Porcine Insulin

Prof. Dr. Rodrigo L. O. Rodrigues CunhaTransformações Bioquímicas

Renan C. V. De Paula - 11011011Vinicius N. de A. Miranda - 11107311

Cristais de 4INS (insulina) de origem suína podem ter alguma

aplicação clínica?

Santo AndréNovembro/2012

Proteínas em Exibição

PDB 4INS

Por que estudar a insulina?

● • É um hormônio peptídeo produzido pelas células beta do pâncreas, envolvido no metabolismo de carboidratos e gorduras do corpo.

● • A insulina fará com que células no fígado, musculatura esquelética e tecidos gordurosos absorvam glicose do sangue.

● • Também pode atuar como um mecanismo de controle metabólico, atuando como sinalizador para outros sistemas corpóreos.

Berg, et al, 2007

Por que estudar a insulina?

● Quando existem falhas nos mecanismos de absorção ou liberação de insulina o resultado é a diabetes, que se divide em dois tipos:

● 1- onde não é possível a produção interna de insulina

● 2- onde o corpo se torna resistente à insulina, fazendo com que ela não seja capaz de controlar os níveis de glicose. (Berg, et al, 2007)

A estrutura da insulina

● A proteína da insulina humana é composta de 51 aminoácidos, possuindo peso molecular de 5808 Da.

● Esses aminoácidos formarão duas macromoléculas (chamadas cadeias A e B), que através de ligações de dissulfeto e ligações não covalentes irão compor um dímero, que é a estrutura quaternária da proteína.

● A insulina suína difere da humana em um aminoácido: Uma alanina no lugar de uma treonina no carbóxi-terminal da cadeia B, na posição D30. (Wang and Tsou, 1991)

Ligações de hidrogênio e entropia relacionadas à ligação da insulina

● As insulina presente nos cristais, provavelmente não se liga somente por sítios ativos da própria insulina, podendo envolver uma relação de especificidade cadeia-peptídeo na superfície dos átomos

● As moléculas de insulina presentes no cristal podem interagir diretamente para formar ligações de hidrogênio com o receptor membrânico, movendo moléculas de água e fazendo uma contribuiçã positiva para a entropia da ligação .(Baker, et al, 1988)

Caracterização e Função estrutural

● A estrutura da proteína 4ins foi pela primeira vez publicada em 1988 por Baker, utilizando técnidas de difração de raios X.(Baker, et al, 1988).

● A cadeia B é capaz de adentrar a membrana plasmática celular, ligando-se à região de atividade de kinase. Essa ligação pode desencadear enzimas ligadas a fosforilação e desfoforilação na célula, podendo ativar, com isso, os processos de glicólise, lipogênese e de síntese protéica.(Kasuge, et al, 1982; Obberghen, et al, 1983)

● Com isso é de se esperar que a forma e o tamanho da proteína de insulina, assim como a distribuição de seus resíduos em sua superfície, afetem a ligação e sua posterior ação biológica

Função estrutural e consequências

● Porém mudanças estruturais na moléculas de insulina nem sempre acarretam diferenças significativas na sua ligação com a membrana e na potência de suas atividades biológicas.(Emdin, et al,1977; Schutler, et al, 1980)

● Insulina* dificilmente perde completamente sua função, e mesmo que com ínfima funcionalidade, em quantidades suficientes essas moléculas serão capazes de produzir uma resposta biológica satistatória.

● Tais fatos levam à possível aplicação clínica dessa proteína em portadores de diabetes tipo 1, que possuem os receptores membrânicos de insulina funcionais e, mesmo que a insulina tenha sua estrutura modificada pelo pH, temperatura ou outros processos desnaturantes que podem ocorrer pela diferença entre os organismos do porco e do homem e mesmo da manipulação da própria proteína. *(caracterizada em Baker, et al, 1988)

Desenvolvimento de Insulina Humana

● A conversão enzimático-química da insulina suína em Insulina humana ocorre por um sistema de duas fases que envolve a utilização da reação de transamidação enzimática.

● A primeira etapa do processo consiste na transamidação tripsina-catalisada da insulina suína em um meio aquoso orgânico (água ou etanol)

● A segunda etapa do processo consiste em utilizar a técnica de chemical demasking e em seguida o derivado desta técnica é purificado por cromatografia de permuta iônica, após isto obteve-se a insulina humana.

Referências

● Berg, Jeremy, John L. Tymoczko, Lubert Stryer (2007); Biochemistry, 6th Edition.● Baker, E.N., Blundell, T.L., Cutfield, J.F., Cutfield, S.M. Dodson, E.J., Dodson,

G.G., Hodgkin, D.M., Hubbard, R.E. Isaacs, N.W., Reynolds, C.D., Sakabe, K., Sakabe, N., Vjayan, N.M.(1988); The structure of 2Zn pig insulin crystals at 1.5 A resolution. Philos.Trans.R.Soc.London; Ser.B 319: 369-456

● Wang C.C., Tsou C.L. (1991); The insulin A and B chains contain sufficient structural information to form the native molecule; Trends in biochemical sciences

● Obberghen E. Van, Rossi B., Kowalski A., Gazzano H, Ponzio G. (1983); Receptor-mediated phosphorylation of the hepatic insulin receptor: evidence that the Mr 95,000 receptor subunit is its own kinase; Proc Natl Acad Sci U.S.A., Feb80(4):945-9

Referências

• Kasuge, M., Zick, Y., Blith, D.L., Karkson, F.A., Harring, H.U., Kahn, C.R. (1982); Insulin stimutalin of phosphorylation of B subunit of the insulin receptor: formation of both phsphoserine and phosphotyrosine; J. Biol. Chem. 257, 9891-9894.

• Emdin, S.O., Gammeltoft, S., Gliemann, J. (1977); Degradation, receptor binding affinity and potency in insulin from Atlantic hagsih; J. Biol. Chem. 252, 602-208.

• Shutler, K., Peterson, K.G., Shuttler, A., Brandenburg, D., Kerp,L. (1980); Biologial activity and receptor binding of six different covalent dimers of insulin; Insulin chemistry, structure and function and insulin and related hormones (ed. D. Brandenburg & A. Wollmer); 433-438; Berlin: de Gruyter.