Инсулин. Генетикалық инженерия әдістері негізінде инсулин алу

 № 4 дәріс    

Тақырыбы: Инсулин. Генетикалық инженерия әдістері негізінде инсулин алу  

 Жоспары:

1.      Лангерганс аралдарының ашылуы, инсулин, инсулин қызметі, инсулин табиғаты. 2.      Ұйқы безіндегі инсулин синтезі.

3.      Рекомбинантты инсулин алудың гендік-инженерлік әдісі.

Түйінді сөздер: глюкагон, инсулин, қант диабеті.    

Тарихи анықтама.  1869 жылы Берлинде 22 жастағы медициналық студент П.Лангерганс ұйқы безінің құрылымын зерттей отырып, бұрын белгісіз жасушаларға назар аударды , олар бүкіл безге біркелкі таратылды. Кейіннен олар оның құрметіне "Лангерган аралдары"деп аталды.  1901 жылы қант диабеті ұйқы безіндегі осы "аралдардың" жойылуына байланысты екендігі анықталды.  

 Лангерган аралдары α және β жасушалардан түзіледі, α-жасушалар бауыр гликогенінің қандағы глюкозаға айналуына ықпал ететін глюкагон гормонын шығарады, нәтижесінде қандағы қант деңгейі жоғарылайды, β-жасушаларда инсулин шығарылады. Инсулин глюкоза үшін жасуша мембраналарының өткізгіштігін арттырады, бұл оның тіндермен бөлінуіне, гликогеннің тұндырылуына және қандағы қанттың төмендеуіне ықпал етеді. Ұйқы безінің функциясының жеткіліксіздігімен ауыр ауру дамиды-қант диабеті.    

Бастапқы құрылым, яғни инсулин молекуласын құрайтын аминқышқылдарының нақты реттілігін алғаш рет Фредерик Сэнгер (1949-1954) анықтаған.  1958 жылы ф. Сэнгер ақуыздардың, әсіресе инсулиннің құрылымын ашқаны үшін Нобель сыйлығына ие болды.  Кейіннен д. Ходжкин рентгендік дифракция әдісімен инсулин молекуласының кеңістіктік құрылымын анықтады (екінші – төртінші құрылым).    Жануарлардан шыққан алғашқы инсулин препараттары. 1922 жылдан бастап шошқа еті мен бұқа инсулині қант диабеті үшін емдік дәрі ретінде қолданылды. Технология ұйқы безінен ақуыз инсулинін алу болды. Сонымен қатар, 100 грамм кристалды инсулин алу үшін 800-1000 кг шикізат қажет болды.  

Табиғаты бойынша инсулин - бұл 51 амин қышқылының қалдығы бар және екі дисульфидті көпірмен байланысқан екі полипептидті тізбектен тұратын кішкентай глобулярлы ақуыз.  Ұйқы безіндегі инсулин синтезі келесідей жүреді.  ЭПР рибосомаларындағы Лангерганс жасушаларында пептид-прекурсор-препроинсулин синтезделеді. Ол 110 амин қышқылының қалдықтарынан құралған полипептидтік тізбекті білдіреді және тізбектеліп орналасқандарды қамтиды: Сп-пептид – 24 аминқышқылдарының сигналдық пептиді, а-21 амин қышқылының қалдықтарынан пептид, 35 аминқышқылдарының с-пептиді (дәнекер) және 30 амин қышқылдарының қалдықтарынан в-пептид.    

Препроинсулин: Сп- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - В;    

Синтезделгеннен кейін осы молекуладан ЭПР – ге сигналдық (Сп) пептид бөлінеді-синтезделген молекуланың ЭПР гидрофобты липидті мембранасы арқылы өтуі үшін қажет 24 аминқышқылдарының тізбегі. Проинсулин түзіледі, ол Гольджи кешеніне тасымалданады, онда ішінара протеолиз жүреді – проинсулин молекуласынан арнайы эндопептидазалардың көмегімен с-пептид кесіледі – 35 аминқышқылдарының фрагменті, ол А және В тізбектерінің қажетті бағытын қамтамасыз етеді және оларды дисульфидтік байланыстармен байланыстырады.  

Секреторлық түйіршіктерде инсулин мырыш иондарымен біріктіріліп, кристалды гексамер агрегаттарын құрайды. Бұл 51 амин қышқылының қалдықтарынан тұратын ақуыз, дисульфидті көпірлермен байланысқан екі полипептидті А және В тізбектерінен тұрады.  

Осылайша, Лангерган аралдарының β-жасушаларында процессинг нәтижесінде препроинсулиннен проинсулин, содан кейін инсулин түзіледі.    

Қазіргі уақытта бактериялардың рекомбинантты штамдары-E. coli және т.б. көмегімен гендік – инженерлік технологиямен алынған адам инсулинінің препараттары қолданылады.  Содан кейін бұл нуклеотидтер тізбегі бета галактозидаза ферментінің молекуласының бір бөлігін кодтайтын LacZ E. coli геніне енеді, LacZ ген pbr322 плазмидасында болады. LacZ геномы бар және А немесе тізбектегі плазмидтердің әрқайсысы жеке E. coli штаммына енгізіледі. Кднқ-ның бұл фрагменттерінде сигналдық (Сп) және байланыстырушы (с) пептидтерді кодтайтын нуклеотидтер тізбегі жоқ.   Генетикалық түрлендірілген E. coli екі биореакторларда бөлек өсіріледі, содан кейін рекомбинантты ақуыздың ковалентті байланысқан молекулаларынан (А және тізбектегі) және өзіндік эшерихий ақуызынан тұратын химиялық ақуыздар культуралық сұйықтықтан шығарылады. Химиялық ақуыздарды бөліп, олар метионин қалдықтары бойынша ақуыздарды бөлетін бромцианмен өңделеді. Содан кейін А және тізбекте бета-галактозидаза ферментінің ақуыздарынан бөлініп, тазартылады. Тазартылған А және тізбектер дисульфидті байланыстармен химиялық жолмен байланысады және таза, биологиялық белсенді инсулин мономерін алады.    Инсулин рекомбинантты ДНҚ технологиясымен жасалған алғашқы дәрі болды. Қазіргі уақытта дәл осындай инсулин медициналық тәжірибеде кеңінен қолданылады.