JGW-SchülerAkademie Papenburg 2011 - Jugendbildung in ...

2.7 Therapie von Diabetes mit biotechnologisch hergestelltem Insulin
Bakterien zur Synthese genutzt werden, noch eine zusätzliche Renaturierung vonnöten.
Ein Grund dafür ist, dass eukaryontische Proteine in Bakterien normalerweise nicht in
ihrer korrekten dreidimensionalen Struktur vorliegen. Sie sammeln sich daher in Aggregaten,
den sogenannten »inclusion bodies«, an. Eine weitere Ursache für die Entstehung
dieser Aggregate ist, dass Gram-negative Bakterien wie E. coli die Proteine nicht ins
Medium sekretieren können, sodass sich zu viele Proteine im Cytosol ansammeln.
Am Schluss soll das Protein in möglichst reiner Form vorliegen und vor eventuellen
Schädigungen wie zum Beispiel Denaturierung durch Oxidation geschützt sein. Da die
Qualitätskontrollen sehr strikt sind, muss durch die Produktionsverfahren gewährleistet
werden, dass die entsprechenden Proteine immer in gleichbleibend hoher Qualität
hergestellt werden können.
Die Möglichkeiten der Biotechnologie zur Synthese von Pharmaproteinen sind noch
nicht ausgeschöpft. Stetig forscht man an effizienteren Produktionsverfahren. Forscher
gehen sogar davon aus, dass man in Zukunft proteinkodierende Gene als Medikamente
nutzen kann, sodass das entsprechende Protein direkt im Körper selbst produziert wird.
Ein Beispiel für ein oft verwendetes Pharmaprotein ist das Insulin, das zur Therapie
von Diabetes eingesetzt wird.
2.7 Therapie von Diabetes mit biotechnologisch hergestelltem Insulin
Das kleine Peptidhormon Insulin ist das einzige Hormon, das den Blutzuckerspiegel
senken kann. Durch die Einnahme von Nahrung und deren Abbau gelangt Glucose
ins Blut und erhöht den Blutzuckerspiegel. Insulin ermöglicht die Aufnahme von Glucose
in die Zellen und bewirkt gleichzeitig die Synthese von Proteinen, die dann die
Glucose verarbeiten. Insulin besteht aus zwei Polypeptid-Ketten (α und β), die durch
zwei Disulfidbrücken verbunden sind. Zudem gibt es noch eine dritte Disulfidbindung
innerhalb der α-Kette. Jede Disulfidbindung bildet sich zwischen zwei Cysteinen
(Aminosäuren).
Das Insulin wird in den β-Zellen der Langerhans-Inseln (im Pankreas) synthetisiert.
Im Zellkern wird das Insulingen zu mRNA transkribiert, die ihn danach verlässt. Im
Cytoplasma wird die mRNA von den am endoplasmatische Retikulum (ER) lokalisierten
Ribosomen zu Prä-Proinsulin translatiert, das zwar ein Protein ist, aber noch kein aktives
Hormon. Beim Verlassen des ER wird eine Signalsequenz vom Prä-Proinsulin abgespalten,
so dass Proinsulin entsteht. Letzteres wird vom Golgi-Apparat aufgenommen und
dort gelagert. Bei Insulinbedarf verarbeiten Enzyme das Proinsulin weiter, so dass
aktives Insulin entsteht. Dieses verlässt den Golgi-Apparat, wird ins Blut sekretiert und
bindet an die Insulinrezeptoren der Zellen. Infolgedessen werden im Inneren der Zelle
vorliegende Glukosetransporter in die Zellmembran eingebaut und die Glucose kann
aus dem Blut in die Zelle gelangen. Außerdem werden zwei Phosphorylierungskaskaden
aktiviert: Proteinkinase-B für die kurzzeitige Kontrolle der Stoffwechselenzyme durch
Phosphorylierung, und die Signalübertragungsproteine Ras und MAPK (mitogen activated
protein kinase), die die Synthese weiterer Proteine zur Verarbeitung von Glucose bewirken.
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