Kapitel 13 - therapeutische Hormone Flashcards
Wie funktioniert die insulinproduktion im Körper?
- Hoher Blutzuckerspiegel: Produktion von Insulin in Pankreas (in Beta-Zellen (im
endoplasmatische Riticulum) der Langerhans´schen Inseln) 2. Funktion des Insulin: Verteilung und Umlagerung der Energieträger
→ Stimulation der Umwandlung von Glucose zu Glycogen in Leber und im Muskelgewebe
→ Umwandlung von Glucose zu Fetten und deren Einlagerung im Fettgewebe
→ Regulation der Glucose-Durchlässigkeit in Muskel- und Fettzellen
→ Auffüllen der Glycogen-, Lipid- und Proteinspeicher (anabole Wirkung) 3. Gegenspieler: Glocagon (Produktion in alpha-Zellen der Langerhans´schen Inseln)
→ Umwandlung von Glycogen in Glucose
→ Umwandlung von Fetten zu Glucose
→Beide sorgen dafür, dass der Blutzuckerspiegel auf einem normalen Level bleibt
Was passiert bei dieabes Typ 1 mit dem Insulin?und Auswirkungen?
Bauchspeicheldrüse bildet kein Insulin mehr (autoimmunologische Zerstörung der insulinproduzierenden beta-Zellen) = Immer Insulinpflichtig
→ Zucker gelangt nicht mehr in Zellen → Fettverbrennung → Abmagerung
Was passiert bei Diabetes Typ 2 mit dem Insulin? Und Auswirkungen?
Relativer Insulinmangel durch verminderte Wirkung an den Targetzellen (Ursache: gen. Faktoren, Übergewicht, Bewegungsmangel, Fehlsteuerung des Immunsystems)
→ Bauchfett bildet Hormone (oft Cholesterin), die Targetzellen blockieren → Zucker gelangt nicht mehr in Zellen → Fettverbrennung → Überschuss an Insulin außerhalb der Zellen hemmen Fettverbrennung → Gewichtzunahme und mehr Bauchfett → mehr schädliche Hormone →…
Was passiert bei gestational Diabetes (schwangerschaftsdiabetes) mit der Insulin? Was sind Auswirkungen?
Meist nur Diabetes in Schwangerschaft, danach wieder normaler Zuckerstoffwechsel
Schwangerschaftshormone wie Cortisol, Plazentalaktogen, Östrogen, Progesteron und Prolactin führen zu einer erhöhten Insulinresistenz
→ Proteine „verzuckern“, werden damit unbrauchbar und lagern sich ab
→ Arteriosklerose, Herzinfarkt, Koronare Herzkrankheit → Gefäßveränderung → Erblindung, Dialysepflicht → Zahnprobleme → Parodontose → Neuropathie → Diabetikerfuß (muss oft amputiert werden) → Geburtskomplikationen (Baby ist meist extrem schwer und groß)
Aus was besteht Insulin und die Merkmale?
- 51 Aminosäuren (A-Kette mit 21 AS und B-Kette mit 30AS → Verbunden mit zwei Disulfid-
Brücken; A Kette hat zusätzlich eine Disulfid-Brücke )
Molekulargewicht: 5808 Da
Isoelektrischer Punkt 5,4
Welche Arten von therapeutische,Mühe Insulin gibt es?
Es gibt fünf Arten:
- short-acting regular Insulin
- intermediate-acting neutral protamine Hagedorn insulin
- rapid-acting insulin analogs (eg. insulin lispro, insulin aspart, and insulin glulisine)
- long-acting basal insulin analogs (eg. insulin glargine, insulin detemir, and insulin degludec)
- premixed insulin → Unterschied liegt in veränderten Aminosäuren
Wie wurde Insulin früher hergestellt?
Früher: Insulingewinnung aus Pankreas von Schweinen → Aufwändige Herstellung mit schlechter Ausbeute, Dosis schlecht einstellbar (Dosis sollte den Blutzuckerspiegel eine ca. 2kg schweren Hasen, der 16-24h gefastet hat, von 0,1% auf 0,04% senken)
Was ist Seminar-synthetisches Insulin und wie wird es hergestellt?
- Austausch des Alanins (an 30. Stelle des Schweineinsulins auf der B-Kette) mit
Threoninester, katalysiert mit Trypsin. - Trypsin spaltet die Peptidbindung aufgrund positiv geladenen Seitenkette - Problem: Spaltung sowohl an Stelle B-22/B23 (zwischen Arginin und Glycin; unerwünscht
) als auch an Stelle B29/B30 (zwischen Lysin und Alanin; erwünscht) möglich - Lösung: Erhöhung der Selektivität mit niedrigen Temperaturen, Zugabe von organischen
Substanzen, niedrigem pH-Wert und einem hohen Überschuss an Threoninester - → Ausbeute von 97%
Welche Methoden für die Herstellung von rekombinanten Insulin in ecoli gibt es?
- Zwei-Ketten-Methode in E.coli
→ Die zwei Ketten des Insulins (A- und B-Kette) werde in zwei unterschiedlichen E.coli- Systemen produziert, isoliert und gereinigt. Die zwei Ketten werden dann chemisch kombiniert und anschließend nochmal aufgereinigt - TrpLE-Pro-Insulin-Methode in E.coli
→ Proinsulin wird in Inclusion-bodies in E.colis produziert, nach Separation der Ib´s sind einige Schritte nötig um menschliches Insulin zu erhalten
Welche Schritte sind bei der TrpLE-Pro-Insulin-Methode in E.coli
Nach der seperation der IB nötig?
- inclusion bodies werden in einem gut durchmischten Reaktor mit Urea (Harnstoff) und 2-
mercaptoethanol gemischt. - Urea ist ein chaotropes Salz, welches die denaturierten Proteine in den inclusion bodies
fällt; 2-mercaptoethanol ist ein Reduktionsmittel, das die Disulfid-Brücken reduziert - Spaltung des Trp-LE´-Met-Proinsulin mit CNBr (Cyan-Bromid) zu Trp-LE´-Met und dem
ungefalteten Proinsulin → Dauer der Reaktion: 6h bei 20°C in einem sauren Milieu;
Ausbeute: 95% - Pufferwechsel: pH 9-11: Sulfit wird hinzugegeben → Alle Disulfid-Brücken werden gelöst,
stattdessen binden an alle Sulfid-Komponenten Sulfit (siehe Bild bei Proinsulin-SSO3) →
Proinsulin total entfaltet → Reaktionszeit: 6h für eine Ausbeute von 95%; Die
Anwesenheit von Guanidin-HCl (Urea kann auch verwendet werden) beugt einem
Zurückfalten und falsch-Falten vor - Faltung des Proinsulins-SSO3: Reduktionsmittel (mercaptoethanol) erleichtert Disulfid-
Brückenbildung → Um Falsch-Faltung zu vermeiden, ist eine Konzentration mit weniger
als 1 g/L erforderlich (wie genau das funktioniert steht da nicht) - Entfernung des C Peptides (in Abbildung rot dargestellt) mittels Trypsin und CarboxyP
eptidase B): Trypsin initiiert die Spaltung und CPB sorgt für die End-AS → Reaktionsdauer:
12 h bei 10°C mit einer Ausbeute von 95%
Merkmale für die Produktion von rekombinantem Insulin mit sacchaomyces cerevisiae (Novo nordischen)?
- S. cerevisiae: Fähig zum richtigen Falten des Insulins und dessen Sekretion
- kontinuierliche Produktion in 80m3 Fermenter (3-4 Wochen)
- kontinuierliche Separation der Zellen
- direkte Isolation der Zielproteine von der Kultivier-Flüssigkeit
- Kein Zellaufschluss nötig; keine inclusion bodies
Was sind neue Prozesse für die Herstellung von Insulin?
Produktion einer Insulinvorstufe in einer fed-batch Fermentation (Pichia Pastoris)
- Reinigung einer Bioreaktor-Zellkultur in einem Tangential-Flow-Filtrations-System (TFF):
Zwecks der Separation von Zellen werden tangential-flow-Membran-Platten gestapelt, die kleinen Feed-Kanäle besitzen → Verbindung von Zentrifugation und Tiefenfiltration in einem
- Insulin - Aufreinigung und Konzentration:
Das bei der TFF gewonnene „Matrial“ wird direkt auf zwei unterschiedliche Kationentauscher geladen → durch Optimierung des Puffers kann eine Ausbeute von mehr als 95% erreicht werden
→ Mittlerweile gibt es viele Biosimilars für Insulin
Definition von biosimilar.
Definition: Ein Biosimilar ist eine biologische Medizin, die entwickelt wurde um ähnlich einer bereits existierenden biologischen Medizin zu sein. Das Biosimilar ist nie exakt gleich wie das Originalprodukt , sondern weist aufgrund seiner Komplexität und der teils unterschiedlichen Produktionsmethode geringe Abweichungen auf. Der Hauptwirkstoff ist jedoch gleich.
