Однако еще долгие годы попытки выделить гормон поджелудочной железы заканчивались неудачей. Назвали это еще не выделенное вещество инсулином (от лат. insula – остров). Его получение связано с именем канадского физиолога Фредерика Бантинга, у которого от диабета умер отец и который, еще будучи провинциальным врачом, приложил много энергии для раскрытия причины этого заболевания. Он поступил на работу ассистентом в лабораторию Торонского университета, руководимую известным физиологом Дж. Маклеодом. Вместе со своим помощником – студентом Чарльзом Бестом применил метод дегенерации ткани поджелудочной железы, описанный Л. В. Соболевым, с последующей ее экстракцией спиртом. В дальнейшем ученый использовал поджелудочную железу неродившихся телят. Через год упорных работ активное вещество было выделено. Его ввели собакам с удаленной поджелудочной железой. Животные прожили 70 дней, после чего их забили, чтобы удостовериться в том, что поджелудочная железа была удалена полностью. Инъекции этого вещества спасли также тяжелобольного друга Бантинга. Ученому в это время было 30 лет, а его помощнику Ч. Бесту – 22 года. В 1923 г. Бантингу и Маклеоду была присуждена Нобелевская премия.
Через два года после открытия инсулина подобный препарат независимо был получен В. М. Коган-Ясным в Харьковском органотерапевтическом институте.
Всемирная организация здравоохранения в 1971 г. посвятила Всемирный день здоровья пятидесятилетию открытия инсулина.
Через некоторое время после первых работ Бантинга и Беста во многих странах было налажено производство инсулина. Его научились получать из поджелудочных желез убойного скота.
Строение этого гормона было установлено через 30 лет английским биохимиком Фридериком Сенджером. Он разработал простой способ, позволяющий узнавать концевую аминокислоту после расщепления молекулы белка. Проделав большую работу, через десять лет Ф. Сенджер определил последовательность аминокислот в формуле инсулина C254H337N65О75S6. В 1958 г. за эти исследования ученый был удостоен также Нобелевской премии.
Пространственную структуру молекулы инсулина с точностью до 2,8 ангстрем удалось изучить лауреату Нобелевской премии Дороти Кроуфут-Ходжкин. На полученной ею карте распределения электронных плотностей хорошо видны обе полипептидные цепи, а также часть боковых цепей.
Эти исследования послужили толчком для разработки методов синтеза инсулина. Впервые искусственный инсулин получили в ФРГ под руководством Г. Дана. Он состоял из 221 стадии, а выход его был очень малым — всего 1% от теоретического. Самое сложное было расположить дисульфидные мостики. В первом препарате инсулина они занимали случайное положение, поэтому активность гормона была очень низкой.
Американский биохимик Р. Мерифилд синтезировал одну цепь инсулина и соединил ее с цепью натурального инсулина, что позволило значительно увеличить выход чистого вещества.
Синтез инсулина подтвердил, что его молекула имеет массу 6000 (точнее 6733) и состоит из 51 аминокислоты, которые образуют две полипептидные цепи: цепь А включает 21 аминокислоту и цепь В — 30 аминокислот. Была изучена структура инсулина не только человека, но и животных.
Инсулин человека близок по своей структуре к гормону свиньи, собак, кашалота и кролика, отличаясь лишь одной аминокислотой. От инсулина крупного рогатого скота он отличается тремя аминокислотами. Белые крысы вырабатывают два инсулина. Строение инсулина птиц, рыб и морских свинок существенно отличается от строения инсулина человека.
Инсулин человека
Гормон инсулин является первым белком, структуру которого удалось расшифровать, и первым белком, который удалось синтезировать. В настоящее время основная его масса в мире вырабатывается из поджелудочных желез крупного рогатого скота и свиней и достигает нескольких тонн в год.
Содержание инсулина в поджелудочной железе у рыб мало отличается от такового у сухопутных животных и достаточно для промышленного производства. В Японии, например, его получают также из поджелудочных желез рыб и китов. Наибольшее его количество у рыб было обнаружено в так называемых тельцах Станниуса. Наиболее высокая концентрация инсулина, в 40 раз превышающая его содержание в поджелудочных железах млекопитающих, отмечена у свежевыловленных голубых тунцов (225 ед/г).
Инъекции инсулина больным необходимо производить ежедневно, и их количество за определенный промежуток времени может достигать десятков тысяч. Поэтому ученые стремились создать такие формы гормона, которые бы действовали более длительно. Определенные успеха в этой области достигнуты. Кроме того, разрабатываются способы включения инсулина в маленькие капсулки липосомы (построенные из жироподобных веществ), которые смогут предохранить гормон от действия разрушающих его ферментов, что позволит производить лечение путем введения через рот.
В настоящее время фармацевтическая промышленность выпускает довольно большое количество различных видов инсулина: инсулиидез, В-инсулин, суспензия цинк-инсулин аморфный-семиленте, глобин-цинк-инсулин, изофан-инсулин, суспензия цинк-инсулин-ленте, инсулин-рапитард, суспензия инсулин-протамин, суспензия протамин-цинк-инсулин, суспензия цинк-инсулин-кристаллический-ультраленте. Кроме того, разработан способ получения инсулина человека методом генной инженерии. Суть его заключается в том, что ген предшественника инсулина (или гены отдельных цепей инсулина) включают в геном особого штамма кишечной палочки, которая потом синтезирует гормон. Этот процесс очень сложен, и получаемый таким путем инсулин слишком дорог.
Мы не будем здесь описывать особенности биосинтеза инсулина и современные представления о путях развитая диабета, так как это не входит в задачу настоящей книги. Отметим лишь, что островки Лангерганса состоят из двух видов клеток: α и β. Было установлено, что инсулин вырабатывается β-клетками, а в α-клетках происходит биосинтез другого гормона — антагониста инсулина, который назвали глюкагон. Он является пептидом, имеет молекулярную массу 3500 и состоит из 29 аминокислот:
H2N—Гис—Ар—Глн—Гли—Тре—Фен—Тре—Сер—Асп—Тир—Сер—Лиз—Тир—Лей—Асп—Сер—Арг—Арг—Ала—Глн—Асп—Фен—Вал—Глн—Три—Лей—Мет—Асн—Тре—CONH2.
Глюкагон млекопитающих
Еще до недавнего времени считалось, что главной эндокринной железой в организме является небольшое образование в мозгу, называемое гипофизом. Он расположен в основании головного мозга в так называемом турецком седле и соединен ножкой с подбугорковой областью. Его величина примерно 14 мм в поперечнике и 12 мм в высоту, а масса всего 0,5 г. Гипофиз состоит из трех основных частей; передней, средней и задней доли.
Передняя и средняя доли состоят из специфических эпителиальных клеток и называются аденогипофизом, а задняя – из нервных клеток, называется нейрогипофизом.
В передней доле гипофиза вырабатываются следующие гормоны: соматотропин, стимулирующий рост организма; тиротропин, активирующий деятельность щитовидной железы; кортикотропин, повышающий активность надпочечников; гонадотропные (фолликулостимулирующий и лютеинизирующий), контролирующие деятельность половых желез; пролактин, стимулирующий отделение молока; липотропин, регулирующий жировой обмен. В промежуточной доле гипофиза происходит биосинтез меланотропина (гормон стимулирует образование пигмента), а в задней — вазопрессина, или антидиуретического гормона, и окситоцина, стимулирующего сокращение матки.
Важное практическое значение мог бы иметь соматотропный гормон гипофиза, так как он регулирует рост. Введение экстракта гипофиза растущим животным позволяет вырастить их до больших размеров, а недостаточная его выработка организмом вызывает карликовость. Однако было установлено, что соматотропные гормоны животных обладают видовой специфичностью и не проявляют активности при введении человеку. Гормон приходится получать только из гипофизов человеческих трупов, что, конечно, не может обеспечить потребности здравоохранения. Лечение только одного человека длится несколько лет, а в год требуется столько гормона, сколько содержится в 100 – 150 гипофизах. По данным США, из 20 тыс. больных получить лечение соматотропином могут только около тысячи человек. Соматотропный гормон является белком, состоящим из 191 аминокислоты. Провести его синтез очень сложно. Это стало возможным лишь после разработки твердофазного метода получения белков, суть которого заключается в том, что синтез ведется на поверхности твердого носителя. Однако этим методом удается получить очень малые количества белка. Наиболее перспективным в настоящее время является бактериальный синтез соматотропина с использованием метода генной инженерии.
