Diabetes Mellitus-Introducao Teorica-Fisiopatologia e Metabolismo

Tema 3 Diabetes melittus 1 Introdução teórica O diabetes mellitus é um grupo de doenças causadas pela deficiência na secreção ou na ação do hormônio pancreático insulina o que produz profundas anormalidades no metabolismo Há duas classes principais de diabetes o juvenil e o adulto No primeiro a doença começa cedo tornandose severa e no último é lento para se desenvolver moderado e frequentemente não reconhecido Os sintomas característicos do diabetes são sede excessiva e frequente micção levando à ingestão de grandes volumes de água Essas alterações são devidas à excreção de grandes quantidades de glicose na urina glicosúria O grande volume de urina no diabetes reflete a necessidade do rim de excretar uma certa quantidade de água junto com a glicose pois a capacidade do rim de concentrar os solutos na urina tem um limite máximo Outro sintoma é o nível da glicose sanguínea e como é a resposta à ingestão da glicose Quando a concentração da glicose no sangue é significativamente alta é chamada de hiperglicemia O pH do plasma sanguíneo de pessoas severamente diabéticas é frequentemente menor que o valor normal 74 condição esta chamada de acidose É causada pela superprodução de ácidos metabólicos e o pH do sangue pode cair a 68 ou abaixo e levar a lesões irreparáveis nos tecidos e à morte Esse aumento da acidez é um indicativo de alterações profundas no balanço ácidobase do organismo A acidez aumentada é devido à extensa formação de corpos cetônicos no fígado e à sua liberação no sangue Como os tecidos não conseguem utilizar a glicose sanguínea o fígado tenta compensar essa deficiência aumentando a utilização dos ácidos graxos como combustível mas isso provoca a superprodução de corpos cetônicos além da capacidade dos tecidos em oxidálos A atividade de glicocinase está diminuída no diabetes já que é a insulina que estimula a biossíntese dessa enzima Como consequência formase pouco glicogênio Como os carboidratos não estão sendo utilizados as proteínas do organismo são usadas como combustíveis Os aminoácidos sofrem perda dos seus grupos amino e os acetoácidos formados podem sofrer oxidação em dióxido de carbono e água em parte pela via do ciclo do ácido cítrico A administração de insulina para corrigir a deficiência endócrina e a administração de bicarbonato de sódio para corrigir a perda tanto do sódio como da capacidade do tampão bicarbonato podem trazer toda a química do organismo de volta para um balanço quase normal dentro de 12 a 24 horas Para seguir o curso de tal tratamento as dosagens de glicose pH e CO2 sanguíneos são realizadas frequentemente Desse modo o diabetes juvenil requer terapia com insulina e um engenheirados capazes de sintetizar proteínas em grande quantidade apresenta sob o ponto de vista econômico uma vantagem considerável em relação aos processos clássicos de produção A extração de proteínas eucarióticas como a insulina requer grandes quantidades de matériaprima pâncreas suíno e bovino que nem sempre estão disponíveis e são geralmente de elevado custo Isso torna o processo extrativo cada vez mais oneroso Nesse contexto o emprego de técnicas mais eficientes como a do DNA recombinante abriu novas perspectivas de produção A descoberta da insulina se deu em 1921 na Universidade de Toronto no Canadá Era de origem animal e foi comercializada a partir de 1923 Na década de 80 passouse a utilizar a tecnologia do DNA recombinante para produção de insulina humana em escala comercial É importante ressaltar que desde o início as pesquisas com a insulina sempre se concentraram na produção de formulações com diferentes perfis de tempo de ação na produção de insulinas de origem animal de maior pureza e no uso da tecnologia do DNA recombinante para produzir insulinas humanas que pudessem estar comercialmente disponíveis para o maior número de pacientes possível Nesta última etapa as pesquisas objetivaram criar um substituto da insulina humana regular de curta duração que viesse trazer maior conforto para o paciente insulinodependente e também evitasse os riscos de uma hipoglicemia o que pode ocorrer quando as concentrações séricas de insulina permanecem elevadas por um tempo acima do ideal como decorrência do uso de terapia intensiva visando a um bom controle glicêmico 2 Questões norteadoras 21 Com a evolução da tecnologia do DNA recombinante tornouse possível a produção de proteínas humanas em larga escala para uso terapêutico Como os avanços da biotecnologia nessa área tem afetado a qualidade de vida dos pacientes que dependem de tais produtos terapêuticos 22 Sem essa tecnologia quais seriam as alternativas aos pacientes dependentes de insulina 23 Além dos pacientes diabéticos quais outras aplicações na área da saúde podem se beneficiar da tecnologia do DNA recombinante Cite exemplos 24 Quais foram os problemas encontrados no uso das primeiras insulinas recombinantes inicialmente comercializadas e quais foram as soluções encontradas para amenizar tais problemas 25 Explique como a insulina recombinante é produzida Existe alguma diferença entre a insulina produzida no corpo humano em comparação às insulinas comercialmente disponíveis 3 Desafio Escolha alguma proteína humana com alguma possível aplicação terapêutica que não seja a insulina e desenvolva um protocolo passoapasso para a produção e purificação desta proteína 1 Introdução teórica O diabetes mellitus é um grupo de doenças causadas pela deficiência na secreção ou na ação do hormônio pancreático insulina o que produz profundas anormalidades no metabolismo Há duas classes principais de diabetes o juvenil e o adulto No primeiro a doença começa cedo tornandose severa e no último é lento para se desenvolver moderado e frequentemente não reconhecido Os sintomas característicos do diabetes são sede excessiva e frequente micção levando à ingestão de grandes volumes de água Essas alterações são devidas à excreção de grandes quantidades de glicose na urina glicosúria O grande volume de urina no diabetes reflete a necessidade do rim de excretar uma certa quantidade de água junto com a glicose pois a capacidade do rim de concentrar os solutos na urina tem um limite máximo Outro sintoma é o nível da glicose sanguínea e como é a resposta à ingestão da glicose Quando a concentração da glicose no sangue é significativamente alta é chamada de hiperglicemia O pH do plasma sanguíneo de pessoas severamente diabéticas é frequentemente menor que o valor normal 74 condição esta chamada de acidose É causada pela superprodução de ácidos metabólicos e o pH do sangue pode cair a 68 ou abaixo e levar a lesões irreparáveis nos tecidos e à morte Esse aumento da acidez é um indicativo de alterações profundas no balanço ácidobase do organismo A acidez aumentada é devido à extensa formação de corpos cetônicos no fígado e à sua liberação no sangue Como os tecidos não conseguem utilizar a glicose sanguínea o fígado tenta compensar essa deficiência aumentando a utilização dos ácidos graxos como combustível mas isso provoca a superprodução de corpos cetônicos além da capacidade dos tecidos em oxidálos A atividade de glicocinase está diminuída no diabetes já que é a insulina que estimula a biossíntese dessa enzima Como consequência formase pouco glicogênio Como os carboidratos não estão sendo utilizados as proteínas do organismo são usadas como combustíveis Os aminoácidos sofrem perda dos seus grupos amino e os acetoácidos formados podem sofrer oxidação em dióxido de carbono e água em parte pela via do ciclo do ácido cítrico A administração de insulina para corrigir a deficiência endócrina e a administração de bicarbonato de sódio para corrigir a perda tanto do sódio como da capacidade do tampão bicarbonato podem trazer toda a química do organismo de volta para um balanço quase normal dentro de 12 a 24 horas Para seguir o curso de tal tratamento as dosagens de glicose pH e CO2 sanguíneos são realizadas frequentemente Desse modo o diabetes juvenil requer terapia com insulina e um cuidadoso controle por toda a vida do balanço entre a ingestão de glicose e a dose de insulina injetada A Insulina Humana A insulina humana é produzida nas células ß pancreáticas localizadas dentro dos conjuntos de células de 100 a 200 µm conhecidos como Ilhotas de Langerhans Essas estão dispersas pelo pâncreas de muitos vertebrados superiores constituindo cerca de 1 da massa do órgão A insulina tem sido isolada de uma grande variedade de espécies de vertebrados sendo que em todas elas a molécula é composta de duas cadeias polipeptídicas A e B ligadas por pontes dissulfídricas A insulina humana como muitos hormônios proteicos é sintetizada como uma proteína precursora maior seguida de uma clivagem proteolítica para gerar o hormônio ativo Desse modo a insulina é produzida sob a forma de um único polipeptídeo a prépróinsulina com cuidadoso controle por toda a vida do balanço entre a ingestão de glicose e a dose de insulina injetada A Insulina Humana A insulina humana é produzida nas células ß pancreáticas localizadas dentro dos conjuntos de células de 100 a 200 µm conhecidos como Ilhotas de Langerhans Essas estão dispersas pelo pâncreas de muitos vertebrados superiores constituindo cerca de 1 da massa do órgão A insulina tem sido isolada de uma grande variedade de espécies de vertebrados sendo que em todas elas a molécula é composta de duas cadeias polipeptídicas A e B ligadas por pontes dissulfídricas A insulina humana como muitos hormônios proteicos é sintetizada como uma proteína precursora maior seguida de uma clivagem proteolítica para gerar o hormônio ativo Desse modo a insulina é produzida sob a forma de um único polipeptídeo a prépróinsulina com uma cadeia de 110 aminoácidos Os vinte e quatro primeiros aminoácidos formam o peptídeo sinal ou sequência pré da proteína e têm a função de facilitar a entrada dela no retículo endoperiplasmático Durante esse processo o peptídeo sinal é separado da proteína resultando na formação da próinsulina Essa molécula resultante na qual as cadeias A 21 aminoácidos e B 30 aminoácidos estão ligadas pelo peptídeo conectante C 35 aminoácidos é a precursora da insulina Ela adquire sua conformação com a formação de duas pontes dissulfídricas e é transportada para o aparelho de Golgi onde vai ser empacotada em grânulos de estoque Durante a formação e maturação dos grânulos secretórios a próinsulina é clivada por enzimas proteolíticas do tipo da tripsina resultando na liberação do peptídeo C Desse modo as duas cadeias A e B estão ligadas entre si por pontes dissulfídricas tendo uma outra ponte interna na cadeia A formando a molécula de insulina O DNA Recombinante A tecnologia do DNA recombinante possibilita a obtenção de organismos com características novas ou não encontradas na natureza o que permite uma nova alternativa para o melhoramento genético de espécies de valor biotecnológico Desse modo células de bactérias leveduras e mesmo eucariontes superiores como plantas podem ser programadas com genes exógenos abrindo a perspectiva de produção nestes organismos de polipeptídeos de interesse como o interferon o hormônio de crescimento a insulina entre outros A utilização de microrganismos engenheirados capazes de sintetizar proteínas em grande quantidade apresenta sob o ponto de vista econômico uma vantagem considerável em relação aos processos clássicos de produção A extração de proteínas eucarióticas como a insulina requer grandes quantidades de matériaprima pâncreas suíno e bovino que nem sempre estão disponíveis e são geralmente de elevado custo Isso torna o processo extrativo cada vez mais oneroso Nesse contexto o emprego de técnicas mais eficientes como a do DNA recombinante abriu novas perspectivas de produção A descoberta da insulina se deu em 1921 na Universidade de Toronto no Canadá Era de origem animal e foi comercializada a partir de 1923 Na década de 80 passouse a utilizar a tecnologia do DNA recombinante para produção de insulina humana em escala comercial É importante ressaltar que desde o início as pesquisas com a insulina sempre se concentraram na produção de formulações com diferentes perfis de tempo de ação na produção de insulinas de origem animal de maior pureza e no uso da tecnologia do DNA recombinante para produzir insulinas humanas que pudessem estar comercialmente disponíveis para o maior número de pacientes possível