Síntesis y Secreción de insulina

La insulina es una proteína pequeña, con un peso molecular de aproximadamente 6000 Daltons. Se compone de dos cadenas unidas por enlaces de disulfuro. La figura de la derecha muestra un modelo molecular de insulina bovina, con la cadena A color azul y la cadena B más grande verde. Puede obtener una mejor apreciación de la estructura de la insulina manipulando tal modelo usted mismo.

La secuencia de aminoácidos está altamente conservada entre los vertebrados, y la insulina de un mamífero es casi con certeza biológicamente activa en otro. Incluso hoy en día, muchos pacientes diabéticos son tratados con insulina extraída del páncreas de cerdo.

Biosíntesis de insulina

La insulina se sintetiza en cantidades significativas solo en células beta del páncreas. El ARNm de insulina se traduce como un precursor de una sola cadena llamado preproinsulina, y la eliminación de su péptido señal durante la inserción en el retículo endoplásmico genera proinsulina.

La proinsulina consta de tres dominios: una cadena B amino-terminal, una cadena A carboxi-terminal y un péptido de conexión en el medio conocido como péptido C. Dentro del retículo endoplásmico, la proinsulina está expuesta a varias endopeptidasas específicas que extraen el péptido C, generando así la forma madura de insulina. La insulina y el péptido C libre se empaquetan en el Golgi en gránulos secretores que se acumulan en el citoplasma.

Cuando la célula beta es estimulada apropiadamente, la insulina es secretada de la célula por exocitosis y se difunde en la sangre capilar de los islotes. El péptido C también se secreta en la sangre, pero no tiene actividad biológica conocida.

Control de la secreción de insulina

La insulina se secreta principalmente en respuesta a concentraciones elevadas de glucosa en sangre. Esto tiene sentido porque la insulina está «a cargo» de facilitar la entrada de glucosa en las células. Algunos estímulos neuronales (p. ej. vista y sabor de los alimentos) y el aumento de las concentraciones sanguíneas de otras moléculas de combustible, incluidos los aminoácidos y los ácidos grasos, también promueven la secreción de insulina.

Nuestra comprensión de los mecanismos detrás de la secreción de insulina sigue siendo algo fragmentaria. Sin embargo, ciertas características de este proceso se han demostrado clara y repetidamente, dando como resultado el siguiente modelo:

• La glucosa se transporta a la célula beta por difusión facilitada a través de un transportador de glucosa; las concentraciones elevadas de glucosa en el líquido extracelular conducen a concentraciones elevadas de glucosa dentro de la célula beta.
• Las concentraciones elevadas de glucosa dentro de la célula beta conducen en última instancia a la despolarización de la membrana y a una afluencia de calcio extracelular. Se cree que el aumento resultante del calcio intracelular es uno de los principales desencadenantes de la exocitosis de gránulos secretores que contienen insulina. Los mecanismos por los cuales los niveles elevados de glucosa dentro de la célula beta causan la despolarización no están claramente establecidos, pero parecen ser el resultado del metabolismo de la glucosa y otras moléculas de combustible dentro de la célula, tal vez percibidos como una alteración de la relación ATP:ADP y transducidos en alteraciones en la conductancia de membrana.
• El aumento de los niveles de glucosa dentro de las células beta también parece activar las vías independientes del calcio que participan en la secreción de insulina.

La estimulación de la liberación de insulina se observa fácilmente en animales enteros o en personas. La concentración normal de glucosa en sangre en ayunas en humanos y en la mayoría de los mamíferos es de 80 a 90 mg por 100 ml, asociada con niveles muy bajos de secreción de insulina.

La figura de la derecha muestra los efectos sobre la secreción de insulina cuando se infunde suficiente glucosa para mantener los niveles en sangre de dos a tres veces el nivel de ayuno durante una hora. Casi inmediatamente después de comenzar la infusión, los niveles plasmáticos de insulina aumentan drásticamente. Este aumento inicial se debe a la secreción de insulina preformada, que pronto se agota significativamente. El aumento secundario de la insulina refleja la considerable cantidad de insulina recién sintetizada que se libera inmediatamente. Claramente, la glucosa elevada no solo simula la secreción de insulina, sino también la transcripción del gen de la insulina y la traducción de su ARNm.

Temas avanzados y complementarios

• La estructura de la Insulina