Tiểu luận Công nghệ sinh học Quy trình công nghệ sản
xuất Insulin
L I NÓI Đ UỜ Ầ
Có thể nói thế kỉ 21 là thế kỉ của công nghệ sinh học, thế kỉ ứng dụng
ngày càng nhiều khoa học công nghệ . Nó không chỉ có ý nghĩa cách mạng hoá
đối với sự phát triển sinh học, mà còn tạo quyền lực to lớn cho con người trong
việc cải tạo sinh giới và bản thân mình. Công nghệ sinh học đã được phát triển và
ứng dụng từ rất lâu. Tuy nhiên công nghệ sinh học chỉ thực sự phát triển từ thập
niên 70 của thế kỉ XX, cùng với sự ra đời và hỗ trợ của của các ngành khoa học
khác, đặc biệt công nghệ thông tin.Từ đó cho đến nay công nghệ sinh học đã phát
triển như vũ bão và rất xứng đáng được mang danh cho thế kỉ mới: Thế kỉ công
nghệ sinh học!
Công nghệ sinh học là gì?
Công nghệ sinh học là công nghệ sử dụng các hệ thống sinh học, các tế bào
sinh vật, động vật, thực vật và các dẫn xuất của chúng để tạo ra các sản phẩm cải
biến hoặc các quá trình chuyên hóa phục vụ lợi ích con người.
Công nghệ sinh học là một ngành khoa học quan trọng, đang phát triển
trên cơ sở các kĩ thuật mới mẻ: kĩ thuật di truyền, kĩ thuật dung hợp tế bào; kĩ
thuật nuôi cấy mô; kĩ thuật nuôi cấy tế bào; kĩ thuật cấy chuyển phôi….Những
thành tựu này đang chuẩn bị cho một cuộc cách mạng sinh học trong các ngành
kinh tế-kĩ thuật.
Công nghệ vi sinh được coi là một trong những ngành mũi nhọn của công
nghệ sinh học, có tác động to lớn đến đời sống con người do việc sử dụng vi sinh
vật để tạo ra hàng loạt các sản phẩm như rượu, bia, axit hữu cơ, axit amin, các
chất điều vị, dung môi hữu cơ, vitamin, kháng sinh, vacxin…. Công nghệ vi sinh
còn được sử dụng để xử lý phế thải và làm sạch môi trường…. Vi sinh vật đã trở
thành công cụ chuyển gen lý tưởng mà giá trị của nó là cùng một công cụ nhưng
có thể tạo ra các sản phẩm có chất lượng cao và giá thành rẻ.
Công nghệ sản xuất Insulin là một trong những công nghệ ứng dụng công
nghệ sinh học vi sinh trong sản xuất hợp chất có hoạt tính sinh học cao. Insulin là
một dạng hoocmon điều chỉnh lượng đường trong máu người và động vật, thiếu

chất giúp cơ thể điều hòa nồng độ đường trong máu. Bệnh tiểu đường xuất hiện
khi hóa chất này không được sản sinh.
Năm 1922, Fred Banting và Charles Best thuộc Đại học Tổng hợp Toronto
(Canada) thông báo họ đã tìm ra insulin và ứng dụng thành công chất này trong
điều trị bệnh tiểu đường ở người. Vào thời điểm đó, người bị bệnh tiểu đường
phải vật lộn với căn bệnh để tồn tại và chưa có biện pháp điều trị hiệu quả nào.
Bệnh nhân nhanh chóng trở thành những bộ xương di động và thường chết sớm
do bị sút cân nghiêm trọng.
Banting và Best đã cắt bỏ tuyến tụy của những chú chó, và hậu quả là
chúng bị tiểu đường (thử nghiệm này nghe có vẻ tàn nhẫn, nhưng đã giúp cứu
sống hàng triệu con người). Họ đã cố gắng tinh chế ra một hoóc môn hóa học từ
tụy và chiết xuất nhiều thành phần từ tiểu đảo Langerhan. Sau đó, những chất này
GVHD: TS Tr n Văn Lầ ư - 3 - HVTH: Trần Thị Kim Phượng
H1 - Loại thuốc trị tiểu đường
được 2 nhà sinh lý học người
Canada là Fred Banting và
Charles Best tìm ra năm 1922.
Quá trình nghiên cứu sản xuất
insulin có sự đóng góp rất quan
trọng của các chú chó.
Tiểu luận Công nghệ sinh học Quy trình công nghệ sản
xuất Insulin
được tiêm vào chó bị bệnh tiểu đường để thử nghiệm và họ nhận thấy bệnh tiểu
đường đã bị đẩy lùi.
Ban đầu, thuốc tiêm lẫn nhiều tạp chất và thường gây những tai biến nguy
hiểm. Một đội ngũ các nhà khoa học đã phối hợp nghiên cứu và tạo ra được tinh
chất chiết xuất từ tiểu đảo Langerhan, bảo đảm đủ độ tinh khiết để thử nghiệm
trên người bệnh. Vào tháng 5 năm 1922, Leonard Thompson, 14 tuổi, đã được
điều trị thành công ở Bệnh viện Toronto bằng tinh chất này (được gọi là insulin).
Năm 1928, Oskar Wintersteiner đã chứng minh rằng insulin là một protein.Tin

phẩm.
1.2. Cấu trúc Insulin:
Insulin là một hoocmon protein do các tế bào tuyến tụy beta của đảo
Langerhans sinh ra.
Phân tử Insulin tương đối nhỏ, có khối lượng khoãng 6000 Dalton, được
cấu tạo bởi hai chuỗi polipeptit A và B. Các chuỗi A và B liên kết nhau bằng cầu
nối disulfua, ngoài ra còn có một cầu nối disulfua nằm trong chuỗi A.
Ở hầu hết các loài, chuỗi A gồm 21 axitamin còn chuỗi B gồm 30
axitamin. Mặc dù trình tự các aaxitamin khác nhau giữa các loài nhưng một số
đoạn nhất định của phân tử có tính bảo tồn cao, các đoạn đó có chứa 3 cầu nối
disulfua, cả hai đầu của chuỗi A và các nhánh bên của đầu COOH của chuỗi B.
Sự tương đồng trong tình tự axitamin dẫn đến cấu trúc 3 chiều của Insulin ở các
loài khác nhau rất giống nhau. Insulin chiết rút từ động vật có hoạt tính sinh học
cao hơn các loài khác
Các phân tử Insulin có xu hướng tạo thành dạng dime trong dung dịch do
hình thành các liên kết H giữa các đầu COOH của các chuỗi B. Ngoài ra, khi có
mặt ion kẽm, các dime insulin liên kết tạo thành hexame. Các mối tương tác này
có ý nghĩa rất quan trọng trong điều trị. Dạng monome và dime dễ dàng khuếch
tán vào trong máu, trong khi đó dạng hexame khuếch tán rất kém. Do đó, sự hấp
thụ các thuốc chứa hàm lượng hexame cao thường bị chậm và ngừng hẳn. Vấn đề
này đã thúc đẩy sự ra đời của một số loại chất insulin giả tái tổ hợp. Loại chất
đầu tiên như thế được bán trên thị trường là insulin lispro, phân tử chất này có
trật tự lisin và prolin trên đầu COOH của chuỗi B bị đảo ngược, làm giảm khả
năng hình thành dạng dime và hexame.
Insulin ban đầu được tổng hợp ở dạng “preproinsulin” (tiền insulin) trên
ribosome trong tế bào beta trong đảo Langerhans của tuyến tụy. Preproinsulin là
một phân tử dạng thẳng bao gồm: một peptide tín hiệu chứa 24 acid amin (SP),
chuỗi B, peptide C với 31 acid amin (C) và chuỗi A nối với nhau theo thứ tự SP-
B-C-A. Khi vận chuyển qua lưới nội chất, peptide tín hiệu bị phân cắt tạo ra
GVHD: TS Tr n Văn Lầ ư - 5 - HVTH: Trần Thị Kim Phượng


H 3 – Insulin gắn với thụ thể trên màng tế bào và tuần hoàn trong máu
Trong một loạt các đáp ứng tế bào do sự hoạt hóa Insulin gây ra thì bước
chìa khóa trong trao đổi chất Glucose GLUT4 glucose transporter. Nhờ sự vận
chuyển thuận lợi glucose vào trong các tế bào, các GLUT4 đã loại glucose ra
khỏi dòng máu một cách hiệu quả. Những thay đổi như vậy kéo dài từ vài phút
đến vài giờ. GLUT4 có mặt trên màng tế bào của nhiều loại mô trong cơ thể như
mô cơ xương( đốt cháy Glucose làm năng lượng), mô mỡ ( chuyển glucose thành
tryglyxerit để dự trữ) và mô gan.
GVHD: TS Tr n Văn Lầ ư - 7 - HVTH: Trần Thị Kim Phượng
Tiểu luận Công nghệ sinh học Quy trình công nghệ sản
xuất Insulin
Insulin thúc đẩy gan dự trữ Glucose để hình thành Glycogen. Phần lớn
Glucose được hấp thụ ngay tại ruột non vào các tế bào gan, chuyển hóa thành
chất dự trữ glycogen. Insulin có nhiều tác động trong gan thúc đẩy sinh tổng hợp
glycogen. Đầu tiên nó hoạt hóa enzym hexokinaza, chất này photphorin hóa
glucose, nhờ đó glucose bị bẩy vào trong tế bào. Insulin còn ức chế hoạt động
của Glucose-6-phosphatase. Insulin cũng hoạt hóa nhiều enzym liên quan trực
tiếp đến sinh tổng hợp glycogen, bao gồm phosphofructokinase và glucogen
syntase. Khi không có mặt Insulin, tổng hợp Glycogen trong gan dừng lại và các
enzym chịu trách nhiệm phân hủy Glycogen sẽ hoạt động.
H.4 – Insulin điều hòa lượng glucose trong máu
Vì Insulin ngăn cản mức độ tăng quá cao của đường máu nên không được
phép có quá nhiều Insulin. Một bước trong kiểm soát mức độ Insulin là enzym
Insulinnase ( được tìm thấy trong gan và thận ) phân hủy Insulin đang tuần hoàn
trong máu, làm cho hoocmon này phân hủy với thời gian bán rã khoãng 6 phút.
Quá trình này bảo đảm mức độ Insulin lưu hành trong máu được điều chỉnh và
mức độ glucose máu không giảm xuống thấp đến mức nguy hiểm.
1.3.2. Insulin và trao đổi lipit:
Insulin có tác động quan trọng lên quá trình trao đổi lipit. Các tác động đó

thấm ion K, Mg và photphat
vô cơ
Tiểu luận Công nghệ sinh học Quy trình công nghệ sản
xuất Insulin
H.6 - Tổng hợp Insulin trong cơ thể
ANRm tiến hành dịch mã một protein gọi là preproinsulin. Preproinsulin
bao gồm một trình tự tín hiệu đầu amin giúp tiền chất hoocmon này đi qua màng
lưới nội chất tham gia vào quá trình sau dịch mã. Tại quá trình sau dịch mã, trình
tự tín hiệu đầu amin không cần thiết nên preproinsulin bị thủy phân tạo thành
proinsulin. Sau khi hình thành 3 cầu nối disunfua một số peptitdase sẽ phân cắt
proinsulin tạo insulin hoàn chỉnh và hoạt động.
Insulin được đóng gói và chứa trong các hạt tiết, tích tụ trong tế bào chất
cho đến khi được kích hoạt để giải phóng.
GVHD: TS Tr n Văn Lầ ư - 10 - HVTH: Trần Thị Kim
Phượng
Tiểu luận Công nghệ sinh học Quy trình công nghệ sản
xuất Insulin
H 7 – Các bước cải biến sau dịch mã của phân tử Insulin
2. KHÁI QUÁT VỀ BỆNH TIỂU ĐƯỜNG:
2.1. Dịch tễ học:
Tiểu đường ( diabetes ) là bệnh rối loạn về chuyển hóa cacbohydrat, trong
đó đường trong máu không bị oxi hóa để giải phóng năng lượng mà tích tụ trong
máu ở mức cao (> 1,2g/l) gọi là tăng đường huyết.
Ở Mỹ, hằng năm có khoãng 17 triệu người ( 6%) dân số mắc bệnh tiểu
đường, gây tử vong cho 400.000 cư dân Hoa Kỳ và đứng thứ 6 trong các bệnh
gây chết người. Tiểu đường phổ biến nhất ở độ tuổi trên 45 tuổi, đối với những
người béo phì, ít hoạt động, những người có người thân bị mắc bệnh và những
người Châu Phi, Tây Ban Nha, người Mỹ bản xứ. Tỉ lệ mắc bệnh ở nữ giới cao
hơn nam.
Tại Việt Nam, trong 4 thành phố lớn Hà Nội, Huế, Thành phố Hồ Chí

nhau. Do bệnh tự miễn, khi cơ thể tiếp xúc hay bị nhiễm một loại virut tiềm ẩn ,
chất độc…cơ thể đáp lại bằng cách tạo kháng thể chống tác nhân gây hại đó.
Nhưng kháng nguyên virut lại giống với kháng nguyên tế bào tuyến tụy nên
kháng thể được hình thành để chống tác nhân gây hại cũng chống lại mô tuyến
tụy, gây phá hủy tế bào beta. Đây là phản ứng tự miễn. Các nhà khoa học đã xác
định được 20 gen đóng vai trò mẫn cảm với tiểu đường typ 1 , mặc dù chức năng
của nó còn đang được nghiên cứu.
Đối với hệ tiểu đường typ 1, để điều trị, chỉ cần bổ sung thêm insulin là có
thể duy trì được sự sống cho người bệnh. Đối với những bệnh nhân bị tiểu đường
typ 1 không thể kiểm soát tốt đường huyết bằng các loại thuốc uống thì sử dụng
GVHD: TS Tr n Văn Lầ ư - 12 - HVTH: Trần Thị Kim
Phượng