CAPÍTULO 2 - INSULINA BIOSSÍNTESE, QUÍMICA E SECREÇÃO

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INSULINA: BIOSSÍNTESE, QUÍMICA E SECREÇÃO
CAPÍTULO 2
· Descoberta da insulina: A insulina foi descoberta na Universidade de Toronto, no Canadá, em 1921, através de uma colaboração entre o cirurgião Frederick G. Banting (1891-1941), seu assistente Charles H. Best (1899-1978), o bioquímico James B. Collip (1892-1965) e o fisiologista J.J.R. Macleod (1876-1935).
As anotações de Banting e Best sobre os experimentos com cães referem-se à administração de “isletina”, mais tarde denominada de “insulina”, por eles mesmos a pedido de Macleod, embora esse nome já tivesse sido atribuído ao hormônio em 1909, pelo pesquisador belga Jean de Meyer. Banting e Best preparam extratos resfriados de pâncreas de cães, injetaram-nos dentro de cães diabéticos pancreatectomizados, e mostraram um declínio nas concentrações de glicose sanguínea. 
Robin B. Lawrence (1892-1968) foi um grande médico inglês que trabalhou no King’s College Hospital, em Londres. Ele desenvolveu o diabetes mellitus Tipo 1 logo após a insulina ter se tornado disponível e, subsequentemente, desempenhou um papel importante na fundação da British Diabetc Association.
Collip desenvolveu um procedimento melhorado de extração e purificação e o primeiro paciente diabético, um garoto de 14 anos de idade chamado Leonard Thompson, foi tratado em 1º. de janeiro de 1922. Um método de extração comercialmente viável foi então desenvolvido em colaboração com os químicos da Eli Lilly and Co., nos Estados Unidos da América, e a insulina se tornou amplamente disponível na América do Norte e na Europa, a partir do ano de 1923. 
O médico Elliot P. Joslin foi o primeiro dos médicos a obter experiência com a insulina. Trabalhando em Boston, Massachusetts, ele tratou 293 pacientes nos primeiros anos após agosto de 1922. Joslin também introduziu a educação sistemática para seus pacientes diabéticos.
Dentre os muitos importantes avanços desde a introdução da insulina na prática clínica está a elucidação, em 1955, pelo cientista de Cambridge, Frederick Sanger, nascido em 1918, da estrutura primária da insulina, ou seja, a sequência de aminoácidos nas duas cadeias da molécula. Sanger receber o prêmio Nobel por seu trabalho em 1958.
Dorothy Hodgkin (1910-1994), outra ganhadora do prêmio Nobel, e seus colegas descreveram a estrutura tridimensional da molécula da insulina, utilizando dados de cristalografia, por raios X (1969).
A insulina esteve em primeiro lugar em várias fases da evolução científica: foi a primeira proteína que se comprovou ter ação hormonal (1921), a primeira a ser sintetizada por técnicas químicas (1922), a primeira proteína cristalizada (1926), a primeira que teve seus aminoácidos sequenciados (1953) e o primeiro produto para a saúde humana preparado para uso comercial através da tecnologia do DNA recombinante (1982). Tudo isso confirma a grande importância desse peptídeo na história recente da Medicina. Tanto no diabetes mellitus tipo 1 quanto no tipo 2, a utilização clínica de insulina permitiu reduzir consideravelmente a morbimortalidade por complicações agudas (cetoacidose, estado hiperosmolar) ou crônicas (micro e macrovasculares), bem como melhorar a qualidade de vida desses pacientes. 
Na avaliação laboratorial, a mensuração da insulina por técnicas de imunoensaio permitiu conhecer melhor a fisiopatologia do diabetes mellitus, assim como diagnosticar, através de diferentes técnicas ou modelos matemáticos, os valores patológicos da insulinemia.
· Química: A insulina é um hormônio peptídico com 6kd e 51 aminoácidos sintetizado e secretado pelas células  das ilhotas de Langerhans. Em essência, a insulina marca o estado alimentado, estimulando o armazenamento de alimentos e a síntese de proteínas. 
· Biossíntese: Assim como outros peptídeos provenientes das ilhotas pancreáticas, a insulina é secretada na forma de pré-pró-hormônio (pré-pró-insulina). Essa estrutura tem peso molecular de 11,5 kda, possui 23 aminoácidos hidrofóbicos e é produzida no retículo endoplasmático rugoso. 
Nessa organela, a pré-pró-insulina sofre clivagem de um fragmento interno de 31 resíduos sendo convertida em pró-insulina (9kda), formada de duas cadeias (A e B) [cadeia de insulina A (21 aminoácidos) e insulina B (30 aminoácidos)], que são conectadas por ligações de dissulfeto e um peptídeo de ligação denominado peptídeo C.
O peptídeo que conecta a amina terminal (NH2-) da cadeia A na carboxila terminal (COOH-) da cadeia B é chamado de peptídeo de conexão (peptídeo C). A pró-insulina é convertida em insulina e peptídeo C e essas duas moléculas são carregadas juntas nos grânulos secretores. Quando a célula  é estimulada, o peptídeo C e a insulina são secretados em proporções equimolares. Assim, os níveis de peptídeo C refletem a capacidade funcional das células . A insulina age por meio de um receptor de insulina plasmática que leva à geração de múltiplos mediadores dos numerosos efeitos intracelulares citoplasmáticos e nucleares da insulina.
A pró-insulina tem meia-vida plasmática três vezes maior do que a insulina (15 minutos vs. 5 minutos).
Devido às suas semelhanças estruturais, anticorpos antiinsulina utilizados por alguns imunoensaio podem reagir fortemente com a pró-insulina, superestimando valores da insulinemia.
A insulina regula as atividades e a síntese de enzimas-alvo. A sensibilidade de tecidos-alvo à insulina é outro principal determinante da ação da insulina. Existe uma alça de retroalimentação entre a responsividade à insulina em tecidos-alvo e a secreção de insulina nas células . Essa relação trabalha para aumentar a secreção de insulina em indivíduos relativamente resistentes à ação da insulina, por exemplo, pessoas obesas, e para diminuir a liberação de insulina em indivíduos muito sensíveis à ação da insulina. O resultado é um mecanismo fundamental para a manutenção dos níveis plasmáticos de jejum e pós-prandiais de glicose dentro de estreitos limites normais.
Essas duas cadeias, unidas por duas pontes dissulfeto, formam a molécula de insulina. A molécula de insulina madura e o peptídeo C são armazenados juntos e co-secretados a partir dos grânulos de secreção das células . 
Por ser menos susceptível do que a insulina à degradação hepática, o peptídeo C é um importante marcador da secreção de insulínica e permite a discriminação entre asa fontes endógenas e exógenas de insulina na avaliação da hipoglicemia. Ensaios utilizados na quantificação do peptídeo C podem distinguir a hipersecreção endógena de insulina daquela que é administrada ao paciente, e isso tem importância clínica no diagnóstico de hipoglicemias factícias. Atualmente a insulina humana é produzida pela tecnologia do DNA recombinante; as alterações estruturais em um ou mais resíduos são úteis para modificar suas caraterísticas físicas e farmacológicas.
· Secreção insulínica: 
· Mecanismos de secreção insulínica: A secreção de insulina é estimulada por substratos energéticos metabolizáveis pela célula  pancreática, sendo o secretagogo mais importante, a glicose. A glicose é o principal regulador de insulina pelas células  pancreáticas, embora diversos nutrientes, tais como, os aminoácidos, corpos cetônicos, peptídeos gastrintestinais e neurotransmissores, também influenciem a secreção de insulina. Níveis de glicose > 3,9 mmol/l (70 mg/ dl) estimulam a síntese de insulina, principalmente por intensificar a tradução e o processamento das proteínas.
A glicose é transportada para o interior da célula  por uma proteína integral de membrana, denominada GLUT-2. Esta proteína possui um elevado Km (entre 15 e 20 mmol/ l, portanto não saturável em concentrações fisiológicas de glicose) e um Vmax muito elevado, permitindo que o transporte de glicose aumente rapidamente quando a glicemia se eleva.
· OBS: Leonor Michaelis, bioquímico e físico alemão, e Maud Menten, médica canadense, derivaram uma equação matemática baseada na hipótese proposta por eles, de que nas reações enzimáticas, o passo limitante da velocidade é a quebra do complexo enzima-substrato para formar o produto e a enzima livre.Nessa reação aparece uma constante, a constante de Michaelis-Menten (Km). O Km é equivalente a concentração do substrato necessária para atingir a metade da velocidade máxima da reação (Vmax) e indica a afinidade da enzima pelo substrato. Quanto maior o valor de Km menor a afinidade da enzima pelo substrato, isto é, mais substrato é necessário para atingir a metade da velocidade máxima.
Após entrar na célula  a glicose é fosforilada à glicose-6-fosfato (G-6-P) por duas enzimas: a hexoquinase IV (glicoquinase) de baixa afinidade (Km entre 6 a 11 mmol/ l) e a hexoquinase I de alta afinidade (Km < 0,1mmol/ l). Entretanto, a enzima de alta afinidade (hexoquinase I) é fortemente inibida pela glicose-6-fosfato e, em menor grau, pela frutose-1-6-difosfato, o que transfere para a glicoquinase o papel preponderante na fosforilação da glicose nas células . 
Esse mecanismo funciona como “válvula de segurança”, permitindo a formação de glicose-6-fosfato, em concentrações fisiológicas e suprafisiológicas de glicose no sangue. Confere ainda à glicoquinase papel fundamental na regulação do fluxo glicolítico e, portanto, na secreção de insulina, o que caracteriza essa enzima como o sensor da glicose nas células secretoras de insulina. O destino preferencial da G-6-P na célula  é a glicólise.
Menos de 10% da glicose-6-fosfato vai para a via da pentose fosfato e, além disso, as enzimas da síntese de glicogênio apresentam atividade baixa na célula . O piruvato formado no citoplasma é transportado à mitocôndria, onde é convertido a acetil-CoA pela piruvato desidrogenase. 
Subsequentemente, acetilCoA entra no ciclo de Krebs levando a um aumento de nicotinamida adenina dinucleotídio (NADH) e flavina adenina dinucleotídeo (FADH2). O metabolismo de glicose gera ATP e a fração ATP/ADP aumenta no citoplasma. 
Essa relação ATP/ ADP aumentada provoca o fechamento dos canais de potássio e a consequente despolarização da membrana celular que abre canais de cálcio, sensíveis à voltagem. O aumento do influxo de cálcio para a célula  resulta em despolarização suplementar da membrana plasmática e desencadeamento do processo exocitótico.
A estimulação das células  pela glicose leva à ativação de isoformas da fosfolipase C, promovendo a hidrólise de fosfolípides de membrana e gerando inositol 1-4-5-trifosfato e diacilglicerol. 
O inositol 1-4-5-trifosfato ativa os canais de cálcio localizados na membrana do retículo endoplasmático com a saída de cálcio da organela e aumento da concentração desse íon no citossol. O diacilglicerol, por sua vez, também produz o mesmo efeito sobre a concentração de cálcio intracelular, ao ativar os canais de cálcio sensíveis à voltagem da membrana plasmática, permitindo a passagem do cátion do meio extracelular para o intracelular. 
O diacilglicerol também ativa a proteína quinase C, que ativa proteínas dos grânulos secretórios de insulina que, juntamente com o Ca2+, promoverão a ativação do sistema de microtúbulos e microfilamentos, responsável pela translocação desses grânulos para as proximidades da membrana plasmática e consequente exocitose. 
Outra função proposta para a proteína quinase C é de ativação da adenilato ciclase (que também ocorre por outros mecanismos, durante a glicólise) com o conseqüente aumento do conteúdo intracelular de AMPc.
A indução da produção de AMPc ativa a proteína quinase A, que parece agir nos processos de síntese proteica da célula. A proteína quinase A pode, ainda, estimular a secreção de insulina por duas maneiras distintas:
1. Pela fosforilação do canal de Ca++, sensível à voltagem, permitindo a entrada do íon na célula.
2. Pela fosforilação de alguns componentes não tão específicos da maquinaria secretória, mas que garantem a sua eficiência.
Normalmente a resposta secretória insulínica ocorre inicialmente com um pico de liberação rápida, seguido de uma segunda fase de secreção mais prolongada. Após uma refeição, a glicemia se eleva e, através da ação da proteína transportadora de glicose tipo 2 (GLUT-2), rapidamente se equilibra com as concentrações glicêmicas do interior da célula . Em seguida, no interior dessa célula, uma glicoquinase fosforila e polariza a glicose impedindo sua saída. A glicoquinase atua como um sensor de glicose de célula  pancreática. 
Mutações nos fatores nucleares hepáticos HNF-1 ou HNF-4, além de mutações nessa enzima podem ocasionar um dos tipos de síndrome genética Maturity-Onset Diabetes of the Young (MODY), doença autossômica dominante, que se comporta como um diabetes mellitus tipo 2 manifestando-se antes dos 25 anos de idade. 
O metabolismo oxidativo subsequente providenciará a ligação necessária entre os produtos do metabolismo da glicose e a secreção de insulina. Esse processo leva a um aumento da relação entre o difosfato e o trifosfato de adenosina (ATP/ ADP) no interior da célula , promovendo fechamento de canais de K+ATP-sensíveis na membrana celular.
Essa despolarização de membrana rapidamente aciona canais de cálcio voltagem-dependente, causando influxo celular desse íon. O aumento do cálcio intracelular é o responsável pela migração das vesículas intracelulares de insulina, pela união das mesmas com a membrana celular e pela secreção do conteúdo para o meio extracelular.
Outra via de secreção insulínica conhecida é através dos receptores de sulfonilureias presentes na superfície dos canais de K+ATP-sensíveis na célula . É por essa via que atuam as sulfonilureias, que são largamente utilizadas no paciente portador de diabetes mellitus tipo 2. 
Estruturalmente, o canal de K+ATP-sensível é constituído por um complexo heterooctomérico formado por quatro subunidades poro (Kir6.2) e quatro subunidades regulatórias (SUR). As subunidades SUR possuem alta afinidade pelas sulfonilureias. 
Uma vez que as drogas se ligam ao complexo formado por essas subunidades, mudanças conformacionais acontecem nos canais K+ATP-sensíveis promovendo o seu fechamento. A partir desse ponto, o processo de secreção da insulina é o mesmo descrito para o estímulo do aumento da glicemia (despolarização-influxo de cálcio-secreção insulínica). 
· OBS: Maturity-Onset Diabetes of the Young (MODY): A síndrome genética Maturity- Onset Diabetes of the Young (MODY), doença autossômica dominante, que se comporta como um diabetes mellitus tipo 2 manifestando-se antes dos 25 anos de idade. As infecções virais foram relacionadas com a destruição das ilhotas pancreáticas, mas são uma causa rara de diabetes mellitus. A rubéola congênita aumenta de maneira significativa o risco de diabetes mellitus, mas a maioria desses indivíduos também possui marcadores de destruição autoimune das células . 
O diabetes mellitus tipo MODY (Maturity-Onset Diabetes of the Young) é um subtipo do diabetes mellitus, caracterizado por manifestação precoce (em geral abaixo dos 25 anos de idade) e com transmissão autossômica dominante (determinada em pelo menos três gerações). Corresponde a um defeito primário na secreção da insulina, associada a disfunção na célula β pancreática. Assim, as premissas necessárias para o diagnóstico de diabetes tipo MODY são:
Capacidade de controle do diabetes mellitus sem recurso à insulinoterapia (e sem desenvolver cetose) durante um período de, pelo menos, 2 anos ou níveis significativos de peptídeo C. De acordo com vários estudos realizados, o diabetes mellitus tipo MODY, corresponde a uma condição monogênica de elevada penetrância, no entanto com uma elevada heterogeneidade a nível clínico. 
Esta heterogeneidade permitiu, até ao presente a determinação de vários subtipos de diabetes tipo Mody, conhecendo-se atualmente seis genes responsáveis pelo desenvolvimento da doença, permitindo a sua classificação em seis subtipos distintos: MODY 1, MODY 2, MODY 3, MODY 4, MODY 5 e MODY 6. 
É importante referir que deverão existir outros genes, ainda não identificados, que sejam responsáveis pelo desenvolvimento de outros subtipos de diabetes tipo MODY, comumente referidos como MODY X. O diabetes mellitus tipo MODY, descrito pela primeira vezem 1974, atinge cerca de 2% (1 a 5 %) do total de doentes diabéticos. Admitindo que em Portugal existem 600.000 doentes diabéticos, cerca de 12.000 destes doentes teriam aquele tipo de diabetes. 
Contudo, grande parte desses doentes acaba por serem classificados como diabéticos tipo 1 ou 2, consoante o subtipo de MODY. Dever-se-á suspeitar de diabetes tipo MODY em doentes tidos como diabéticos tipo 2 com início da doença em idades precoces e pesada carga familiar ou em doentes classificados de diabéticos tipo 1, mas controlados com baixas doses diárias de insulina ou com níveis de peptídeo C dosáveis. Sabendo-se que o diabetes mellitus tipo MODY tem evoluções diferentes, consoante o subtipo em causa, a caracterização genética aumentará a informação relativa ao prognóstico. 
Além de permitir a estratificação quanto à probabilidade do desenvolvimento das complicações tardias do diabetes mellitus, a caracterização genética do subtipo de MODY em causa poderá ter implicações sobre o esquema terapêutico a adotar e sobre o grau de exigência relativo ao controlo metabólico. O estudo genético dos restantes familiares (diabéticos ou não) permite a identificação dos membros da família em que a mutação está presente. 
Em membros da família em que a mutação esteja presente, mas a diabetes não se tenha desenvolvido, sobretudo nos familiares em idades mais jovens, um maior incentivo à adoção de estilos de vida saudável poderia ter implicações em termos de retardamento no desenvolvimento da doença.
· Fatores estimulantes e inibitórios da secreção insulínica: Vários são os fatores que estimula a secreção de insulina, porém, o maior estímulo conhecido é o aumento dos níveis glicêmicos, que acaba sendo rapidamente controlado pelos pulsos de insulina. 
Outros estímulos podem ser divididos em endógenos (provenientes de fatores hormonais) e exógenos (por estimulação farmacológica, principalmente pelas sulfonilureias). Os agonistas -adrenérgicos diminuem a síntese de insulina, mesmo na presença de hiperglicemia. Como exemplo, temos a doxazosina, usada na preparação para o tratamento cirúrgico do insulinoma. Ao contrário, os agonistas -adrenérgicos estão implicados num efeito oposto, ou seja, servem de estímulo à secreção. Hormônios de crescimento (GH), cortisol, lactogênio placentário, estrógenos e progestágenos também estimulam a secreção de insulina quando em altas concentrações. Durante a gestação, sabe-se que existe uma relação inversa entre o lactogênio placentário e a glicemia. Maiores elevações nos progestágenos na fase tardia da gestação, principalmente entre a 24ª e a 28º semana, podem aumentar a glicemia e a insulinemia maternas, culminando com o desenvolvimento de diabetes gestacional.
· Mecanismo de ação insulínica: A insulina promove seus efeitos metabólicos induzindo a translocação das GLUTs. São sete tipos dessas proteínas especializadas no transporte de glicose através das membranas celulares: 
· GLUT-1: Os transportadores de glicose tipo 1 estão amplamente difundidos por todo o corpo, sendo responsáveis pelo nível basal de glicose celular. Largamente difusos nos tecidos fetais, tendo diminuída sua expressão nos tecidos adultos. Possuem alta capacidade de transporte e alta afinidade pela molécula de glicose, mantendo rapidamente o nível de glicose dentro da célula. Não tem atividade alterada pela presença da insulina. São responsáveis pela captação de glicose através da barreira hematoencefálica. 
· GLUT-2: O transportador de glicose tipo 2 possui a maior cinética entres os GLUT, e está presente nos hepatócitos, nas células  pancreáticas, mucosa intestinal e rins. A alta afinidade do transportador com a glicose promove que o transporte a essas células seja proporcional à glicemia. Este transportador, por suas funções, não tem atividade modulada pela insulina. Na célula intestinal após a absorção e a reabsorção de glicose no rim é a via GLUT-2 que a molécula de glicose entra na circulação. Toda variação de glicemia é detectada pelas células pancreáticas, iniciando automaticamente o controle da secreção de insulina e captação ou liberação de glicose hepática. Alterações na expressão do GLUT-2 está associada a um defeito de estimulação da insulina em pacientes diabéticos, o que não permite a baixa na glicemia. Há variações na expressão em células  pancreáticas desses transportadores, o que explicaria em parte, a baixa ou nenhuma liberação de insulina nos pacientes diabéticos com a doença tipo 1. Expressão de GLUT-2 é estimulada pela hiperglicemia, dietas ricas em carboidratos e suprimida pela hiperinsulinemia. Defeitos no GLUT-2 resulta na síndrome de Fanconi-Bickel, doença caracterizada pelo raquitismo, acúmulo de glicogênio hepático, glicosúria, perda de aminoácidos e acidose renal, síndrome descrita em humanos.
· GLUT-3: Os transportadores GLUT-1 e GLUT-3 são considerados responsáveis pelo transporte de glicose ao cérebro. Como o transporte mínimo de glicose deve ser mantido a este órgão, seus transportadores de glicose dão independentes de insulina. O GLUT-1 é expresso nas células endoteliais, sendo responsável pelo transporte de glicose através da barreira hematoencefálica. Já o transportador GLUT-3 proporciona o transporte da glicose do astrócito ao neurônio. Expressão de GLUT-1 relaciona-se com o crescimento do cérebro, sendo este transportador mais abundante na infância e fase de desenvolvimento, já o GLUT-3 está associado à maturação funciona, quanto mais maduro e evoluído maior a expressão deste transportador. Em situações frequentes de hipoglicemia, há um aumento na expressão na expressão de GLUT-1 para maior captação de glicose. A hipóxia e/ ou isquemia com morte celular e, consequente baixa de GLUT-3 gera um incremento na expressão de GLUT-1 nas proximidades da área afetada. Na doença de Alzheimer ocorre uma redução nos transportadores do tipo 1 e tipo 3, principalmente nos lobos temporais e parietais. 
· GLUT-4: É o transportador insulino-sensível e promove a captação de glicose nos tecidos adiposo e muscular esquelético. Situa-se no compartimento intracelular (95% do conteúdo situa-se no interior do adipócito). Os GLUT-4 são os transportadores insulina-dependente, mais abundante nas membranas celulares do músculo esquelético, cardíaco e tecido adiposo. No fígado: a insulina inibe glicogenólise e gliconeogênese e estimula síntese de glicogênio, na musculatura esquelética estimula a: captação de glicose e síntese de glicogênio, no tecido adiposo estimula a captação de glicose e redução da liberação de ácidos graxos e síntese de triglicerídeos. Também estimula a entrada de aminoácidos nas células para promover a síntese proteica. O transportador possui a menor cinética da família dos GLUTs, mas grande afinidade. Sem estimulação a densidade do GLUT-4 na membrana é extremamente baixa, estando presente em vesículas citoplasmáticas, a quantidade de vesículas é variável pela atividade do tecido. Após a estimulação pela insulina, esses transportadores são translocados para a membrana e o transporte de glicose é aumentado. A contração muscular aumenta a taxa de transcrição e translocação do GLUT-4 este processo é mediado pelo AMP, formado em grande quantidade durante o esforço da musculatura. Como são vários fatores envolvidos, não unicamente a presença ou não do receptor ou transportador, não há uma correlação simples entre resistência à insulina e os GLUT-4, qualquer defeito na rota de translocação das vesículas determina a resistência ao estimulo da insulina, tornando assim o indivíduo um diabético tipo II. O mecanismo de fusão vesicular está envolvido na resistência à insulina. Exercício extenuante provoca lesão celular, o que leva a inflamação tecidual, e resistência à insulina, esse processo é mediado pelo fator de necrose tumoral (TNF-α) e demais substancias do processo inflamatório, que diminuem a densidade dos GLUTs na membrana e torna o músculo mais resistente à captação de glicose. Em animais diabéticos o nível de GLUT-4, tanto nos adipócitos e células musculares cardíacas e esqueléticas,esta diminuído. Essa citação reflete a decisão de iniciar um programa de exercícios leves em indivíduos diabéticos, sem contanto promover uma agressão aos tecidos musculares. Dietas ricas em gordura diminuem os níveis de GLUT-4 nos adipócitos e músculos. Sendo assim a dieta um fator determinante para o tratamento de pacientes diabéticos. Não há relatos de identificação de defeitos em GLUT-4, ratos “knock-out” GLUT-4, onde esse gene foi suprimido, os animais são menores, apresentando cardiomegalia, e não possuem tecido adiposo. Porém não desenvolvem diabetes, mas evidenciam resistência à insulina, que a longo prazo leva a uma diabetes tipo 2. 
· GLUT-5: Apresenta a mais fraca semelhança entre isoformas de qualquer dos membros da família de GLUT. Isto é consistente com a sua identidade, como transportador de frutose em vez de um transportador de glicose. Ela é expressa abundantemente no intestino delgado superior, onde está localizado na borda em escova do epitélio. Aqui ele provavelmente constitui a principal via para a absorção de frutose dietética. Também é encontrada em níveis elevados na membrana plasmática do espermatozoide, consistente com a sua capacidade para utilizar a frutose no fluido seminal como fonte de energia. GLUT-5 também foi encontrada nas células do endotélio de cérebro, músculo e gordura, embora a sua função nestes locais é desconhecida. 
· GLUT-6: Pseudogene que não se expressa funcionalmente.
· GLUT-7: Fração microssomal de células hepáticas e está associado ao complexo enzimático glicose-6-difosfato e intermedeia a liberação de glicose no retículo endoplasmático.
· OBS: A GLUT-1 é capaz de responder a mínimas concentrações de glicose e, por conta disso, é responsável por captar a glicose em níveis basais, principalmente do sistema vascular cerebral, desempenhando importante papel na barreira hematoencefálica. A GLUT-3 é a principal proteína de transporte de glicose presente na superfície neural. As GLUT-1 e GLUT-3 são encontradas em todos os tecidos e têm alta afinidade pela glicose no sistema nervoso central. A GLUT-2, ao contrário, das anteriores, tem baixa afinidade com a glicose, sendo importante apenas quando a glicemia está elevada, situação característica do estado pós-prandial. É o mais importante transportador de glicose no fígado, rins e intestinos. A GLUT-4 ocupa importante posição nos principais sítios de ação da insulina, que são o tecido adiposo e o músculo estriado esquelético.
Principais características dos distúrbios funcionais da célula  no diabetes mellitus tipo 1 e diabetes mellitus tipo 2 e em algumas formas de MODY:
· Diabetes mellitus tipo 1: A destruição progressiva e específica das células  pancreáticas por mecanismo autoimune é a base fisiopatológica do diabetes mellitus tipo1. As razões pelas quais alguns indivíduos na população passam, em um determinado momento de suas vidas, a apresentar reatividade autoimune contra antígenos próprios da célula beta é questão de intensa investigação.
Entre as razões mais aceitas no momento, encontram-se a falha na seleção linfocitária no timo durante a ontogênese do sistema imune; a expressão anômala de auto antígenos através de algumas moléculas do MHC (o que explicaria o risco relativo elevado oferecido por alguns genótipos de HLA, particularmente DR3 e DR4); a infecção por alguns tipos de vírus ou bactérias em indivíduos geneticamente predispostos; ou ainda a exposição a fármacos, alimentos ou a outros fatores ambientais pouco conhecidos.
A destruição da célula  é dependente de uma resposta imunológica predominantemente celular, com ativação de linfócitos T-CD4 e T-CD8.
Em modelos animais, a doença pode ser induzida independente da presença de linfócitos T-CD8, mas não da presença de linfócitos T-CD4 e IFNb local de citocinas, principalmente TNF-, IL-1 linfócitos, é fator necessário à destruição celular. Na prática clínica, detecta-se a presença de autoanticorpos contra antígenos da célula beta em todos os pacientes com diabetes mellitus tipo1.
Tais anticorpos não desempenham papel importante na destruição das células insulino-produtoras, mas servem como marcadores da doença e são utilizados como fatores preditivos para screening populacional ou na investigação de indivíduos sob risco acentuado de desenvolver a doença. Os principais autoanticorpos que podem ser determinados por métodos disponíveis em laboratórios de referência são ICA, insulina, GAD65 e ICA512. 
Como a lesão das células beta pancreáticas é dependente de mecanismos autoimunes estudos clínicos com uso de imunossupressores, na tentativa de se impedir a progressão da doença, foram realizados nas últimas décadas. O uso do potente imunossupressor ciclosporina A foi capaz de deter o avanço da doença enquanto em uso, entretanto as consequências da potente imunossupressão associadas a outros efeitos colaterais do fármaco inviabilizam seu uso clínico. 
Outras abordagens imunossupressoras ou imunomoduladoras como metotrexato, nicotinamida, BCG, timodulina e insulinoterapia oral, tiveram resultados insatisfatórios no controle da doença.
· MODY: Maturity-onset diabetes of the young é definido como uma forma de diabetes mellitus monogênica, dominante, decorrente de mutações em genes que levam a disfunção da célula . De uma forma geral, há baixa produção de insulina frente a necessidades básicas periféricas. Pacientes são jovens, magros e há recorrência familiar por pelo menos duas gerações. De acordo com dados de vários estudos populacionais os genes mais frequentemente envolvidos são: HNF-1(MODY3), 52% dos casos; e, glicoquinase (MODY-2), 14% dos casos; outros genes afetados de forma mais rara são HNF-4 (MODY-1) e HNF-1(MODY-5). Aproximadamente 10% dos pacientes que preenchem critérios clínicos e familiares para diagnóstico de MODY não têm genes envolvidos identificados.
· Diabetes mellitus tipo 2: A incapacidade da célula beta em responder à crescente demanda periférica de insulina, observada durante a evolução progressiva da insulino-resistência em indivíduos intolerantes à glicose, é aceito hoje como o fenômeno determinante no desenvolvimento do diabetes mellitus tipo 2. Alguns fatos corroboram tal conceito. Primeiro, todos os pacientes com diabetes mellitus tipo 2 tem disfunção mensurável da célula beta; segundo, a magnitude da insulino-resistência, após instalada sofre pequeno ou nenhum incremento com o tempo, por outro lado, a deterioração da função da célula  é progressiva; terceiro, há perda progressiva da resposta da célula beta à terapêutica com sulfonilureias.
A primeira e mais marcante evidência clínica da disfunção da célula beta em pacientes com predisposição para diabetes mellitus tipo 2 é a perda da primeira fase de secreção de insulina.
Alterações na segunda fase de secreção e modificação no padrão pulsátil de secreção aparecem com a evolução da doença. Durante a evolução da resistência à insulina, particularmente em indivíduos obesos, observa-se aumento progressivo da concentração sanguínea basal de insulina. Esse incremento pode ser mantido em algumas pessoas, e perdido em outras. As primeiras se manterão normoglicêmicas e resistentes à insulina, enquanto as segundas perderão definitivamente a capacidade de manter a homeostase da glicose.
Várias causas têm sido apontadas como determinantes da perda funcional da célula beta. Alguns polimorfismos, como do fator de transcrição TCF7L2 ou da proteína Kir6.2, foram identificados em populações especificas, porém, alterações genéticas comuns a múltiplas populações não foram identificadas.
Entre causas aparentemente não-genéticas discutem-se os papéis da disfunção mitocondrial com aumento da produção de espécies reativas de oxigênio, da glicotoxicidade, da lipotoxicidade, do estresse de retículo endoplasmático e finalmente da própria ação autócrina e parácrina da insulina, promovendo controle de sua própria síntese e secreção.
Dada a complexidade genética e a multifatorialidade ambiental de diabetes mellitus tipo 2, acredita-se que no futuro distintos mecanismos fisiopatológicosserão caracterizados, todos levando a um quadro clínico comum com coexistência da resistência à insulina e falência da célula .
· Resistência à insulina X deficiência insulínica: Conforme mencionado, a hiperglicemia do diabetes mellitus tipo 2 resulta de dois mecanismos básicos, a resistência periférica à ação da insulina e a deficiência da produção deste hormônio pelas células beta do pâncreas. Tais mecanismos podem ser precipitados pela presença de certos fatores como uma predisposição genética, a obesidade, a inatividade física e o envelhecimento, que interferem ou na reserva funcional das células beta ou na sensibilidade tecidual à insulina ou em ambos os defeitos.
É difícil definir, para cada paciente, qual a participação do componente de resistência à insulina e da deficiência insulínica, mas, na maioria dos casos, as duas condições coexistem em proporções diferentes para diferentes pacientes. Os indivíduos obesos são em geral mais resistentes à insulina, apresentam insulinemia elevada e mais frequentemente intolerância à glicose. Uma linha de investigação sugere o envolvimento do acúmulo de gordura visceral na gênese da resistência à insulina. Porém, não está totalmente esclarecido qual defeito ocorre primeiro.
A perda de função da célula beta é um fator que aparece precocemente no desenvolvimento do diabetes mellitus tipo 2. Em condições normais, a secreção insulínica ocorre em dois picos ao se iniciar uma refeição: o primeiro pico é necessário para a utilização da glicose proveniente da refeição e também para sinalizar o fígado e inibir a produção endógena de glicose logo após a refeição. No indivíduo sadio, as duas fases de secreção de insulina estão preservadas enquanto no portador de diabetes mellitus, há perda da primeira fase e atraso na segunda fase deste processo.
Há evidências de que o declínio da função da célula beta possa ocorrer até 10 anos antes do momento do diagnóstico. Como o diagnóstico do diabetes mellitus em geral é feito tardiamente, o que se observa é que ao diagnosticar a doença o paciente já apresenta deficiência na capacidade secretória de insulina da ordem de 50%.
Na evolução do diabetes mellitus, cada um dos mecanismos básicos tem um padrão de evolução específico, podendo ter início até 10 anos antes do diagnóstico. Na fase inicial do processo, tanto a resistência à insulina como a deficiência insulínica apresentam uma curva ascendente, refletindo a situação clínica que ocorre progressivamente na fase de pré-diabetes: à medida que a resistência à insulina progride, as células  respondem com aumento inicial na secreção de insulina, com o objetivo de superar os efeitos hiperglicemiantes da resistência à insulina.
Em geral, quando a doença é diagnosticada já existe um estado de deficiência insulínica progressivo, manifesto por níveis cada vez mais baixos de insulinemia. Entretanto, é importante salientar que a resistência à insulina pode aumentar substancialmente se o indivíduo continuar a ganhar peso, devido à hipertrofia do tecido adiposo particularmente visceral.
Por outro lado, quando o indivíduo perde 5% a 10% do peso corpóreo, essa perda aparentemente discreta já apresenta um impacto positivo importante na diminuição da resistência à insulina, o que se reflete por necessidades de doses menores de antidiabéticos, que eventualmente poderão ser inclusive suspensos se o componente de resistência à insulina for significativo e se a perda de peso for mais acentuada.
· Glicotoxicidade e lipotoxicidade como fatores hiperglicemiantes: A glicotoxicidade caracteriza-se por efeitos adversos da hiperglicemia crônica sobre a função da célula beta e incluem três consequências distintas: diminuição da tolerância à glicose; exaustão das células  e redução da massa de células  por apoptose. A diminuição da tolerância à glicose deve-se a uma refratariedade reversível do mecanismo de liberação da insulina produzida após a exposição a níveis elevados de glicemia devida a auto oxidação da célula beta. Nessas circunstâncias, ocorre um mecanismo fisiológico adaptativo para preservar a célula , reduzindo a primeira fase de produção de insulina e promovendo menor supressão da liberação hepática de glicose após as refeições, aumentando ainda mais a hiperglicemia pós-prandial.
A consequência prática direta da glicotoxicidade é a incapacidade de alguns pacientes com glicemia bastante elevada, geralmente acima de 300 mg/dl em jejum, no sentido de não conseguirem uma redução adequada dos níveis glicêmicos apenas com o tratamento oral, necessitando de um período variável de terapia insulínica para restaurar os níveis glicêmicos para patamares aceitáveis. Para muitos pacientes, essa conduta terapêutica controla a glicotoxicidade e permite que o paciente passe a responder adequadamente aos antidiabéticos orais.
A lipotoxidade geralmente ocorre em portadores de diabetes mellitus tipo 2 e obesidade, com adiposidade visceral. Neste caso, são os níveis elevados de ácidos graxos, por períodos prolongados, que resultam em resposta diminuída das células beta aos níveis de glicose sanguínea. Em condições normais, os ácidos graxos são uma forma de energia para as células , mas se tornam tóxicos quando em concentrações cronicamente elevadas e em indivíduos geneticamente predispostos ao diabetes mellitus tipo 2. Os efeitos deletérios dos ácidos graxos são mediados pela presença do excesso de glicose, uma vez que os lipídios aumentados não alteram a função das células  em modelos animais mantidos em níveis normais de glicemia.
· Implicações terapêuticas da resistência à insulina e da deficiência insulínica: Atualmente, dispomos de várias opções farmacológicas para o tratamento do diabetes mellitus tipo 2, as quais foram desenvolvidas graças aos conhecimentos adquiridos sobre a fisiopatologia da resistência à insulina e da deficiência insulínica. Os medicamentos que agem combatendo a resistência periférica à ação da insulina exercem seus efeitos terapêuticos através de dois mecanismos básicos: estimulando a captação de glicose pelos músculos e tecido adiposo e reduzindo a liberação de glicose pelo fígado. Este grupo de fármacos é conhecido como “grupo dos sensibilizadores da insulina” e inclui duas classes terapêuticas: as biguanidas (metformina) e as glitazonas. Ambas apresentam os mecanismos de ação semelhantes, porém, com intensidades e tecidos distintos. Por exemplo, a metformina age preponderantemente no fígado, reduzindo a liberação hepática de glicose, mas também age secundariamente em nível dos músculos e do tecido adiposo, diminuindo a resistência à ação da insulina. Por outro lado, a preponderância de mecanismos de ação é inversa no caso das glitazonas, ou seja, estas agem preponderantemente nos músculos e no tecido adiposo e também apresentam ação redutora sobre a liberação de glicose pelo fígado, embora em menor escala que a metformina.
Por outro lado, o grupo terapêutico que age estimulando a produção interna de insulina pelas células beta é representado pelos chamados “secretagogos de insulina”, os quais podem ser de curta duração (como as glinidas, para uso prandial, com duração aproximada de 2 horas) ou de duração mais ampliada (como as sulfonilureias, para cobertura insulínica por períodos de 12 a 24 horas).
É importante notar que os sensibilizadores da ação periférica da insulina não costumam causar hipoglicemia, mesmo quando o paciente não se alimenta nos horários previstos. Por outro lado, os secretagogos de insulina de duração mais prolongada continuarão a exercer seu efeito estimulador da secreção de insulina pelas células , independentemente do paciente ter ou não se alimentado nos horários previstos. Por essa razão, deve-se sempre ter em mente a possibilidade da ocorrência de hipoglicemias nestes pacientes, principalmente quando as refeições não acontecem nas quantidades e nos horários previstos.
Outro grupo terapêutico é constituído por fármacos que retardam a absorção intestinal da glicose e, assim, reduzem a hiperglicemia pós-prandial. Esses quatro grupos terapêuticosmencionados e seus respectivos mecanismos de ação estão resumidos na figura abaixo:
Mais recentemente, uma nova classe de medicamentos está sendo introduzida, com uma abordagem terapêutica direcionada à inibição da secreção de glucagon, um hormônio produzido pelas células alfa das ilhotas pancreáticas e que apresenta um efeito oposto ao da insulina, ou seja, um efeito hiperglicemiante. Os chamados hormônios intestinais ou incretinas exercem fisiologicamente essa função.
Dois grupos terapêuticos exercem uma ação farmacológica semelhante à das incretinas: os incretinomiméticos e os inibidores da enzima DPP-IV. Por se tratar de agentes terapêuticos ainda não lançados em alguns países, ainda não se definiu a participação desse grupo nos algoritmos de tratamento do diabetes mellitus tipo 2. 
· Mecanismo molecular: O mecanismo de ação da insulina se inicia com sua ligação ao receptor específico de membrana presente nos órgãos-alvo. Esse receptor é uma proteína tetramérica composta de duas subunidades  e duas subunidades , que tem a capacidade de estimular a fosforilação (capacidade quinase) após ser ativada. 
A subunidade  tem a particularidade de inibir a propriedade quinase da subunidade . Quando a insulina se liga ao receptor, a subunidade  passa a expressar sua propriedade quinase, autofosforilando e levando às alterações conformacionais no receptor que, agora, em sua forma ativa, tem sua capacidade quinase aumentada. São conhecidos vários substratos para o receptor de insulina; quatro deles são mais bem estudados e pertencem à família dos substratos do receptor de insulina. Outros substratos incluem Shc, Gab-1, p60dok, Cbl, JAK2 e APS. O objetivo final da fosforilação desses substratos induzidas pelo receptor ativado a insulina é iniciar cascatas bioquímicas capazes de promover a captação da glicose presente no meio extracelular e estimular os efeitos anabólicos insulínicos.
A PI3-quinase é uma enzina responsável por catalisar a reação de fosforilação nos fosfoinositídeos na posição 3 do anel de inositol, produzindo fosfatidilinositol-3-fosfato, fosfatidilinositol-3,4-difosfato e fosfatidilinositol-3, 4,5-trifosfato. É a única molécula intracelular considerada essencial para o transporte de glicose. Uma vez que o receptor de insulina (IRS) é fosforilado, ele se liga à subunidade regulatória (P85) da PI3-quinase, ativando a subunidade catalítica (P110) dessa mesma enzima. A reação seguinte ativará a PDK e o complexo PKB/Akt, desencadeando a translocação dos GLUT-4 para a superfície da membrana celular, permitindo a captação da glicose circulante pelo fígado e pelos músculos. Ainda nesses órgãos, há também o estímulo da síntese de glicogênio. Em adipócitos, há síntese de ácidos graxos e acúmulo de triglicerídios. Via IRS-1, no endotélio, a óxido nítrico sintetase endotelial (NOSe) é fosforilada e estimulada a produção de óxido nítrico, conhecidamente uma substância vasodilatadora.
Outra importante via digna de nota é a CAP/ Cbl. Esse complexo é encontrado na maioria dos tecidos sensíveis à insulina. Uma vez fosforilado pelo receptor de insulina ativado, desencadeia uma cascata de reações enzimáticas que culmina com a translocação do receptor de glicose GLUT-4, em paralelo à ativação da via de PI3-quinase. 
· Ação nos órgãos-alvo: Nos seus órgãos-alvo, a insulina promove diversas ações pertinentes à sua natureza anabólica. No fígado, inibe a produção e a liberação de glicose através dos bloqueios da neoglicogênese a da glicogenólise. O bloqueio da neoglicogênese ocorre pela inibição da enzima fosfoenolpiruvato descarboxilase. 
O glicogênio passa a ser acumulado por conta de um aumento do transporte de glicose para os músculos e pela síntese dessa macromolécula no fígado e nos músculos. 
Em relação à síntese e à degradação de lipídios, a insulina regula a quantidade de ácidos graxos livres liberados na gordura visceral. Nos adipócitos, a insulina promove redução da lipólise através da inibição da lipase hormonossensível. O metabolismo dos lipídios é regulado por uma família de fatores de transcrição designada sterol regulatory elemento binding proteins (SREBP). 
No processo de resistência insulínica, os altos níveis de insulina circulantes podem causar acúmulo de SREBP-1c promovendo síntese de ácidos graxos, acúmulo de triglicerídios e aumentando a expressão de genes lipogênicos. 
· Metabolismo: A insulina, quando secretada na circulação portal pelas células  pancreática, tem sua primeira passagem hepática, a qual é responsável pela degradação de cerca de 50% do hormônio. Já o peptídeo C, sintetizado em quantidades equimolares à inulina, não apresenta tal degradação, portanto, suas concentrações são as que melhor representam, a quantidade de insulina produzida pelo pâncreas. 
Ao contrário de outras proteínas de estrutura molecular semelhante, a insulina não se apresenta ligada a proteínas carreadoras plasmáticas, o que diminui muito sua vida média após ser secretada (5 minutos). 
São conhecidas algumas vias de degradação da insulina, sendo que a principal via conhecida é através da enzima de degradação da insulina (Insulin-degrading enzyme, IDE), uma protease insulinoespecífica, presente em todo o organismo. Essa proteína encontra-se em altas concentrações em determinados órgãos, como fígado, rins e placenta, sendo esses os principais responsáveis pela degradação periférica de insulina.
Um segundo mecanismo envolve a glutationa-insulina transiidrogenase, uma enzima isolada inicialmente em fígado de bovinos e presente nos seres humanos. Essa enzima é capaz de prover a quebra da ponte dissulfeto a partir da glutationa, separando as cadeias A e B da insulina. A insulina também pode ser metabolizada pela destruição a partir de granulócitos circulantes. Essa degradação se dá a partir de internalização por endocitose seguida de ataque proteolítico. 
· Aplicação na clínica: O conhecimento básico sobre insulina é fundamental, pois a partir dele podemos raciocinar melhor e tomar decisões que, potencialmente, beneficiarão nossos pacientes. Esse conhecimento pode ser aplicado em vários pontos de interesse clínico, como os a seguir:
· Mecanismos fisiopatológicos da doença: Na resistência insulínica, apesar de a estrutura molecular da insulina estar normal, sua ação é prejudicada à medida que é induzida uma fosforilação errada no aminoácido serina (ao invés da tirosina) no receptor de insulina (IRS). Isso quebra todas a cascata de reações e impede o metabolismo normal de glicídios e lipídios. 
· Entendimento de apresentações clínicas: Sabendo-se que a insulina é um hormônio anabólico e que usualmente estimula a lipogênese, pode-se raciocinar que se um paciente chega ao nosso consultório com hiperglicemia e ganhando peso, provavelmente ele terá a resistência insulínica como fator fisiopatológico primordial. Aio contrário, se ele tem diabetes tipo 1 (destruição total das células , ou diabetes tipo 2 e está em falência pancreática, apresentará perda ponderal como marcador de insulinopenia. 
· Diagnóstico laboratorial: A perda da fase rápida da secreção insulínica é um dos primeiros acontecimentos no diabetes mellitus tipo 2. Sendo assim, espera-se que a glicemia pós-prandial sofra alterações mais precoces que a de jejum. Logo, o teste oral, de tolerância à glicose é importante para o diagnóstico de diabetes mellitus. Teoricamente, a dosagem de peptídeo C poderia ser um indicador de capacidade secretória pancreática, pois é liberado com concentrações equimolar à insulina. 
· Aplicação terapêutica: Atualmente várias são as preparações comercialmente disponíveis da insulina para uso clínico. Mudanças químicas na estrutura da insulina servem para alterar seu perfil de ação. Insulinas ultrarrápidas (lispro, aspart) ou lentas (glargina) são exemplos de modificações na molécula da insulina com a finalidade de obter benefícios na prática clínica.