um estudante de medicina em Berlim, estudava a estrutura dopâncreasatravés de um microscópio quando reparou emcélulas,antes desconhecidas, espalhadas pelo tecidoexócrino.A função da "pequena porção de células", mais tarde denominada comoilhotas de Langerhans,era desconhecida, masEdouard Laguesseposteriormente sugeriu que tais células poderiam produzir algum tipo de secreção que participasse no processo dedigestão.

Em 1889, o médicogermano-polacoOscar Minkowski em colaboração com Joseph von Mehring removeu o pâncreas de umcãosaudável para demonstrar o papel do órgão na digestão de alimentos. Vários dias após a remoção do pâncreas, o guarda do cão reparou que existiam muitas moscas a alimentarem-se daurinado animal. Verificou-se com o teste da urina do cão que havia açúcar nesta, o que demonstrou pela primeira vez a relação entre o pâncreas e adiabetes.Em 1901, outro passo importante foi alcançado por Eugene Opie, quando este estabeleceu claramente a ligação entre as ilhotas de Langerhans e a diabetes: "Diabetes mellitus... é causada pela destruição das ilhotas de Langerhans e ocorre apenas quando tais células são em parte ou totalmente destruídas ".

Durante as duas décadas seguintes foram feitas várias tentativas de isolamento da secreção das ilhotas como um tratamento potencial de diabetes. Em 1906,Georg Ludwig Zuelzerfoi parcialmente feliz no tratamento de cães com extrato pancreático, mas teve que interromper o seu trabalho. Entre 1911 e 1912, E. L. Scott da Universidade de Chicago usou extratos pancreáticos aquosos e notou uma leve diminuição daglicosúria,mas não conseguiu convencer o director da instituição com os resultados, e a pesquisa teve de ser encerrada.Israel Kleinerdemonstrou efeitos semelhantes naRockfeller Universityem 1919, mas o seu trabalho foi interrompido pelaPrimeira Guerra Mundial.Nicolae Paulescu, um professor defisiologiada Escola Romena de Medicina, publicou um trabalho parecido em 1921 realizado na França e patenteado na Romênia, e discute-se desde então se Paulescu não tenha sido o verdadeiro descobridor da insulina.

Entretanto, o comitê doPrêmio Nobelem 1923 deu crédito pela extração prática da insulina a uma equipa da Universidade de Toronto. Em outubro de 1920,Frederick Bantinglia um dos artigos de Minkowski e concluiu que Minkowski estava a estudar as secreções digestivas originalmente, e por isso não se conseguia extrair a insulina com sucesso. Ele redigiu uma nota para si mesmo:"Ligarduto pancreáticodo cão. Manter cães vivos até queacinosse degenerem, sobrando ilhotas. Tentar isolar secreção interna delas e aliviar glicosúria ".

Ele viajou a Toronto para se encontrar comJ. J. R. Macleod,que não se impressionou plenamente com a ideia. De qualquer forma, Macleod deixou à disposição de Banting um laboratório da universidade, e um assistente,Charles Best,e dez cães enquanto saía de férias no verão de 1921. O método de Banting e Best era amarrar umaligaduraao redor do duto pancreático dos cães e, várias semanas depois, examinar que as células digestivas pancreáticas tinham morrido e sido absorvidas pelosistema imunológico,deixando milhares de ilhotas. Isolava-se aproteínadessas ilhotas para produzir o que vinham chamando de isletina. Banting e Best mantiveram um cão pancreatectomizado vivo durante todo o verão.

Macleod viu o valor da pesquisa no seu regresso da Europa, mas pediu uma contraprova para saber se o método realmente funcionava. Várias semanas depois ficou claro que o segundo ensaio tinha sido um sucesso, e assim Macleod ajudou na publicação dos resultados em novembro daquele ano. Porém, precisavam de seis semanas para extrair a isletina, o que tornava o ensaio dramaticamente demorado. Banting sugeriu que tentassem usar pâncreas de feto debezerro,que ainda não teria desenvolvidoglândulasdigestivas, e ficou aliviado pelo sucesso da empreitada.

Com a solução para a fonte de isletina, faltava agora purificar a proteína. Em dezembro de 1921, Macleod convidou o brilhantebioquímicoJames Collippara ajudar na tarefa, e num mês prepararam-se para um teste.

Em 11 de janeiro de 1922, Leonard Thompson, um diabético de quatorze anos, recebeu a primeira injeção de insulina. Infelizmente, o extrato estava tão impuro que ele acabou sofrendo umareação alérgicasevera, e injeções adicionais foram canceladas. Durante os doze dias seguintes, Collip trabalhou dia e noite para melhorar o extrato, e uma segunda dose foi injetada no dia 23. Desta vez foi um sucesso, não apenas em não apresentar efeitos colaterais, mas também por eliminar completamente os sintomas de diabetes. Entretanto, Banting e Best não se davam bem com Collip, porque aparentemente viam nele um intruso, e então Collip abandonou-os.

Durante a primavera de 1922, Best conseguiu melhorar as técnicas de preparo a ponto de poder extrair grandes quantidades de insulina, embora o extrato ainda permanecesse impuro. Contudo, receberam uma oferta de ajuda deEli Lillylogo após as suas publicações em 1921, e aceitaram-na em abril. Em novembro, Lilly conseguiu a façanha de produzir grandes quantidades de insulina bastante pura. Depois disso, a insulina foi lançada no mercado.

Por esta descoberta marcante,MacleodeBantingforam premiados com oPrêmio Nobel em Fisiologiaem 1923. Banting, aparentemente insultado porque Best não fora mencionado, dividiu seu prêmio com ele, e Macleod imediatamente dividiu o seu com Collip. A patente da insulina foi vendida à Universidade de Toronto por um dólar.

A sequência exata deaminoácidoscontida na molécula de insulina, a chamadaestrutura primária,foi determinada pelobiólogobritânicoFrederick Sanger.Foi a primeira vez que a estrutura de umaproteínafora completamente determinada. Por isso, ele recebeu oPrêmio Nobel de Químicaem 1958. Em 1967, após décadas de trabalho,Dorothy Crowfoot Hodgkindeterminou a conformação espacial da molécula mediante estudos dedifração de raios X.Ela também recebeu um Prêmio Nobel.

Estrutura e produção

A insulina é sintetizada nos humanos e em outrosmamíferosdentro das células-beta dasilhotas de Langerhans,no pâncreas. Um a três milhões de ilhotas de Langerhans formam a parteendócrinado pâncreas, que é principalmente uma glândulaexócrina.A parte endócrina totaliza apenas 2% da massa total do órgão. Dentro das ilhotas de Langerhans, as células-beta constituem 60-80% do todo.

(1) Preproinsulina -Líder, cadeiaB,cadeiaC,cadeiaA;a proinsulina consiste em BCA, sem L (2) Dobra espontânea (3) As cadeias A e B ligadas por enxofre (4) As cadeias L e C são cortadas (5) Molécula de insulina final

A insulina é sintetizada a partir da molécula precursoraproinsulinapela ação deenzimasproteolíticas conhecidas comoprohormônio convertases(PC1 e PC2). A insulina ativa tem 51aminoácidose é um polipeptídeo. A insulina bovina difere da humana em três resíduos de aminoácidos enquanto a suína, em um resíduo. A insulina de peixes também é muito próxima à humana. Em humanos, a insulina tem umpeso molecularde 5808. Ela é formada por duas cadeias de polipeptídeos ligadas por duas pontes dissulfídicas (veja a figura), com uma ligação dissulfídica adicional na cadeia A (não mostrada). A cadeia A consiste de 21, e a cadeia B, de 30 aminoácidos. A insulina é produzida como uma molécula deprohormônio- proinsulina - que é mais tarde transformada, por ação proteolítica, emhormônioativo.

A parte restante da molécula de proinsulina é chamada depeptídeo C.Estepolipeptídeoé liberado no sangue em quantidades iguais à da insulina. Como insulinas exógenas não contêm peptídeo C, o nível emplasmadesse peptídeo é um bom indicador de produçãoendógenade insulina. Recentemente, descobriu-se que esse peptídeo C também possui atividade biológica, que está aparentemente restrita a um efeito na camada muscular dasartérias.

Produção de análogos de insulina

Ver artigo principal:Análogo de insulina

Pacientes comdiabetes mellitus tipo 1dependem deInsulinoterapia,ou seja da administração de insulina exógena (geralmente porvia subcutânea), para a sua sobrevivência, pois a hormona não é produzida por seu organismo. Também certos pacientes com diabetes tipo 2 podem eventualmente necessitar de insulina se outras medicações não conseguirem controlar osníveis de glicosenosanguede forma adequada.

Inicialmente a insulina utilizada por diabéticos era extraída do pâncreas deboiseporcos,por ser parecida com a humana, mas esta insulina podia acarretar problemas, como reações alérgicas, ou não ser eficaz em alguns pacientes.Atualmente a insulina é produzida através da técnica deADN recombinante,primeiro produto da modernabiotecnologiaa ser comercializado mundialmente.A técnica surgiu no Brasil em 1990, em dois projetos vinculados a empresaBiobrás.Um projeto desenvolvido porMarcos Luís dos Mares Guiae bioquímicos daUFMGe outro chefiado pelo Dr. Josef Ernst Thiemann e pesquisadores daUniversidade de Brasília.A técnica consiste em introduzir na bactériaEscherichia coli,comum naflora intestinalhumana, o gene da pró-insulina humana, para que ela passe a produzir o hormônio, um processo que dura 30 dias, um terço do tempo do método tradicional.Em 2001 somente quatro empresas no mundo, incluindo a Biobrás, tinham tecnologia de produção industrial da insulina recombinante.A BiobráspatenteounosEstados Unidosem 2000 o processo desenvolvido em parceria com os pesquisadores daUniversidade de Brasíliae o Dr. J. E. Thiemanne em 2002 foi comprada pela dinamarquesa Novo Nordisk.Comprada a Biobrás, a Novo Nordisk elevou rapidamente seus preços de fornecimento aoMinistério da Saúdecombinando aimportaçãoe produção local, até acabarem fechando a produção dos cristais de insulina no Brasil para aqui fazer só envasamento.

Em 2013 o governo federal anunciou que o Brasil vai retomar a produção de insulina por meio do Laboratório Biomanguinhos, daFundação Oswaldo Cruz,parte de um acordo firmado entre o governo e o laboratórioucranianoIndar,um dos três produtores remanescentes de insulina no mundo, que vai transferir a tecnologia para a produção nacional do medicamento.

Após o acordo de intenções com a Ucrânia, a Novo Nordisk, embora alegasse que a insulina ucraniana não tinha qualidade, fez proposta de compra do Indar ao governo.Um mês após a assinatura do contrato, em uma nova licitação governamental para aquisição de insulina, os preços da insulina oferecidos pelas empresas concorrentes baixaram quase à metade.

Ação em nível celular e metabólico

Ações no metabolismo dos carboidratos

• Aumento da permeabilidade celular à glicose, exceto nas células nervosas. Esse efeito é marcante nas células musculares, as quais são pouco permeáveis à glicose em condições de repouso, utilizando principalmente ácidos graxos para produção de energia.
• Aumento da síntese deglicogênio:a insulina induz à armazenagem de glicose nas células, principalmente dofígadoe dosmúsculos,na forma de glicogênio (glicogênese). Já a diminuição dos níveis de insulina ocasiona a conversão do glicogênio de volta a glicose pelas células do fígado e a excreção da substância nosangue(glicogenólise).
  1. Inibição dafosforilase hepática,enzima responsável pela quebra do glicogênio em glicose (glicogenólise).
  2. Aumento da captura de glicose pelas células hepáticas. Isso se dá através do aumento da atividade da enzima glicoquinase, responsável pela fosforilação inicial da glicose, processo que não permite a saída da molécula da célula.
  3. Aumento da atividade da enzimaglicogênio sintetase,responsável pelapolimerizaçãode moléculas de glicose em glicogênio.
  4. O excesso de glicose, que não pode ser convertido em glicogênio no fígado, é encaminhado para a conversão aácidos graxossob ação da insulina.
• Redução dagliconeogênesenofígadopela diminuição da quantidade e atividade das enzimas hepáticas necessárias a esse processo. A falta de insulina induz à produção de glicose no fígado e em outros locais do corpo.

As ações da insulina no metabolismo humano como um todo incluem

• Controle da quantidade de certas substâncias que entram nas células, principalmenteglicosenos tecidos muscular e adiposo (que são aproximadamente 2/3 das células do organismo).
• A insulina, mais precisamente,
• Aumento da replicação deDNAe de síntese deproteínasvia o controle de fornecimento deaminoácidos;
• Modificação da atividade de inúmerasenzimas(controle alostérico)

As ações nas células incluem:

• Aumento da síntese deácidos graxos:a insulina induz à transformação de glicose emtriglicerídeospelacélulas adiposas;a falta de insulina reverte o processo.
• Aumento daesterificaçãode ácidos graxos: estimula otecido adiposoa comportriglicerídeosa partir deésteresde ácidos graxos; a falta de insulina reverte o processo.
• Redução daproteólise:estimula a diminuição da degradação proteica; a falta de insulina aumenta a proteinólise.
• Redução dalipólise:estimula a diminuição da conversão de suprimento delipídeoscontido nascélulas adiposasemácidos graxossanguíneos; a falta de insulina reverte o processo.
• Aumento do consumo deaminoácidos:induz células a absorver aminoácidos circulantes; a falta de insulina inibe a absorção;
• Aumento do consumo depotássio:induz células a absorver potássioplasmático;a falta de insulina inibe a absorção;
• Tônus dos músculos arteriais: induz a musculatura das paredes arteriais ao relaxamento, o que aumenta o fluxo sanguíneo especialmente em microartérias; a falta de insulina reduz o fluxo por permitir a contração desses músculos. Existem dois tipos de liberação a liberação aguda e a liberação sob secreção.

Ação sobre o nível de glicemia

Ver artigo principal:Regulagem da glicemia

Ver também

• Glucagon
• Hipoglicemia
• Resistência à insulina
• Diabetes
• Lista de hormônios humanos

Ligações externas

• «Sociedade Brasileira de Diabetes»
• Deutsche Welle - 1921: Descoberta da insulina