11061-68-0

Insuline

Insuline
Structure de l'insuline du porc
Structure de l'insuline du porc
Général
No CAS 9004-10-8
11061-68-0 (insuline humaine)
No EINECS 232-672-8
234-279-7 (insuline humaine)
Code ATC AB01, AB03, AB04, AB05, AC01, AC03, AD05, AE04, AE05
DrugBank DB00030
PubChem 16129672
SMILES
InChI
Propriétés chimiques
Formule brute C257H383N65O77S6  [Isomères]
Masse molaire 5 807,57 gmol-1
C 53,15 %, H 6,65 %, N 15,68 %, O 21,21 %, S 3,31 %,
Propriétés physiques
T° fusion 81 °C
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

L'insuline (du latin insula, île) est une hormone peptidique sécrétée par les cellules β des îlots de Langerhans du pancréas. Elle a, avec le glucagon, un rôle majeur dans la régulation des substrats énergétiques, dont les principaux sont le glucose, les acides gras et les corps cétoniques. Dans le couple que forment l'insuline et le glucagon, l'insuline a le rôle principal chez les mammifères : son absence est fatale dans un délai de quelques mois ; dans d'autres espèces, en particulier chez les oiseaux, c'est l'inverse : le glucagon est l'hormone principale.

Globalement, l'action de l'insuline est souvent résumée par son effet hypoglycémiant (baisse du taux de glucose dans le sang). Il est probablement plus juste de dire que l'insuline est sécrétée en fonction de l'état nutritionnel et de l'activité physique, de sorte qu'après les repas, sous l'influence de l'élévation de la glycémie (la concentration de glucose dans le sang), mais aussi sous l'influence directe de la présence des aliments dans le tube digestif, la sécrétion d'insuline est stimulée, ce qui permet le stockage du glucose, produit final de la digestion des aliments glucidiques.

Les lieux de stockage du glucose alimentaire sont les muscles, le tissu adipeux et le foie. En cas d'abondance alimentaire, l'insuline stimule aussi la conversion des glucides en acides gras, en vue de leur stockage dans le tissu adipeux. Dans cette situation d'abondance alimentaire, après les repas, l'insuline bloque la production de glucose par le foie. Par la mise en stock du glucose alimentaire et l'arrêt de la production de glucose par le foie, la glycémie baisse. À distance des repas, la baisse de la sécrétion de l'insuline permet la libération des stocks de glucose (glycogénolyse du foie) et la production de novo, de glucose par le foie (néoglucogenèse). Cette production de novo de glucose par le foie ne peut se prolonger car elle utilise directement les muscles, plutôt que les réserves énergétiques quantitativement bien plus importantes du tissu adipeux.

Lors du jeûne prolongé (au-delà de quelques jours chez l'adulte, mais seulement quelques heures chez le nouveau-né et le nourrisson), la poursuite de la baisse de l'insuline permet la production des corps cétoniques, offrant au cerveau un carburant alternatif, ce qui permet l'épargne musculaire, car les corps cétoniques sont dérivés des acides gras du tissu adipeux. L'insuline a par ailleurs des effets importants sur le métabolisme des protéines, elle inhibe la dégradation des protéines et favorise la captation des acides aminés, elle inhibe enfin la lipolyse.

Au-delà de son effet immédiat sur la régulation des flux de substrats, l'insuline a des effets à plus long terme sur la croissance ; c'est une hormone anabolisante. Il est ici intéressant de souligner la forte homologie entre l'insuline et le principal facteur de la croissance, l'insulin-like growth factor (IGF-1), ou facteur de croissance apparenté à l'insuline. L'insuline en tant que molécule de signalisation de la présence d'aliments dans le tube digestif peut être assimilée à une hormone de l'abondance, signalant le surplus énergétique permettant la croissance. L'insuline a des effets anabolisants directs, par son action sur les métabolismes des glucides, protéines et lipides, mais aussi indirects, par la régulation des protéines porteuses de l'IGF-1.

Les diabètes sont des maladies de la sécrétion d'insuline. Dans sa forme la plus sévère, le diabète insulino-dépendant (ou diabète de type 1) est mortel en l'absence de traitement en quelques mois, dans un tableau caractérisé par l'hyperglycémie, la perte de muscle et de tissu adipeux, et la production massive et non régulée non seulement de glucose mais aussi de corps cétoniques ; c'est l'acidocétose diabétique. En Occident, le diabète insulinodépendant est une maladie qui n'est jamais fatale, grâce à l'insuline médicament que les diabétiques doivent s'injecter plusieurs fois par jour. Ce n'est pas le cas dans la plupart des pays de l'Afrique subsahélienne où l'insuline médicament fait souvent défaut.

Sommaire

Découverte

Le rôle du pancréas dans le diabète a été découvert par Oskar von Minkowski, en 1889 à Strasbourg, lorsque son assistant lui a signalé que les chiens opérés la veille avaient soif et que leurs urines attiraient les mouches... Les travaux des physiologistes du début du vingtième siècle, influencés par Claude Bernard, ont permis d'établir le concept de sécrétion par le pancréas d'une substance permettant de réguler l'utilisation du glucose. Plusieurs chercheurs ont préparé des extraits de pancréas dans le but de purifier un extrait qui pourrait avoir une utilité thérapeutique chez les diabétiques. Nicolae Paulescu a été un précurseur important, mais ses préparations peu purifiées n'étaient pas utilisables. Les meilleurs extraits ont été préparés par Frederick Grant Banting avec l'aide de Charles Best, un étudiant en médecine, dans le laboratoire de John James Richard Macleod au cours de l'été 1921 à Toronto. Le premier produit préparé par Banting et Best, peu actif et très impur a ouvert la voie au traitement du diabète grâce au travail magistral et ultra-rapide de J. B. Collip, un chimiste, qui a en quelques semaine préparé un extrait relativement pur et utilisable en thérapeutique. Banting et MacLeod ont été les lauréats du Prix Nobel de physiologie et de médecine en 1923 récompensant leurs travaux.

L'histoire a retenu le nom du premier diabétique ayant reçu les préparation de Banting et Best puis celle purifiée par Collip : Leonard Thompson a reçu le 11 janvier 1922, une première injection qui fera baisser un peu et très transitoirement la glycémie, et sera suivie d'un abcès au point d'injection, du aux impuretés de la préparation. Quelques jours plus tard, l'injection d'un produit plus pur a des effets indiscutables sur la glycémie et les symptômes : l'efficacité de l'hormone venait d'être prouvée chez l'homme.

Les premières insulines étaient purifiées à partir de pancréas de bœuf et de porc. Dans les années 1930, divers préparation ont permis d'obtenir des formes d'action prolongée de l'insuline par cristallisation en présence de Zinc ou prolongation de temps de résorption sous la peau par l'adjonction de protamine (insuline NPH, préparée par Hagedorn).

Depuis le début des années 1980, les insulines sont synthétisées par des organismes génétiquement modifiés. La plupart des pays ont ainsi abandonné la préparation d'insuline à partir de pancréas de boeuf dans les suites de la maladie de la vache folle, quoiqu'aucun cas de transmission de virus ou prion par l'insuline n'ait jamais été observé.

Structure et production

Structure moléculaire de la molécule d'insuline.

L'insuline est une hormone constituée de 2 chaînes polypeptidiques reliées entre elles par 2 ponts disulfures et 1 pont disulfure intrachaîne dans la chaine A : une chaîne A de 21 acides aminés et une chaîne B de 30 acides aminés.La structure de l'insuline a été déterminée par Frederick Sanger, ce fut l'objet du premier de ses deux prix Nobel, en 1958. L'insuline est produite par les cellules β des îlots de Langerhans du pancréas sous la forme d'une pro-insuline constituée d'une seule chaîne peptidique, dont un fragment, le peptide C, est enlevé au cours des processus d'apprètement de l'insuline. La proinsuline a une structure très voisine de celle des deux principaux facteurs de croissance, IGF-1 et IGF-2, et des concentrations élevées de ces hormones permettent des effets biologiques par signalisation après liaison aux récepteurs des autres: hypoglycémie lors de sécrétion massive d'IGF-1 et d'IGF-2 par des tumeurs. L'insuline circule a des concentration de l'ordre de la nanomole par litre.

Stimulation de la sécrétion

Le glucose sanguin filtre à travers le capillaire dans la lymphe interstitielle qui baigne les cellules β des ilots de Langerhans. La concentration de glucose autour des cellules β est donc la même que dans le sang. La cellule importe le glucose par un transporteur non saturable GLUT2 (les autres cellules du corps ont un récepteur rapidement saturé). La concentration de glucose intracellulaire reflète donc celle du sang. L'entrée du glucose dans la cellule bêta est immédiatement suivie de sa phosphorylation par une hexokinase spécifique, la glucokinase, dont les caractéristiques cinétiques jouent un rôle important dans le couplage glycémie/insulinosécrétion (la perte de 50% de l'activité de la glucokinase est la cause d'une forme particulière de diabète, le MODY-2). Le métabolisme du glucose dans la cellule β augmente le rapport ATP/ADP. Cela induit la fermeture d'un canal potassique sensible à cette augmentation de la quantité d'ATP. Si les ions K+ (potassium) cessent de sortir cela dépolarise la cellule β qui est une cellule excitable, puisqu'elle a une activité électrique dès que les concentrations en glucose extracellulaire dépassent 5 mmol/L. Cette dépolarisation ouvre des canaux calciques sensibles au voltage : le calcium entre dans la cellule et déclenche l'exocytose des vésicules contenant de l'insuline.

En tant que médication

Cristaux d'insuline

Modes d'administration

Elle est faite soit en perfusion continue intraveineuse ou sous cutanée (par l'intermédiaire d'une pompe à insuline) soit en discontinu, par une ou plusieurs injections en sous-cutanée.

Dosage et délais

Cela dépend de la personne, de son poids, sa taille et d'autres éléments.

Types

On distingue classiquement les insulines suivant leur délai et leur durée d'action : ultra-rapide, rapide, lente et semi-lente ou des mix rapides et semi lentes.

L'allongement du délai d'action se fait essentiellement par adjonction de zinc ou de protamine dans la solution d'insuline, permettant la formation de cristaux ou de précipités dont la diffusion vers le sang est beaucoup plus lente. Les préparations modernes d'insuline font appel à des molécules analogues de l'insuline, dont l'efficacité a été conservée, mais dont la cinétique de résorption est modifié. On dispose ainsi d'analogues dont la vitesse de passage du tissu sous-cutané vers le sang est accélérée (analogue "ultrarapide", dont la lispro, l'aspart et la glulisine), et d'analogue dont la vitesse de résorption est réduite, par précipitation dans le tissu sous cutané, que ce soit en présence de zinc (analogue détémir) ou par modification du point isoélectrique (analogue glargine)

Abus

  • Dopage : L'insuline paraît être utilisé par des sportifs de disciplines diverses dont les cyclistes et les culturistes. Cette technique est cependant hautement dangereuse car peut exposer à une hypoglycémie dont les conséquences peuvent être sévères voir l'article hypoglycémie.

Conservation

L'insuline est assez résistante mais reste un produit biologique dont la qualité peut se dégrader dans le temps ou du fait d'une forte chaleur ou du froid, quelle que soit sa forme (flacon, cartouches, stylos injecteurs d'insuline, pompes).

L'insuline non entamée doit être conservée au réfrigérateur de préférence dans le bac à légumes, mais en aucun cas dans un congélateur dont la température inférieure à °C détruirait de façon irréversible les propriétés hypoglycémiantes de l'insuline.

L'insuline entamée peut être conservée à température ambiante plusieurs semaines. Comme l'insuline non entamée elle ne doit jamais être mise en contact avec des températures inférieures à °C. Par ailleurs, des températures supérieures à 25 °C - 30 °C ou une exposition à la lumière peuvent réduire un peu l'efficacité de l'insuline.

Bibliographie

  • Beaumont, physiologie animale Dunod, Rieutort médecine-sciences

Annexes

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Liens externes

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