Cấu trúc hóa học và sự tổng hợp insulin

Insulin là một protein nhỏ. Insulin người là một phân tử có khối lượng 5808 kDa, gồm 2 chuỗi acid amin (xem hình) được liên kết với nhau bởi những cầu nối disulfide. Khi 2 chuỗi amino acid này bị tách ra, phân tử insulin bị mất hoạt tính chức năng.

Hình. Sơ đồ của phân tử proinsulin của người, trong đó được phân cắt trong bộ máy Golgi của các tế bào beta tuyến tụy để hình thành peptide kết nối (C peptide) và insulin, bao gồm các chuỗi A và B được kết nối bởi các liên kết disulfide. Peptide C và insulin được đóng gói dưới dạng hạt và được tiết ra với số lượng bằng nhau, cùng với một lượng nhỏ proinsulin.

Insulin được tổng hợp ở tế bào beta bởi hệ thống tổng hợp protein thông thường của tế bào, như đã trình bày ở chương 3, bắt đầu bằng việc dịch mã insulin ARN bởi ribosom gắn trên lưới nội sinh chất hạt để hình thành preproinsulin. Phân tử preproinsulin ban đầu có khối lượng 11500 kDa, nhưng sau đó bị cắt ra tại lưới nội chất hạt để hình thành proinsulin có khối lượng 9000 kDa và gồm 3 chuỗi polypeptide A, B, C. Hầu hết proinsulin được cắt tiếp tục ở bộ máy Golgi để hinh thành insulin, gồm hai chuỗi A và B liên kết với nhau bởi các cầu nối disulfide, và chuỗi peptide C, được gọi là connecting peptide (peptide C). Insulin và peptide C được bao gói chung trong hạt tiết và được bài tiết một lượng cân bằng. Khoảng 5-10% sản phẩm tiết cuối cùng vẫn ở dạng proinsulin.

Proinsulin và peptide C gần như không có tác dụng của insulin. Tuy nhiên, peptide C gắn với một cấu trúc màng tế bào, rất có thể là receptor màng bắt cặp với protein G (G protein – coupled membrain receptor, GPCR), và gây ra kích hoạt ít nhất hai hệ thống enzyme, Na-K adenosine triphosphatase và endothelial NO synthase. Mặc dù cả hai hệ thống enzyme này có nhiều chức năng sinh lý nhưng tầm quan trọng của peptide C trong điều hòa những enzyme này vẫn chưa rõ ràng.

Mức độ peptide C có thể đo được bằng phản ứng miễn dịch phóng xạ (Radioimmunoassay: RIA) ở những bệnh nhân đái tháo đường được điều trị bằng insulin để phát hiện có bao nhiêu insulin tự nhiên vẫn được tổng hợp. Những bệnh nhân đái tháo đường type 1 không thể sản xuất insulin sẽ thường có mức độ peptide C giảm đáng kể.

Khi insulin được bài tiết vào máu, nó hầu như lưu thông ở dạng tự do (unbound form). Bởi vì nó có thời gian bán hủy trung bình chỉ khoảng 6 phút nên phần lớn chúng bị loại bỏ khỏi tuần hoàn trong 10-15 phút.

Ngoại trừ phần insulin kết hợp với receptor tại tế bào đích, insulin bị phân hủy bởi enzyme insulinase chủ yếu xảy ra ở gan, một lượng nhỏ hơn ở thận và cơ, và một lượng rất nhỏ ở những mô khác. Sự loại bỏ nhanh chóng insulin khỏi huyết tương là quan trọng vì nó làm nhanh chóng “tắt” những chức năng kiểm soát đã được “bật” bởi insulin.