Insulina

La insulina (del latín insula, 'isla') es una hormona peptídica producida por las células beta de los islotes pancreáticos; se considera que es la principal hormona anabólica del cuerpo. Regula el metabolismo de carbohidratos, grasas y proteínas al promover la absorción de glucosa de la sangre hacia el hígado, la grasa y las células del músculo esquelético. En estos tejidos, la glucosa absorbida se convierte en glucógeno a través de la glucogénesis o en grasas (triglicéridos) a través de la lipogénesis o, en el caso del hígado, en ambos.Las altas concentraciones de insulina en la sangre inhiben fuertemente la producción y secreción de glucosa por parte del hígado. La insulina circulante también afecta la síntesis de proteínas en una amplia variedad de tejidos. Por lo tanto, es una hormona anabólica que promueve la conversión de pequeñas moléculas en la sangre en moléculas grandes dentro de las células. Los niveles bajos de insulina en la sangre tienen el efecto contrario al promover un catabolismo generalizado, especialmente de la grasa corporal de reserva.

Las células beta son sensibles a los niveles de azúcar en la sangre, por lo que secretan insulina en la sangre en respuesta a un alto nivel de glucosa; e inhiben la secreción de insulina cuando los niveles de glucosa son bajos. La insulina mejora la captación de glucosa y el metabolismo en las células, lo que reduce el nivel de azúcar en la sangre. Sus células alfa vecinas, siguiendo las señales de las células beta, secretan glucagón en la sangre de manera opuesta: aumento de la secreción cuando la glucosa en sangre es baja y disminución de la secreción cuando las concentraciones de glucosa son altas. El glucagón aumenta el nivel de glucosa en sangre al estimular la glucogenólisis y la gluconeogénesis en el hígado. La secreción de insulina y glucagón en la sangre en respuesta a la concentración de glucosa en sangre es el mecanismo principal de la homeostasis de la glucosa.

La actividad de insulina disminuida o ausente da como resultado diabetes mellitus, una condición de nivel alto de azúcar en la sangre (hiperglucemia). Hay dos tipos de la enfermedad. En la diabetes mellitus tipo 1, las células beta son destruidas por una reacción autoinmune, de modo que la insulina ya no puede sintetizarse ni secretarse en la sangre. En la diabetes mellitus tipo 2, la destrucción de las células beta es menos pronunciada que en la tipo 1 y no se debe a un proceso autoinmune. En cambio, hay una acumulación de amiloide en los islotes pancreáticos, lo que probablemente altera su anatomía y fisiología. La patogenia de la diabetes tipo 2 no se comprende bien, pero se sabe que están involucradas la población reducida de células beta de los islotes, la función secretora reducida de las células beta de los islotes que sobreviven y la resistencia a la insulina de los tejidos periféricos.La diabetes tipo 2 se caracteriza por un aumento de la secreción de glucagón que no se ve afectado ni responde a la concentración de glucosa en sangre. Pero la insulina todavía se secreta en la sangre en respuesta a la glucosa en sangre. Como resultado, la glucosa se acumula en la sangre.

La proteína insulina humana está compuesta por 51 aminoácidos y tiene una masa molecular de 5808 Da. Es un heterodímero de una cadena A y una cadena B, que están unidas entre sí por enlaces disulfuro. La estructura de la insulina varía ligeramente entre las especies de animales. La insulina de fuentes animales difiere un poco en efectividad (en los efectos del metabolismo de los carbohidratos) de la insulina humana debido a estas variaciones. La insulina porcina está especialmente cerca de la versión humana y se usó ampliamente para tratar a los diabéticos tipo 1 antes de que la insulina humana pudiera producirse en grandes cantidades mediante tecnologías de ADN recombinante.

La insulina fue la primera hormona peptídica descubierta. Frederick Banting y Charles Herbert Best, trabajando en el laboratorio de JJR Macleod en la Universidad de Toronto, fueron los primeros en aislar la insulina del páncreas de un perro en 1921. Frederick Sanger secuenció la estructura de aminoácidos en 1951, lo que convirtió a la insulina en la primera proteína en ser totalmente secuenciado. La estructura cristalina de la insulina en estado sólido fue determinada por Dorothy Hodgkin en 1969. La insulina es también la primera proteína sintetizada químicamente y producida mediante tecnología de ADN recombinante. Está en la Lista Modelo de Medicamentos Esenciales de la OMS, los medicamentos más importantes que se necesitan en un sistema de salud básico.

Evolución y distribución de especies

La insulina puede haberse originado hace más de mil millones de años. Los orígenes moleculares de la insulina se remontan al menos a los eucariotas unicelulares más simples. Aparte de los animales, también se sabe que existen proteínas similares a la insulina en los reinos Fungi y Protista.

La insulina es producida por las células beta de los islotes pancreáticos en la mayoría de los vertebrados y por el cuerpo de Brockmann en algunos peces teleósteos. Los caracoles cono Conus geographus y Conus tulipa, caracoles de mar venenosos que cazan peces pequeños, usan formas modificadas de insulina en sus cócteles de veneno. La toxina de insulina, de estructura más parecida a la insulina nativa de los peces que a la de los caracoles, ralentiza a las presas al reducir sus niveles de glucosa en sangre.

Producción

La insulina se produce exclusivamente en las células beta de los islotes pancreáticos en los mamíferos y en el cuerpo de Brockmann en algunos peces. La insulina humana se produce a partir del gen INS, ubicado en el cromosoma 11. Los roedores tienen dos genes de insulina funcionales; uno es el homólogo de la mayoría de los genes de mamíferos (Ins2), y el otro es una copia retropuesta que incluye la secuencia promotora pero le falta un intrón (Ins1). La transcripción del gen de la insulina aumenta en respuesta a niveles elevados de glucosa en sangre. Esto está controlado principalmente por factores de transcripción que se unen a secuencias potenciadoras en los ~400 pares de bases antes del sitio de inicio de la transcripción del gen.

Los principales factores de transcripción que influyen en la secreción de insulina son PDX1, NeuroD1 y MafA.

Durante un estado de glucosa baja, PDX1 (proteína homeobox pancreática y duodenal 1) se ubica en la periferia nuclear como resultado de la interacción con HDAC1 y 2, lo que da como resultado una regulación a la baja de la secreción de insulina. Un aumento en los niveles de glucosa en sangre provoca la fosforilación de PDX1, lo que lo lleva a sufrir una translocación nuclear y unirse al elemento A3 dentro del promotor de insulina. Tras la translocación interactúa con los coactivadores HAT p300 y SETD7. PDX1 afecta las modificaciones de histonas a través de la acetilación y desacetilación, así como la metilación. También se dice que suprime el glucagón.

NeuroD1, también conocido como β2, regula la exocitosis de insulina en las células β pancreáticas al inducir directamente la expresión de genes implicados en la exocitosis. Se localiza en el citosol, pero en respuesta a la glucosa alta se glucosila por OGT y/o se fosforila por ERK, lo que provoca la translocación al núcleo. En el núcleo, β2 se heterodimeriza con E47, se une al elemento E1 del promotor de insulina y recluta al coactivador p300 que acetila β2. También puede interactuar con otros factores de transcripción en la activación del gen de la insulina.

MafA es degradado por los proteasomas cuando los niveles de glucosa en sangre son bajos. El aumento de los niveles de glucosa hace que una proteína desconocida sea glicosilada. Esta proteína funciona como un factor de transcripción para MafA de manera desconocida y MafA se transporta fuera de la célula. Luego, MafA se transloca nuevamente al núcleo, donde se une al elemento C1 del promotor de insulina.

Estos factores de transcripción funcionan sinérgicamente y en un arreglo complejo. El aumento de la glucosa en sangre puede, después de un tiempo, destruir la capacidad de unión de estas proteínas y, por lo tanto, reducir la cantidad de insulina secretada, causando diabetes. La disminución de las actividades de unión puede estar mediada por el estrés oxidativo inducido por la glucosa y se dice que los antioxidantes previenen la disminución de la secreción de insulina en las células β pancreáticas glucotóxicas. Las moléculas de señalización de estrés y las especies reactivas de oxígeno inhiben el gen de la insulina al interferir con los cofactores que se unen a los factores de transcripción y los propios factores de transcripción.

Varias secuencias reguladoras en la región promotora del gen de la insulina humana se unen a factores de transcripción. En general, las cajas A se unen a los factores Pdx1, las cajas E se unen a NeuroD, las cajas C se unen a MafA y los elementos de respuesta de cAMP a CREB. También hay silenciadores que inhiben la transcripción.

Síntesis

La insulina se sintetiza como una molécula precursora inactiva, una proteína de 110 aminoácidos llamada "preproinsulina". La preproinsulina se traduce directamente al retículo endoplásmico rugoso (RER), donde su péptido señal es eliminado por la peptidasa señal para formar "proinsulina". A medida que la proinsulina se pliega, los extremos opuestos de la proteína, llamados "cadena A" y "cadena B", se fusionan con tres enlaces disulfuro. La proinsulina plegada luego transita a través del aparato de Golgi y se empaqueta en vesículas secretoras especializadas. En el gránulo, la proproteína convertasa 1/3 y la proproteína convertasa 2 escinden la proinsulina, eliminando la parte media de la proteína, denominada "péptido C".Finalmente, la carboxipeptidasa E elimina dos pares de aminoácidos de los extremos de la proteína, lo que da como resultado insulina activa: las cadenas A y B de insulina, ahora conectadas con dos enlaces disulfuro.

La insulina madura resultante se envasa dentro de gránulos maduros a la espera de señales metabólicas (como leucina, arginina, glucosa y manosa) y estimulación del nervio vago para ser expulsada de la célula a la circulación.

Se ha demostrado que la insulina y sus proteínas relacionadas se producen dentro del cerebro, y los niveles reducidos de estas proteínas están relacionados con la enfermedad de Alzheimer.

La liberación de insulina también es estimulada por la estimulación del receptor beta-2 e inhibida por la estimulación del receptor alfa-1. Además, el cortisol, el glucagón y la hormona del crecimiento antagonizan las acciones de la insulina en momentos de estrés. La insulina también inhibe la liberación de ácidos grasos por la lipasa sensible a hormonas en el tejido adiposo.

Estructura

Contrariamente a la creencia inicial de que las hormonas serían generalmente moléculas químicas pequeñas, como la primera hormona peptídica conocida por su estructura, se descubrió que la insulina era bastante grande. Una sola proteína (monómero) de la insulina humana está compuesta por 51 aminoácidos y tiene una masa molecular de 5808 Da. La fórmula molecular de la insulina humana es C ₂₅₇ H ₃₈₃ N ₆₅ O ₇₇ S ₆.Es una combinación de dos cadenas peptídicas (dímero) denominadas cadena A y cadena B, que están unidas entre sí por dos enlaces disulfuro. La cadena A está compuesta por 21 aminoácidos, mientras que la cadena B consta de 30 residuos. Los enlaces disulfuro de enlace (entre cadenas) se forman en los residuos de cisteína entre las posiciones A7-B7 y A20-B19. Existe un enlace disulfuro adicional (intracatenario) dentro de la cadena A entre los residuos de cisteína en las posiciones A6 y A11. La cadena A exhibe dos regiones helicoidales α en A1-A8 y A12-A19 que son antiparalelas; mientras que la cadena B tiene una hélice α central (que cubre los residuos B9-B19) flanqueada por el enlace disulfuro en ambos lados y dos láminas β (que cubren B7-B10 y B20-B23).

La secuencia de aminoácidos de la insulina está fuertemente conservada y varía solo ligeramente entre especies. La insulina bovina difiere de la humana en solo tres residuos de aminoácidos y la insulina porcina en uno. Incluso la insulina de algunas especies de peces es lo suficientemente similar a la humana para ser clínicamente efectiva en humanos. La insulina en algunos invertebrados es bastante similar en secuencia a la insulina humana y tiene efectos fisiológicos similares. La fuerte homología observada en la secuencia de insulina de diversas especies sugiere que se ha conservado durante gran parte de la historia evolutiva animal. Sin embargo, el péptido C de la proinsulina difiere mucho más entre especies; también es una hormona, pero secundaria.

La insulina se produce y almacena en el cuerpo como un hexámero (una unidad de seis moléculas de insulina), mientras que la forma activa es el monómero. El hexámero tiene un tamaño de aproximadamente 36000 Da. Las seis moléculas están unidas entre sí como tres unidades diméricas para formar una molécula simétrica. Una característica importante es la presencia de átomos de zinc (Zn) en el eje de simetría, que están rodeados por tres moléculas de agua y tres residuos de histamina en la posición B10.

El hexámero es una forma inactiva con estabilidad a largo plazo, que sirve como una forma de mantener protegida la insulina altamente reactiva, pero fácilmente disponible. La conversión de hexámero-monómero es uno de los aspectos centrales de las formulaciones de insulina para inyección. El hexámero es mucho más estable que el monómero, lo cual es deseable por razones prácticas; sin embargo, el monómero es un fármaco que reacciona mucho más rápido porque la velocidad de difusión está inversamente relacionada con el tamaño de las partículas. Un fármaco de reacción rápida significa que las inyecciones de insulina no tienen que preceder a las comidas por horas, lo que a su vez les da a las personas con diabetes más flexibilidad en sus horarios diarios. La insulina puede agregarse y formar láminas beta interdigitadas fibrilares. Esto puede causar amiloidosis por inyección e impide el almacenamiento de insulina durante períodos prolongados.

Función

Secreción

Las células beta de los islotes de Langerhans liberan insulina en dos fases. La liberación de la primera fase se desencadena rápidamente en respuesta al aumento de los niveles de glucosa en sangre y dura unos 10 minutos. La segunda fase es una liberación lenta y sostenida de vesículas recién formadas desencadenadas independientemente del azúcar, que alcanza su punto máximo en 2 a 3 horas. Las dos fases de la liberación de insulina sugieren que los gránulos de insulina están presentes en diversas poblaciones declaradas o "grupos". Durante la primera fase de exocitosis de insulina, la mayoría de los gránulos que predisponen a la exocitosis se liberan después de la internalización del calcio. Este grupo se conoce como grupo fácilmente liberable (RRP). Los gránulos de RRP representan el 0,3-0,7% de la población total de gránulos que contienen insulina y se encuentran inmediatamente adyacentes a la membrana plasmática. Durante la segunda fase de la exocitosis,Por tanto, la segunda fase de la liberación de insulina se rige por la velocidad a la que los gránulos se preparan para su liberación. Este grupo se conoce como grupo de reserva (RP). La RP se libera más lentamente que la RRP (RRP: 18 gránulos/min; RP: 6 gránulos/min). La liberación reducida de insulina en la primera fase puede ser el defecto detectable más temprano de las células beta que predice el inicio de la diabetes tipo 2. La liberación de primera fase y la sensibilidad a la insulina son predictores independientes de diabetes.

La descripción de la liberación de la primera fase es la siguiente:

• La glucosa ingresa a las células β a través de los transportadores de glucosa, GLUT 2. A niveles bajos de azúcar en la sangre, poca glucosa ingresa a las células β; a altas concentraciones de glucosa en sangre, grandes cantidades de glucosa ingresan a estas células.
• La glucosa que ingresa a la célula β es fosforilada a glucosa-6-fosfato (G-6-P) por la glucoquinasa (hexoquinasa IV) que no es inhibida por G-6-P de la misma manera que las hexoquinasas en otros tejidos (hexoquinasa). I – III) se ven afectados por este producto. Esto significa que la concentración intracelular de G-6-P permanece proporcional a la concentración de azúcar en la sangre.
• La glucosa-6-fosfato ingresa a la vía glucolítica y luego, a través de la reacción de la piruvato deshidrogenasa, al ciclo de Krebs, donde se producen múltiples moléculas de ATP de alta energía mediante la oxidación de acetil CoA (el sustrato del ciclo de Krebs), lo que conduce a un aumento en la relación ATP:ADP dentro de la célula.
• Una relación ATP:ADP intracelular aumentada cierra el canal de potasio SUR1/Kir6.2 sensible a ATP (ver receptor de sulfonilurea). Esto evita que los iones de potasio (K) abandonen la célula por difusión facilitada, lo que lleva a una acumulación de iones de potasio intracelulares. Como resultado, el interior de la célula se vuelve menos negativo con respecto al exterior, lo que lleva a la despolarización de la membrana de la superficie celular.
• Tras la despolarización, los canales de iones de calcio (Ca) dependientes de voltaje se abren, lo que permite que los iones de calcio entren en la célula por difusión facilitada.
• La concentración de iones de calcio citosólico también puede incrementarse mediante la liberación de calcio de las reservas intracelulares a través de la activación de los receptores de rianodina.
• La concentración de iones de calcio en el citosol de las células beta también puede aumentar mediante la activación de la fosfolipasa C resultante de la unión de un ligando extracelular (hormona o neurotransmisor) a un receptor de membrana acoplado a proteína G. La fosfolipasa C escinde el fosfolípido de la membrana, el fosfatidil inositol 4,5-bifosfato, en inositol 1,4,5-trifosfato y diacilglicerol. El inositol 1,4,5-trifosfato (IP3) luego se une a las proteínas receptoras en la membrana plasmática del retículo endoplásmico (RE). Esto permite la liberación de Caiones del ER a través de canales activados por IP3, lo que eleva la concentración citosólica de iones de calcio independientemente de los efectos de una concentración alta de glucosa en sangre. La estimulación parasimpática de los islotes pancreáticos opera a través de esta vía para aumentar la secreción de insulina en la sangre.
• El aumento significativo de la cantidad de iones de calcio en el citoplasma de las células provoca la liberación en la sangre de insulina previamente sintetizada, que se ha almacenado en vesículas secretoras intracelulares.

Este es el mecanismo principal para la liberación de insulina. Otras sustancias que se sabe que estimulan la liberación de insulina incluyen los aminoácidos arginina y leucina, la liberación parasimpática de acetilcolina (que actúa a través de la vía de la fosfolipasa C), sulfonilurea, colecistoquinina (CCK, también a través de la fosfolipasa C) y las incretinas de origen gastrointestinal, como el glucagón- como el péptido-1 (GLP-1) y el péptido insulinotrópico dependiente de glucosa (GIP).

La norepinefrina (noradrenalina) inhibe fuertemente la liberación de insulina, lo que conduce a un aumento de los niveles de glucosa en sangre durante el estrés. Parece que la liberación de catecolaminas por el sistema nervioso simpático tiene influencias conflictivas sobre la liberación de insulina por parte de las células beta, porque la liberación de insulina es inhibida por los receptores adrenérgicos α ₂ y estimulada por los receptores adrenérgicos β _2. El efecto neto de la norepinefrina de los nervios simpáticos y la epinefrina de las glándulas suprarrenales sobre la liberación de insulina es la inhibición debida a la dominancia de los receptores adrenérgicos α.

Cuando el nivel de glucosa desciende al valor fisiológico habitual, la liberación de insulina de las células β disminuye o se detiene. Si el nivel de glucosa en la sangre cae por debajo de esto, especialmente a niveles peligrosamente bajos, la liberación de hormonas hiperglucémicas (principalmente glucagón de las células alfa de los islotes de Langerhans) fuerza la liberación de glucosa en la sangre desde las reservas de glucógeno del hígado, complementada con gluconeogénesis si el glucógeno las tiendas se agotan. Al aumentar la glucosa en sangre, las hormonas hiperglucémicas previenen o corrigen la hipoglucemia potencialmente mortal.

En la prueba de tolerancia a la glucosa se puede observar evidencia de una liberación de insulina alterada en la primera fase, demostrada por un nivel de glucosa en sangre sustancialmente elevado 30 minutos después de la ingestión de una carga de glucosa (75 o 100 g de glucosa), seguido de una caída lenta los 100 minutos siguientes, para mantenerse por encima de 120 mg/100 ml pasadas dos horas desde el inicio de la prueba. En una persona normal, el nivel de glucosa en sangre se corrige (e incluso puede corregirse ligeramente en exceso) al final de la prueba. Un pico de insulina es una "primera respuesta" al aumento de la glucosa en sangre, esta respuesta es individual y específica de la dosis, aunque siempre se supuso previamente que era específica del tipo de alimento solamente.

Oscilaciones

Incluso durante la digestión, en general, una o dos horas después de una comida, la liberación de insulina del páncreas no es continua, sino que oscila con un período de 3 a 6 minutos, pasando de generar una concentración de insulina en sangre a más de aproximadamente 800 p mol/l a menos de 100 pmol/l (en ratas). Se cree que esto evita la regulación a la baja de los receptores de insulina en las células diana y ayuda al hígado a extraer insulina de la sangre. Es importante tener en cuenta esta oscilación cuando se administran medicamentos estimulantes de la insulina, ya que es la concentración sanguínea oscilante de la liberación de insulina lo que, idealmente, debería lograrse, no una concentración alta constante.Esto puede lograrse administrando insulina rítmicamente a la vena porta, mediante administración activada por luz o mediante trasplante de células de los islotes al hígado.

Nivel de insulina en sangre

El nivel de insulina en sangre se puede medir en unidades internacionales, como µUI/mL o en concentración molar, como pmol/L, donde 1 µUI/mL equivale a 6,945 pmol/L. Un nivel sanguíneo típico entre comidas es de 8 a 11 μUI/mL (57 a 79 pmol/L).

Transducción de señales

Los efectos de la insulina se inician por su unión a un receptor, el receptor de insulina (IR), presente en la membrana celular. La molécula receptora contiene subunidades α y β. Dos moléculas se unen para formar lo que se conoce como homodímero. La insulina se une a las subunidades α del homodímero, que mira hacia el lado extracelular de las células. Las subunidades β tienen actividad enzimática de tirosina quinasa que se desencadena por la unión a la insulina. Esta actividad provoca la autofosforilación de las subunidades β y posteriormente la fosforilación de proteínas en el interior de la célula conocidas como sustratos del receptor de insulina (IRS). La fosforilación del IRS activa una cascada de transducción de señales que conduce a la activación de otras quinasas, así como de factores de transcripción que median los efectos intracelulares de la insulina.

La cascada que conduce a la inserción de transportadores de glucosa GLUT4 en las membranas celulares de las células musculares y grasas, y a la síntesis de glucógeno en el tejido hepático y muscular, así como a la conversión de glucosa en triglicéridos en el hígado, tejido adiposo y mamas lactantes. tejido glandular, opera a través de la activación, por IRS-1, de fosfoinositol 3 quinasa (PI3K). Esta enzima convierte un fosfolípido de la membrana celular llamado fosfatidilinositol 4,5-bisfosfato (PIP2), en fosfatidilinositol 3,4,5-trifosfato (PIP3), que a su vez activa la proteína quinasa B (PKB). La PKB activada facilita la fusión de los endosomas que contienen GLUT4 con la membrana celular, lo que da como resultado un aumento de los transportadores GLUT4 en la membrana plasmática.PKB también fosforila la glucógeno sintasa quinasa (GSK), inactivando así esta enzima.Esto significa que su sustrato, la glucógeno sintasa (GS), no puede fosforilarse y permanece desfosforilada y, por lo tanto, activa. La enzima activa, la glucógeno sintasa (GS), cataliza el paso limitante de la velocidad en la síntesis de glucógeno a partir de glucosa. Desfosforilaciones similares afectan a las enzimas que controlan la tasa de glucólisis que conducen a la síntesis de grasas a través de malonil-CoA en los tejidos que pueden generar triglicéridos, y también a las enzimas que controlan la tasa de gluconeogénesis en el hígado. El efecto general de estas desfosforilaciones enzimáticas finales es que, en los tejidos que pueden llevar a cabo estas reacciones, se estimula la síntesis de glucógeno y grasa a partir de la glucosa, y se inhibe la producción de glucosa por parte del hígado a través de la glucogenólisis y la gluconeogénesis.También se inhibe la descomposición de los triglicéridos por el tejido adiposo en ácidos grasos libres y glicerol.

Después de que se ha producido la señal intracelular que resultó de la unión de la insulina a su receptor, se necesita la terminación de la señalización. Como se menciona más adelante en la sección sobre degradación, la endocitosis y la degradación del receptor unido a la insulina es un mecanismo principal para terminar la señalización. Además, la vía de señalización también termina por la desfosforilación de los residuos de tirosina en las diversas vías de señalización por tirosina fosfatasas. También se sabe que las serina/treonina quinasas reducen la actividad de la insulina.

La estructura del complejo insulina-receptor de insulina se ha determinado mediante técnicas de cristalografía de rayos X.

Efectos fisiológicos

Las acciones de la insulina a nivel global del metabolismo humano incluyen:

• Aumento de la ingesta celular de ciertas sustancias, principalmente glucosa en el tejido muscular y adiposo (alrededor de dos tercios de las células del cuerpo)
• Aumento de la replicación del ADN y la síntesis de proteínas a través del control de la absorción de aminoácidos
• Modificación de la actividad de numerosas enzimas.

Las acciones de la insulina (indirecta y directa) sobre las células incluyen:

• Estimula la absorción de glucosa: la insulina disminuye la concentración de glucosa en sangre al inducir la ingesta de glucosa por parte de las células. Esto es posible porque la insulina provoca la inserción del transportador GLUT4 en las membranas celulares de los tejidos musculares y grasos, lo que permite que la glucosa ingrese a la célula.
• Aumento de la síntesis de grasas: la insulina obliga a las células grasas a absorber glucosa en sangre, que se convierte en triglicéridos; la disminución de la insulina provoca lo contrario.
• Aumento de la esterificación de los ácidos grasos: obliga al tejido adiposo a producir grasas neutras (es decir, triglicéridos) a partir de los ácidos grasos; la disminución de la insulina provoca lo contrario.
• Disminución de la lipólisis: fuerza la reducción en la conversión de las reservas de lípidos de las células grasas en ácidos grasos y glicerol en la sangre; la disminución de la insulina provoca lo contrario.
• Síntesis de glucógeno inducida: cuando los niveles de glucosa son altos, la insulina induce la formación de glucógeno mediante la activación de la enzima hexoquinasa, que agrega un grupo fosfato en la glucosa, lo que da como resultado una molécula que no puede salir de la célula. Al mismo tiempo, la insulina inhibe la enzima glucosa-6-fosfatasa, que elimina el grupo fosfato. Estas dos enzimas son clave para la formación de glucógeno. Además, la insulina activa las enzimas fosfofructoquinasa y glucógeno sintasa que son responsables de la síntesis de glucógeno.
• Disminución de la gluconeogénesis y la glucogenólisis: disminuye la producción de glucosa a partir de sustratos que no son carbohidratos, principalmente en el hígado (la gran mayoría de la insulina endógena que llega al hígado nunca sale del hígado); la disminución de la insulina provoca la producción de glucosa por parte del hígado a partir de diversos sustratos.
• Disminución de la proteólisis: disminución de la descomposición de las proteínas.
• Disminución de la autofagia: disminución del nivel de degradación de los orgánulos dañados. Los niveles posprandiales inhiben completamente la autofagia.
• Aumento de la absorción de aminoácidos: obliga a las células a absorber los aminoácidos circulantes; la disminución de la insulina inhibe la absorción.
• Tono muscular arterial: obliga a los músculos de la pared arterial a relajarse, lo que aumenta el flujo sanguíneo, especialmente en las microarterias; la disminución de la insulina reduce el flujo al permitir que estos músculos se contraigan.
• Aumento de la secreción de ácido clorhídrico por las células parietales del estómago.
• Aumento de la absorción de potasio: obliga a las células a sintetizar glucógeno (una sustancia "húmeda" muy esponjosa que aumenta el contenido de agua intracelular y los iones K que la acompañan) para absorber potasio de los fluidos extracelulares; la falta de insulina inhibe la absorción. El aumento de la insulina en la captación de potasio celular reduce los niveles de potasio en el plasma sanguíneo. Esto posiblemente ocurre a través de la translocación inducida por insulina de la Na/K-ATPasa a la superficie de las células del músculo esquelético.
• Disminución de la excreción renal de sodio.

La insulina también influye en otras funciones corporales, como la distensibilidad vascular y la cognición. Una vez que la insulina ingresa al cerebro humano, mejora el aprendizaje y la memoria y beneficia la memoria verbal en particular. Mejorar la señalización de insulina cerebral mediante la administración de insulina intranasal también mejora la respuesta termorreguladora y glucorreguladora aguda a la ingesta de alimentos, lo que sugiere que la insulina del sistema nervioso central contribuye a la coordinación de una amplia variedad de procesos homeostáticos o reguladores en el cuerpo humano. La insulina también tiene efectos estimulantes sobre la hormona liberadora de gonadotropina del hipotálamo, favoreciendo así la fertilidad.

Degradación

Una vez que una molécula de insulina se ha acoplado al receptor y ha efectuado su acción, puede ser liberada de nuevo al entorno extracelular o puede ser degradada por la célula. Los dos sitios primarios para el aclaramiento de insulina son el hígado y el riñón. El hígado elimina la mayor parte de la insulina durante el tránsito de primer paso, mientras que el riñón elimina la mayor parte de la insulina en la circulación sistémica. La degradación implica normalmente la endocitosis del complejo insulina-receptor, seguida de la acción de la enzima degradadora de la insulina. Se estima que una molécula de insulina producida endógenamente por las células beta se degrada aproximadamente una hora después de su liberación inicial a la circulación (vida media de la insulina ~ 4 a 6 minutos).

Regulador del metabolismo endocannabinoide

La insulina es un importante regulador del metabolismo de los endocannabinoides (EC) y se ha demostrado que el tratamiento con insulina reduce las EC intracelulares, el 2-araquidonoilglicerol (2-AG) y la anandamida (AEA), que se corresponden con los cambios de expresión sensibles a la insulina en las enzimas del metabolismo de las EC. En los adipocitos resistentes a la insulina, los patrones de expresión de la enzima inducida por la insulina se alteran de manera consistente con una síntesis elevada de EC y una degradación reducida de EC. Los hallazgos sugieren que los adipocitos resistentes a la insulina no regulan el metabolismo de las EC y disminuyen los niveles intracelulares de EC en respuesta a la estimulación con insulina, por lo que los individuos obesos resistentes a la insulina exhiben concentraciones aumentadas de EC.Esta desregulación contribuye a la acumulación excesiva de grasa visceral y a la reducción de la liberación de adiponectina del tejido adiposo abdominal, además de la aparición de varios factores de riesgo cardiometabólicos que están asociados con la obesidad y la diabetes tipo 2.

Hipoglucemia

La hipoglucemia, también conocida como "nivel bajo de azúcar en la sangre", es cuando el azúcar en la sangre desciende por debajo de los niveles normales. Esto puede resultar en una variedad de síntomas que incluyen torpeza, dificultad para hablar, confusión, pérdida del conocimiento, convulsiones o la muerte. También puede presentarse una sensación de hambre, sudoración, temblores y debilidad. Los síntomas suelen aparecer rápidamente.

La causa más común de hipoglucemia son los medicamentos utilizados para tratar la diabetes mellitus, como la insulina y las sulfonilureas. El riesgo es mayor en los diabéticos que han comido menos de lo habitual, han hecho más ejercicio de lo habitual o han bebido alcohol. Otras causas de hipoglucemia incluyen insuficiencia renal, ciertos tumores, como insulinoma, enfermedad hepática, hipotiroidismo, inanición, errores congénitos del metabolismo, infecciones graves, hipoglucemia reactiva y varios medicamentos, incluido el alcohol. El nivel bajo de azúcar en la sangre puede ocurrir en bebés sanos que no han comido durante algunas horas.

Enfermedades y síndromes

Hay varias condiciones en las que la alteración de la insulina es patológica:

• Diabetes mellitus: término general que se refiere a todos los estados caracterizados por hiperglucemia. Puede ser de los siguientes tipos:
  • Tipo 1: destrucción mediada por autoinmunidad de las células β productoras de insulina en el páncreas, lo que resulta en una deficiencia absoluta de insulina
  • Tipo 2: producción inadecuada de insulina por parte de las células β o resistencia a la insulina o ambas por razones que no se comprenden por completo.
    • existe correlación con la dieta, con el sedentarismo, con la obesidad, con la edad y con el síndrome metabólico. La causalidad se ha demostrado en múltiples organismos modelo, incluidos ratones y monos; Es importante destacar que las personas no obesas contraen diabetes tipo 2 debido a la dieta, el estilo de vida sedentario y factores de riesgo desconocidos, aunque es importante tener en cuenta que esto puede no ser una relación causal.
    • es probable que exista una susceptibilidad genética a desarrollar diabetes tipo 2 en determinadas condiciones ambientales
  • Otros tipos de intolerancia a la glucosa (ver Diabetes)
• Insulinoma: un tumor de células beta que produce exceso de insulina o hipoglucemia reactiva.
• Síndrome metabólico: una afección poco conocida que Gerald Reaven denominó por primera vez síndrome X. No está claro si el síndrome tiene una causa única y tratable o si es el resultado de cambios corporales que conducen a la diabetes tipo 2. Se caracteriza por presión arterial elevada, dislipidemia (alteraciones en las formas de colesterol y otros lípidos sanguíneos) y aumento de la circunferencia de la cintura (al menos en poblaciones de gran parte del mundo desarrollado). La causa subyacente básica puede ser la resistencia a la insulina que precede a la diabetes tipo 2, que es una capacidad disminuida de respuesta a la insulina en algunos tejidos (p. ej., músculo, grasa). Es común que se desarrollen morbilidades como hipertensión esencial, obesidad, diabetes tipo 2 y enfermedad cardiovascular (ECV).
• Síndrome de ovario poliquístico: un síndrome complejo en mujeres en edad reproductiva en el que la anovulación y el exceso de andrógenos se manifiestan comúnmente como hirsutismo. En muchos casos de SOP hay resistencia a la insulina.

Usos medicos

La insulina humana biosintética (insulina humana rDNA, INN) para uso clínico se fabrica mediante tecnología de ADN recombinante. La insulina humana biosintética tiene mayor pureza en comparación con la insulina animal extractiva, pureza mejorada que reduce la formación de anticuerpos. Los investigadores lograron introducir el gen de la insulina humana en las plantas como otro método para producir insulina ("biofarmacia") en cártamo. Se prevé que esta técnica reduzca los costes de producción.

Están disponibles varios análogos de la insulina humana. Estos análogos de insulina están estrechamente relacionados con la estructura de la insulina humana y se desarrollaron para aspectos específicos del control glucémico en términos de acción rápida (insulinas prandiales) y acción prolongada (insulinas basales). El primer análogo de insulina biosintético fue desarrollado para uso clínico a la hora de las comidas (insulina prandial), Humalog (insulina lispro), se absorbe más rápidamente después de la inyección subcutánea que la insulina regular, con un efecto de 15 minutos después de la inyección. Otros análogos de acción rápida son NovoRapid y Apidra, con perfiles similares.Todos se absorben rápidamente debido a las secuencias de aminoácidos que reducen la formación de dímeros y hexámeros (las insulinas monoméricas se absorben más rápidamente). Las insulinas de acción rápida no requieren el intervalo entre inyección y comida recomendado anteriormente para la insulina humana y la insulina animal. El otro tipo es la insulina de acción prolongada; el primero de ellos fue Lantus (insulina glargina). Estos tienen un efecto constante durante un período prolongado de 18 a 24 horas. Asimismo, otro análogo de insulina prolongada (Levemir) se basa en un enfoque de acilación de ácidos grasos. A este análogo se le une una molécula de ácido mirístico, que asocia la molécula de insulina a la abundante albúmina sérica, lo que a su vez prolonga el efecto y reduce el riesgo de hipoglucemia. Ambos análogos prolongados deben tomarse solo una vez al día y se usan para diabéticos tipo 1 como insulina basal.La insulina también se usa en muchas líneas celulares, como CHO-s, HEK 293 o Sf9, para la fabricación de anticuerpos monoclonales, vacunas contra virus y productos de terapia génica.

La insulina generalmente se administra como inyecciones subcutáneas con jeringas de un solo uso con agujas, a través de una bomba de insulina o mediante plumas de insulina de uso repetido con agujas desechables. La insulina inhalada también está disponible en el mercado estadounidense.

A diferencia de muchos medicamentos, la insulina no se puede tomar por vía oral porque, como casi todas las demás proteínas que se introducen en el tracto gastrointestinal, se reduce a fragmentos, con lo cual se pierde toda actividad. Ha habido algunas investigaciones sobre formas de proteger la insulina del tracto digestivo, de modo que pueda administrarse por vía oral o sublingual.

En 2021, la Organización Mundial de la Salud agregó la insulina a su lista modelo de medicamentos esenciales.

Historia de estudio

Descubrimiento

En 1869, mientras estudiaba la estructura del páncreas bajo un microscopio, Paul Langerhans, un estudiante de medicina en Berlín, identificó algunos cúmulos de tejido que antes habían pasado desapercibidos esparcidos por la mayor parte del páncreas. La función de los "pequeños montones de células", más tarde conocidos como los islotes de Langerhans, inicialmente se desconocía, pero Édouard Laguesse sugirió más tarde que podrían producir secreciones que desempeñan un papel regulador en la digestión. El hijo de Paul Langerhans, Archibald, también ayudó a comprender este papel regulador.

En 1889, el médico Oskar Minkowski, en colaboración con Joseph von Mering, extirpó el páncreas de un perro sano para probar su supuesto papel en la digestión. Al analizar la orina encontraron azúcar, estableciendo por primera vez una relación entre el páncreas y la diabetes. En 1901, el médico y científico estadounidense Eugene Lindsay Opie dio otro gran paso cuando aisló el papel del páncreas a los islotes de Langerhans: "Diabetes mellitus cuando el resultado de una lesión del páncreas es causada por la destrucción del islas de Langerhans y se produce sólo cuando estos cuerpos son parcial o totalmente destruidos".

Durante las próximas dos décadas, los investigadores hicieron varios intentos de aislar las secreciones de los islotes. En 1906, George Ludwig Zuelzer logró un éxito parcial en el tratamiento de perros con extracto pancreático, pero no pudo continuar con su trabajo. Entre 1911 y 1912, EL Scott de la Universidad de Chicago probó extractos pancreáticos acuosos y notó "una ligera disminución de la glucosuria", pero no pudo convencer a su director del valor de su trabajo; fue cerrado. Israel Kleiner demostró efectos similares en la Universidad Rockefeller en 1915, pero la Primera Guerra Mundial interrumpió su trabajo y no volvió a él.

En 1916, Nicolae Paulescu desarrolló un extracto pancreático acuoso que, cuando se inyectaba en un perro diabético, tenía un efecto normalizador sobre los niveles de azúcar en la sangre. Tuvo que interrumpir sus experimentos a causa de la Primera Guerra Mundial, y en 1921 escribió cuatro artículos sobre su trabajo realizado en Bucarest y sus pruebas en un perro diabético. Más tarde ese año, publicó "Investigación sobre el papel del páncreas en la asimilación de alimentos".

El nombre "insulina" fue acuñado por Edward Albert Sharpey-Schafer en 1916 para una molécula hipotética producida por los islotes pancreáticos de Langerhans (latín insula para islote o isla) que controla el metabolismo de la glucosa. Sin que Sharpey-Schafer lo supiera, Jean de Meyer había introducido la palabra muy similar "insulina" en 1909 para la misma molécula.

Extracción y purificación

En octubre de 1920, el canadiense Frederick Banting concluyó que las secreciones digestivas que Minkowski había estudiado originalmente estaban descomponiendo la secreción de los islotes, por lo que era imposible extraerla con éxito. Banting, cirujano de formación, sabía que los bloqueos del conducto pancreático provocarían la atrofia de la mayor parte del páncreas, dejando intactos los islotes de Langerhans. Razonó que se podría hacer un extracto relativamente puro de los islotes una vez que la mayor parte del resto del páncreas hubiera desaparecido. Se escribió una nota a sí mismo: "Liga los conductos pancreáticos del perro. Mantenga a los perros vivos hasta que los acinos degeneren y dejen islotes. Trate de aislar la secreción interna de estos y aliviar la glucosuria".

En la primavera de 1921, Banting viajó a Toronto para explicar su idea a JJR Macleod, profesor de fisiología de la Universidad de Toronto. Macleod inicialmente se mostró escéptico, ya que Banting no tenía experiencia en investigación y no estaba familiarizado con la literatura más reciente, pero accedió a proporcionar un espacio de laboratorio para que Banting probara sus ideas. Macleod también hizo arreglos para que dos estudiantes universitarios fueran asistentes de laboratorio de Banting ese verano, pero Banting solo necesitaba un asistente de laboratorio. Charles Best y Clark Noble lanzaron una moneda; Best ganó el sorteo y tomó el primer turno. Esto resultó desafortunado para Noble, ya que Banting se quedó con Best durante todo el verano y finalmente compartió la mitad del dinero del Premio Nobel y el crédito por el descubrimiento con Best.El 30 de julio de 1921, Banting y Best aislaron con éxito un extracto ("isleton") de los islotes de un perro con conductos atados y lo inyectaron en un perro diabético y descubrieron que el extracto reducía su azúcar en sangre en un 40% en 1 hora.

Banting y Best presentaron sus resultados a Macleod a su regreso a Toronto en el otoño de 1921, pero Macleod señaló fallas en el diseño experimental y sugirió que los experimentos se repitieran con más perros y mejor equipo. Trasladó a Banting y Best a un laboratorio mejor y comenzó a pagarle a Banting un salario de sus becas de investigación. Varias semanas después, la segunda ronda de experimentos también fue un éxito y Macleod ayudó a publicar sus resultados de forma privada en Toronto ese noviembre. Atascado por la laboriosa tarea de atar los conductos de los perros y esperando varias semanas para extraer la insulina, Banting tuvo la idea de extraer insulina del páncreas fetal de ternera, que aún no había desarrollado glándulas digestivas. Para diciembre, también habían logrado extraer insulina del páncreas de una vaca adulta. Macleod interrumpió todas las demás investigaciones en su laboratorio para concentrarse en la purificación de la insulina. Invitó al bioquímico James Collip a ayudar con esta tarea y el equipo se sintió listo para una prueba clínica dentro de un mes.

El 11 de enero de 1922, Leonard Thompson, un diabético de 14 años que yacía moribundo en el Hospital General de Toronto, recibió la primera inyección de insulina. Sin embargo, el extracto era tan impuro que Thompson sufrió una reacción alérgica grave y se cancelaron las inyecciones posteriores. Durante los siguientes 12 días, Collip trabajó día y noche para mejorar el extracto de páncreas de buey. Se inyectó una segunda dosis el 23 de enero, eliminando por completo la glucosuria típica de la diabetes sin causar efectos secundarios evidentes. La primera paciente estadounidense fue Elizabeth Hughes, hija del secretario de Estado de los Estados Unidos, Charles Evans Hughes. El primer paciente tratado en los EE. UU. fue el futuro artista de grabado en madera James D. Havens; El Dr. John Ralston Williams importó insulina de Toronto a Rochester, Nueva York, para tratar Havens.

Banting y Best nunca trabajaron bien con Collip, considerándolo como una especie de intruso, y Collip abandonó el proyecto poco después. Durante la primavera de 1922, Best logró mejorar sus técnicas hasta el punto en que se podían extraer grandes cantidades de insulina a pedido, pero la preparación seguía siendo impura. La firma farmacéutica Eli Lilly and Company había ofrecido asistencia poco después de las primeras publicaciones en 1921, y aceptaron la oferta de Lilly en abril. En noviembre, el químico jefe de Lilly, George B. Walden, descubrió la precipitación isoeléctrica y pudo producir grandes cantidades de insulina altamente refinada. Poco tiempo después, la insulina se puso a la venta al público en general.

Patentar

Hacia fines de enero de 1922, aumentaron las tensiones entre los cuatro "co-descubridores" de la insulina y Collip amenazaron brevemente con patentar por separado su proceso de purificación. John G. FitzGerald, director de la institución de salud pública no comercial Connaught Laboratories, intervino como pacificador. El acuerdo resultante del 25 de enero de 1922 estableció dos condiciones clave: 1) que los colaboradores firmarían un contrato en el que se comprometían a no obtener una patente con una empresa farmacéutica comercial durante un período inicial de trabajo con Connaught; y 2) que no se permitirían cambios en la política de investigación a menos que se discutieran primero entre FitzGerald y los cuatro colaboradores. Ayudó a contener el desacuerdo y vinculó la investigación al mandato público de Connaught.

Inicialmente, Macleod y Banting se mostraron particularmente reacios a patentar su proceso para la insulina por motivos de ética médica. Sin embargo, seguía habiendo preocupaciones de que un tercero privado secuestraría y monopolizaría la investigación (como había insinuado Eli Lilly and Company), y que la distribución segura sería difícil de garantizar sin la capacidad de control de calidad. Con este fin, Edward Calvin Kendall dio valiosos consejos. Había aislado la tiroxina en la Clínica Mayo en 1914 y patentado el proceso mediante un acuerdo entre él, los hermanos Mayo y la Universidad de Minnesota, transfiriendo la patente a la universidad pública.El 12 de abril, Banting, Best, Collip, Macleod y FitzGerald escribieron conjuntamente al presidente de la Universidad de Toronto para proponer un arreglo similar con el objetivo de asignar una patente a la Junta de Gobernadores de la Universidad. La carta enfatizó que:

La patente no se utilizaría para ningún otro fin que el de impedir que otras personas obtengan una patente. Cuando se publiquen los detalles del método de preparación, cualquiera sería libre de preparar el extracto, pero nadie podría asegurar un monopolio rentable.

La asignación a la Junta de Gobernadores de la Universidad de Toronto se completó el 15 de enero de 1923, por el pago simbólico de $ 1,00. El arreglo fue felicitado en The World's Work en 1923 como "un paso adelante en la ética médica". También ha recibido mucha atención de los medios en la década de 2010 con respecto al tema de la asequibilidad de la atención médica y los medicamentos.

Luego de una mayor preocupación con respecto a los intentos de Eli Lilly de patentar por separado partes del proceso de fabricación, el subdirector y jefe de la división de insulina de Connaught, Robert Defries, estableció una política de agrupación de patentes que requeriría que los productores compartieran libremente cualquier mejora en el proceso de fabricación sin comprometer la asequibilidad.

Análisis estructural y síntesis.

La insulina de origen animal purificada fue inicialmente el único tipo de insulina disponible para experimentos y diabéticos. John Jacob Abel fue el primero en producir la forma cristalizada en 1926. La evidencia de la naturaleza de la proteína fue dada por primera vez por Michael Somogyi, Edward A. Doisy y Philip A. Shaffer en 1924. Se demostró plenamente cuando Hans Jensen y Earl A. Evans Jr. aisló los aminoácidos fenilalanina y prolina en 1935.

La estructura de aminoácidos de la insulina fue caracterizada por primera vez en 1951 por Frederick Sanger, y la primera insulina sintética se produjo simultáneamente en los laboratorios de Panayotis Katsoyannis en la Universidad de Pittsburgh y Helmut Zahn en la Universidad RWTH Aachen a mediados de la década de 1960. Investigadores chinos lograron la insulina bovina cristalina sintética en 1965. La estructura tridimensional completa de la insulina se determinó mediante cristalografía de rayos X en el laboratorio de Dorothy Hodgkin en 1969.

El Dr. Hans E. Weber descubrió la preproinsulina mientras trabajaba como investigador en la Universidad de California en Los Ángeles en 1974. En 1973-1974, Weber aprendió las técnicas para aislar, purificar y traducir el ARN mensajero. Para investigar más a fondo la insulina, obtuvo tejidos pancreáticos de un matadero en Los Ángeles y luego de animales en UCLA. Aisló y purificó el ARN mensajero total de las células de los islotes pancreáticos que luego se tradujo en ovocitos de Xenopus laevis.y se precipitó utilizando anticuerpos anti-insulina. Cuando la proteína traducida total se llevó a cabo en una electroforesis en gel de SDS-poliacrilamida y un gradiente de sacarosa, se aislaron los picos correspondientes a la insulina y la proinsulina. Sin embargo, para sorpresa del Dr. Weber se aisló un tercer pico correspondiente a una molécula más grande que la proinsulina. Después de reproducir el experimento varias veces, notó constantemente este gran pico antes de la proinsulina que determinó que debía ser una molécula precursora más grande aguas arriba de la proinsulina. En mayo de 1975, en la reunión de la Asociación Americana de Diabetes en Nueva York, Weber hizo una presentación oral de su trabajo.donde fue el primero en nombrar a esta molécula precursora "preproinsulina". Después de esta presentación oral, el Dr. Donald Steiner, un investigador que contribuyó a la caracterización de la proinsulina, invitó a Weber a cenar para discutir su artículo y sus hallazgos. Un año después, en abril de 1976, Steiner caracterizó y secuenció aún más esta molécula, haciendo referencia al trabajo y descubrimiento de Hans Weber. La preproinsulina se convirtió en una molécula importante para estudiar el proceso de transcripción y traducción.

La primera insulina "humana" sintética modificada genéticamente fue producida utilizando E. coli en 1978 por Arthur Riggs y Keiichi Itakura en el Instituto de Investigación Beckman de City of Hope en colaboración con Herbert Boyer en Genentech. Genentech, fundada por Swanson, Boyer y Eli Lilly and Company, pasó en 1982 a vender la primera insulina humana biosintética comercialmente disponible bajo la marca Humulin. La gran mayoría de la insulina utilizada en todo el mundo es insulina "humana" recombinante biosintética o sus análogos. Recientemente, un grupo pionero de investigadores canadienses ha utilizado otro enfoque, utilizando una planta de cártamo de fácil cultivo, para la producción de insulina mucho más barata.

La insulina recombinante se produce en levaduras (generalmente Saccharomyces cerevisiae) o E. coli.En la levadura, la insulina se puede diseñar como una proteína de cadena única con un sitio de endoproteasa KexII (un homólogo de levadura de PCI/PCII) que separa la cadena A de insulina de una cadena B de insulina truncada en el extremo C. Luego, una cola C-terminal sintetizada químicamente se injerta en insulina mediante proteólisis inversa utilizando la proteasa tripsina de bajo costo; típicamente, la lisina en la cola C-terminal está protegida con un grupo protector químico para evitar la proteólisis. La facilidad de la síntesis modular y la seguridad relativa de las modificaciones en esa región explican los análogos de insulina comunes con modificaciones C-terminales (p. ej., lispro, aspart, glulisina). La síntesis de Genentech y la síntesis completamente química como la de Bruce Merrifield no son preferidas porque la eficiencia de recombinar las dos cadenas de insulina es baja.

Premios Nobel

El comité del Premio Nobel en 1923 atribuyó la extracción práctica de insulina a un equipo de la Universidad de Toronto y otorgó el Premio Nobel a dos hombres: Frederick Banting y JJR Macleod. Fueron galardonados con el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1923 por el descubrimiento de la insulina. Banting, indignado porque Best no fue mencionado, compartió su premio con él, y Macleod inmediatamente compartió el suyo con James Collip. La patente de la insulina se vendió a la Universidad de Toronto por un dólar.

Se han otorgado otros dos premios Nobel por trabajos sobre la insulina. El biólogo molecular británico Frederick Sanger, quien determinó la estructura primaria de la insulina en 1955, recibió el Premio Nobel de Química en 1958. Rosalyn Sussman Yalow recibió el Premio Nobel de Medicina de 1977 por el desarrollo del radioinmunoensayo de insulina.

Varios premios Nobel también tienen una conexión indirecta con la insulina. George Minot, co-ganador del Premio Nobel de 1934 por el desarrollo del primer tratamiento efectivo para la anemia perniciosa, tenía diabetes mellitus. El Dr. William Castle observó que el descubrimiento de la insulina en 1921, que llegó a tiempo para mantener con vida a Minot, también fue responsable del descubrimiento de una cura para la anemia perniciosa. Dorothy Hodgkin recibió el Premio Nobel de Química en 1964 por el desarrollo de la cristalografía, la técnica que utilizó para descifrar la estructura molecular completa de la insulina en 1969.

Controversia

El trabajo publicado por Banting, Best, Collip y Macleod representó la preparación de un extracto de insulina purificada adecuado para su uso en pacientes humanos. Aunque Paulescu descubrió los principios del tratamiento, su extracto salino no podía usarse en humanos; no fue mencionado en el Premio Nobel de 1923. El profesor Ian Murray fue particularmente activo en trabajar para corregir "el error histórico" contra Nicolae Paulescu. Murray fue profesor de fisiología en el Anderson College of Medicine en Glasgow, Escocia, jefe del departamento de Enfermedades Metabólicas en un importante hospital de Glasgow, vicepresidente de la Asociación Británica de Diabetes y miembro fundador de la Federación Internacional de Diabetes.. Murray escribió:

No se le ha dado suficiente reconocimiento a Paulescu, el distinguido científico rumano, que en el momento en que el equipo de Toronto comenzaba su investigación ya había logrado extraer la hormona antidiabética del páncreas y demostrar su eficacia para reducir la hiperglucemia en perros diabéticos.

En una comunicación privada, el profesor Arne Tiselius, ex director del Instituto Nobel, expresó su opinión personal de que Paulescu era igualmente digno del premio en 1923.