скажите химическое название инсулина и химическую формулу

Инсулин — это гормон пептидной природы, он не имеет однозначного систематического названия, строение его весьма сложное и не поддается описанию простой химической формулой.

Молекула инсулина образована двумя полипептидными цепями, содержащими 51 аминокислотный остаток: A-цепь состоит из 21 аминокислотного остатка, B-цепь образована 30 аминокислотными остатками. Полипептидные цепи соединяются двумя дисульфидными мостиками через остатки цистеина, третья дисульфидная связь расположена в A-цепи.

Первичная структура инсулина у разных биологических видов несколько различается, как различается и его важность в регуляции обмена углеводов. Наиболее близким к человеческому является инсулин свиньи, который различается с ним всего одним аминокислотным остатком: в 30 положении B-цепи свиного инсулина расположен аланин, а в инсулине человека — треонин; бычий инсулин отличается тремя аминокислотными остатками.

Цепи соединены друг с другом двумя дисульфидными мостиками (т. е. каждый образован двумя атомами серы) , а третий дисульфидный мостик связывает отдаленные друг от друга аминокислоты А-цепи. Соединенные цепи частично изгибаются и сворачиваются в глобулярную структуру, и такая конфигурация молекулы гормона важна для проявления его биологической активности.

Созданное компьютером изображение: шесть молекул инсулина ассоциированы в гексамер (видны три симметричные оси) . Молекулы удерживают вместе остатки гистидина, связанные ионами цинка. Введенный инсулин находится под кожей в виде гексамера, постепенно распадаясь на биологически активные мономеры, поступающие в кровоток

По своему химическому строению инсулин представляет собой белок, который вырабатывается в бета- клетках поджелудочной железы и выделяется в кровь. Инсулин (от лат. insula — остров) , гормон белковой природы, вырабатываемый b-клетками Лангерганса островков поджелудочной железы.

Инсулин структурная формула

Впервые инсулин был выделен в 1922 г. Бантингом (Banting) и Бестом (Best) из поджелудочной железы больных тяжелым диабетом. Это открытие означало возвращение их к практически нормальной жизни здорового человека. На бытовом уровне слово «инсулин» ассоциируется с термином «сахар крови», что довольно справедливо, т.к. инсулин влияет на метаболизм углеводов, хотя сопутствующие нарушению его продукции изменения обмена липидов, приводящие к ацидозу и атеросклерозу, могут быть первопричиной смерти больных диабетом.

Наряду с этим у больных с длительно существующим диабетом существенно снижена способность синтезировать белки, что приводит к изнашиванию тканей и функциональным нарушениям в клетках. Очевидно, что инсулин влияет на обмен белков и жиров не в меньшей степени, чем на обмен углеводов.

Если несколькими словами характеризовать инсулин, это будет определение, в котором слово «инсулин» ассоциировалось бы с понятием «энергетическое изобилие». Очевидно, что если предлагается богатая энергией пища, особенно с избытком углеводов, то инсулин начинает продуцироваться в большом количестве. Таким образом, инсулин играет важную роль в запасании энергии.

Если в организм поступают избыточные количества углеводов, они запасаются в виде гликогена в печени и мышцах; если избыток углеводов уже не может депонироваться в виде гликогена, то под влиянием инсулина он превращается в жиры и депонируется в жировой ткани. Применительно к белкам инсулин оказывает непосредственнее влияние на захват аминокислот клетками и синтез из них белка. Кроме того, инсулин тормозит распад белков, уже находящихся в клетках.

Синтез инсулина

Инсулин человека представляет собой молекулу белка с молекулярной массой 5808. Он состоит из двух аминокислотных цепочек, соединенных между собой дисульфидными связями. Если эти связи разрушить, разъединив таким образом цепочки аминокислот, инсулин утратит свою активность.

Инсулин синтезируется в бета-клетках островков Лангерганса обычным механизмом синтеза белка. Трансляция инсулина начинается на рибосомах, связанных с эндоплазматическим ретикулумом, с образования препрогормона инсулина. Этот исходный препрогормон с молекулярной массой 11500 в эндоплазматическом ретикулуме расщепляется до проинсулина с молекулярной массой около 9000. Далее в аппарате Гольджи большая его часть дробится на инсулин, упаковывающийся в секреторные гранулы, и пептидный фрагмент. Однако почти 1/6 часть конечного секретируемого продукта остается в форме проинсулина. Проинсулин является неактивной формой гормона.

В крови инсулин циркулирует в несвязанной форме, время его полувыведения составляет всего около 6 мин, поэтому плазма практически полностью освобождается от инсулина за 10-15 мин. Оставшаяся несвязанной с рецепторами клеток-мишеней часть инсулина разрушается главным образом в печени ферментом инсулиназой; в меньшей степени разрушение инсулина происходит в почках и мышцах; совсем небольшая часть — в других тканях. Такое быстрое очищение плазмы от инсулина очень важно, т.к. иногда быстрое прекращение регуляторных влияний инсулина не менее существенно, чем их включение.

Инсулин структурная формула

2 Методы идентификации инсулина и методы контроля его безопасности

Цель: Научиться идентифицировать инсулин и контролировать его безопасность.

Идентификация (от лат. idenlifico — отождествляю) химическая, установление вида и состояния молекул, ионов, радикалов, атомов и др. частиц на основе сопоставления эксперим. данных с соответствующими справочными данными для известных частиц.

Инсулин – это белок. Все белки представляют собой полимеры, цепи которых собраны из фрагментов аминокислот. Аминокислоты – это органические соединения, содержащие в своем составе аминогруппу NH₂ и карбоксильную группу СООН. В образовании белков участвуют только такие аминокислоты, у которых между аминогруппой и карбоксильной группой всего один углеродный атом. В общем виде они могут быть представлены формулой H₂N–CH(R)–COOH. Группа R, присоединенная к атому углерода (тому, который находится между амино- и карбоксильной группой), определяет различие между аминокислотами, образующими белки. Эта группа может состоять только из атомов углерода и водорода, но чаще содержит помимо С и Н различные функциональные группы. Из всего многообразия существующих аминокислот (теоретически количество возможных аминокислот неограниченно) в образовании белков участвуют только двадцать, так называемые «фундаментальные» аминокислоты. Для «строительства» инсулина природа использовала 16 аминокислот (из допустимых двадцати) (таблица 2.1).

Таблица 2.1 – Аминокислоты, участвующие в создании инсулина

Название

Структура

Обозначение

Белковая молекула образуется в результате последовательного соединения аминокислот, при этом карбоксильная группа одной кислоты взаимодействует с аминогруппой соседней молекулы, в результате образуется пептидная связь –CO–NH– и выделяется молекула воды (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 — Последовательное соединение аланина, валина и глицина

Из превращений, показанных на рисунке 1, следует, что при любом количестве соединяемых аминокислот на одном конце возникшей цепочки обязательно будет находиться аминогруппа, а на другом – карбоксильная. Фрагменты соединенных аминокислот обозначены (под фигурными скобками) теми сокращенными буквосочетаниями, которые указаны в таблице 1. Таким образом, вместо структурной формулы мы можем использовать сокращенное обозначение получившегося трипептида: ала-вал-гли. Поскольку количество аминокислот, используемых природой, всего двадцать, то подобные сокращения позволяют компактно записать формулу любого белка, и никакой неясности при этом не возникнет.

Молекула инсулина состоит из 51 аминокислотного остатка (это один из самых короткоцепочечных белков) и представляет собой две соединенные между собой параллельные цепи неодинаковой длины (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 – Последовательность аминокислот в молекуле инсулина: А-цепь содержит 21 аминокислотный остаток, Б-цепь – 30

Содержащиеся в молекуле остатки аминокислоты цистеина (сокращенное обозначение Цис) образуют дисульфидные мостики S-S-, которые связывают две полимерные цепи молекулы и, кроме того, образуют перемычку внутри А-цепи. При таком компактном изображении белковой молекулы символы химических элементов используют только для обозначения дисульфидных мостиков и концевых групп (NH₂ и COOH) (рисунок 2.3).

Основная трудность при сборке белковой молекулы – добиться, чтобы необходимые аминокислоты соединялись в строго определенном порядке. При этом нужно учитывать, что аминокислота способна реагировать не только с другой аминокислотой, но и сама с собой, и в итоге может получиться молекула, не имеющая ничего общего с тем, что синтезирует живой организм.

Рисунок 2.3 – Структурная формула инсулина

К моменту, когда решался вопрос о синтезе инсулина, было разработано несколько соответствующих методик. Для того чтобы аминокислота, которую намечено было присоединить к растущей цепи, не реагировала сама с собой, ее реакционноспособные концы (аминогруппу NH₂ и карбоксильную группу СООН) блокировали специальным образом: карбоксильную группу переводили в п-нитрофениловый эфир, а со стороны аминогруппы присоединяли карбоксибензильную группу (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 – Реакция блокированной молекулы с аминогруппой

В результате растущая цепь удлинялась на одно пептидное звено. Однако теперь на конце цепи разместилась блокирующая карбоксибензильная группа. Чтобы сделать «аминный хвост» реакционноспособным, т. е. перевести его в активную форму, осуществляли обработку бромоводородом с уксусной кислотой (рисунок 2.5).

Рисунок 2.5 – Обработка «аминного хвоста» бромоводородом с уксусной кислотой

В результате аминогруппа на конце цепи (она показана в виде аммониевой соли с HBr) вновь была готова реагировать с очередной аминокислотой (естественно, тоже содержащей блокирующие группы). Параллельно были разработаны и другие методы сборки полипептидных цепей.

Контрольные вопросы:

1. Строение инсулина;

2. Аминокислотный состав инсулина;

3. Структура инсулина.

Рекомендуемая литература:

1. Бейли Дж., Оллис Д. Основы биохимической инженерии. Мир, М., 1989;

2. Иммунология / под ред. У. Пола. М.: Мир, 1998;

3. Пассет Б.В., Воробьева В.Я. Технология химико-фармацевтических препаратов и антибиотиков. Медицина, М., 1994.

Контрольные задания для СРС:

1. Составить синквейн на тему: «Антибиотики»;

2. Реферат на тему: «Современный мировой рынок фармацевтического инсулина».