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‫الجمهورية الجزائرية الديمقراطية الشعبية‬
République Algérienne Démocratique et Populaire
‫وزارة التعليم العالي و البحث العلمي‬
Ministère de l’enseignement Supérieur et de la Recherche scientifique
Université Mohamed Khider Biskra
Faculté des Sciences Exact et des ScienceS de la Nature et de La Vie
Département Des Science De La Vie Et De La Nature
Filière : Biotechnologie ET Valorisation Des Plantes « Master 1 »
Module: Toxicologie
Présenté par :
Dirigé par :
HAMZAOUI Elhassen
DEHIMAT Abdelouahab
Année universitaire : 2019 / 2020
I-
Introduction
La morphine est extraite de l’opium, obtenu à partir des fleurs de pavot. Elle est l’un des
médicaments les plus utilisés et les mieux connus pour le traitement de la douleur. Elle fait
partie de la liste des médicaments reconnus comme essentiels par l’Organisation mondiale de
la santé (OMS). On l’emploie pour soulager des douleurs d’origines diverses: douleurs
osseuses chroniques, cancer, ou encore après une opération chirurgicale. Le but du traitement
est d’obtenir un soulagement adéquat de la douleur. Ceci est possible dans la majorité des
situations.
La connaissance du mécanisme d'action et l'étude des relations structure-activité
ont abouti à la découverte de nombreux analogues ou morphiniques de synthèse
qui présentent encore certains inconvénients de la morphine elle-même,
notamment l'accoutumance et la dépendance . donc la morphine et ces
analougues
sont
stupéfiants
(tableau B
des
substances
vénéneuses)
provoquants des toxicomanies.
II-
L’INSULINE SYNTHESE ET MODE D’ACTION :
II-1- MODE D’ACTION
L'insuline comporte plusieurs actions générales, notamment:
- A l’Effet de l’insuline, les cellules du foie, des muscles et des tissus adipeux absorbent le
glucose sanguin et le convertissent en glycogène pouvant être stocké dans le foie et les
muscles.
-L'insuline empêche également l'utilisation des graisses comme source d'énergie. En l'absence
d'insuline ou dans des conditions où l'insuline est en faible quantitè, les cellules de
l'organisme n’absorbent pas le glucose, et le corps commence à utiliser les graisses comme
source d'énergie
-L'insuline contrôle également d'autres systèmes de l'organisme et régule l'absorption des
acides aminés par les cellules de l'organisme.
1
-Il a également plusieurs autres effets anabolisants dans tout le corps.
L'insuline est synthétisée en quantités significatives uniquement dans les cellules bêta du
pancréas. Il est sécrété principalement en réponse à des concentrations élevées de glucose
dans le sang.
L'insuline peut donc réguler la glycémie et le corps détecte et répond à l'augmentation de la
glycémie en sécrétant de l'insuline. d'autres stimulants tels que la vue et le goût des aliments,
la stimulation nerveuse et l'augmentation des concentrations sanguines, les acides aminés et
les acides gras, favorisent également la sécrétion d'insuline.
Comme l'insuline contrôle les processus métaboliques centraux, l'échec de la production
d'insuline est responsable à un trouble appelé diabète sucré. Il existe deux principaux types de
diabète - le type 1 et le type 2.
Le diabète de type 1 survient lorsque la production d'insuline par les cellules bêta du pancréas
est nulle ou très faible. Les patients atteints de diabète sucré de type 1 dépendent de l'insuline
externe (injectée le plus souvent par voie sous-cutanée) pour leur survie.
Dans le diabète sucré de type 2, les besoins en insuline ne sont pas satisfaits par la quantité
produite par les cellules bêta du pancréas. On parle de résistance à l'insuline ou de déficit
d'insuline «relatif». Ces patients peuvent être traités avec des médicaments pour réduire leur
glycémie ou éventuellement avoir besoin d'insuline fournie par l'extérieur si les autres
médicaments ne permettent pas de contrôler la glycémie de manière adéquate.
Le diabète est une maladie de longue durée qui entraîne une glycémie élevée. En 2013, on
estimait à plus de 382 millions le nombre de personnes atteintes de diabète dans le monde.
Diabète de type 1 - le corps ne produit pas d'insuline. Environ 10% de tous les cas de diabète
sont de type 1. Diabète de type 2 le corps ne produit pas assez d'insuline pour fonctionner
correctement. Environ 90% de tous les cas de diabète dans le monde sont de ce type2. Diabète
gestationnel - ce type affecte les femmes pendant la grossesse.
2
II-2 - SYNTHESE DE L'INSULINE NATURELLE
L'insuline est synthétisée en quantités significatives uniquement dans les cellules bêta du
pancréas. Puisqu'il s'agit d'une structure protéique ou polypeptidique, il est synthétisé comme
la plupart des autres protéines via la transcription et la traduction de l'ADN en chaînes
d'ARNm et d'acides aminés ou en chaînes polypeptidiques. La protéine subit ensuite des
modifications structurelles pour atteindre sa forme finale.
Les ètapes de la synthèse d'insuline
L'ARNm de l'insuline se traduit par un précurseur à chaîne unique appelé préproinsuline.
Ensuite, l’élimination de son peptide signal lors de l’insertion dans le réticulum
endoplasmique génère de la proinsuline.
La proinsuline comprend trois domaines:
• une chaîne B amino-terminale
• une chaîne carboxy-terminale A
• un peptide de liaison au milieu appelé peptide C
Dans le réticulum endoplasmique, la proinsuline est exposée à plusieurs endopeptidases
spécifiques qui excisent le peptide C. Cela forme la forme mature del'insuline. L'insuline et le
peptide C libre sont emballés dans le corps de Golgi en granules de sécrétion qui s'accumulent
dans le cytoplasme
L'insuline est constituée de deux chaînes polypeptidiques, les chaînes A et B, liées ensemble
par des liaisons disulfure. Cependant, il est d'abord synthétisé sous la forme d'un polypeptide
unique appelé préproinsuline dans les cellules β du pancréas. La préproinsuline contient un
peptide signal de 24 résidus qui dirige la chaîne polypeptidique naissante vers le réticulum
endoplasmique rugueux (RER). Le peptide signal est clivé lors de la translocation du
polypeptide dans la lumière du RER, formant de la proinsuline. Dans le RER, la proinsuline
se replie dans la conformation correcte et 3 liaisons disulfure sont formées. Environ 5 à 10
minutes après son assemblage dans le réticulum endoplasmique, la proinsuline est transportée
vers le réseau trans-Golgi (TGN) où se forment des granules immatures. Le transport vers le
TGN peut prendre environ 30 minutes.
3
La proinsuline subit une maturation en insuline active par l'action des endopeptidases
cellulaires connues sous le nom de prohormonesconvertases (PC1 et PC2), ainsi que de
l'exoprotéase carboxypeptidase E. Les endopeptidases se clivent en 2 positions, libérant un
fragment appelé C-peptide et en laissant 2 chaînes peptidiques. , les chaînes B et A, liées par 2
liaisons disulfure. Les sites de clivage sont situés chacun après une paire de résidus basiques
(lysine 64 et arginine 65, et arginine 31 et 32). Après clivage du peptide C, ces 2 paires de
résidus basiques sont éliminées par la carboxypeptidase.
Le peptide C est la partie centrale de la proinsuline et la séquence primaire de la proinsuline
va dans l'ordre "B-C-A" (les chaînes B et A ont été identifiées sur la base de la masse et le
peptide C a été découvert plus tard).
L'insuline mature résultante est conditionnée dans des granules matures dans l'attente des
signaux métaboliques (tels que la leucine, l'arginine, le glucose et le mannose) et de la
stimulation du nerf vagal pour être exocytés de la cellule dans la circulation.
La production endogène d'insuline est régulée en plusieurs étapes tout au long de la voie de
synthèse:
• à la transcription du gène de l'insuline
• en stabilité de l'ARNm
• À la traduction de l'ARNm
• Dans les modifications post-traductionnelle.
4
III- INSULINE HUMAINE SYNTHÉTIQUE
L’insuline humaine synthétique a été la première molécule en or de l’industrie de la
biotechnologie et le résultat direct de la technologie de l’ADN recombinant. Actuellement,
des millions de diabétiques à travers le monde utilisent de l'insuline synthétique pour réguler
leur glycémie. L'insuline synthétique est produite à la fois par des bactéries et par des levures.
Insuline humaine est le nom qui décrit l'insuline synthétique qui est développée en laboratoire
pour imiter l'insuline chez l'homme.
L’insuline humaine a été mise au point dans les années 1960 et 1970 et approuvée pour
l’utilisation pharmaceutique en 1982.Avant le développement de l'insuline humaine, une
insuline d'origine animale, généralement une forme purifiée d'insuline porcine (de porc), était
utilisée. L'insuline humaine est un laboratoire créé en faisant croître des protéines d'insuline
dans la bactérie E-coli (Escherichia coli).
IV- METHODE
La principale méthode utilisée dans la production d’insuline humaine en laboratoire est le
génie génétique et l’utilisation de la technique de l’ADN RECOMBINANT. Dans les années
1980, les chercheurs ont utilisé le génie génétique pour fabriquer l’insuline humaine. En 1982,
la Eli Lilly Corporation a produit de l’insuline humaine qui est devenue le premier produit
pharmaceutique génétiquement modifié approuvé.
Bien que l’insuline bovine et porcine soit semblable à l’insuline humaine, sa composition est
légèrement différente. Par conséquent, le système immunitaire d’un certain nombre de
patients produit des anticorps contre elle, neutralisant ses actions et entraînant des réponses
inflammatoires aux sites d’injection. À ces effets néfastes de l’insuline bovine et porcine
s’ajoutent les craintes de complications à long terme découlant de l’injection régulière d’une
substance étrangère, ainsi que la baisse prévue de la production d’insuline d’origine
animale. Ces facteurs ont amené les chercheurs à envisager de synthétiser l’humuline en
insérant le gène insulinique dans un vecteur approprié, la cellule bactérienne E. coli, pour
produire de l’insuline chimiquement identique à son contrepartie produite. Ceci a été réalisé
en utilisant la technologie de l’ADN recombinant. Cette méthode est plus fiable et plus
durable que l’extraction et l’épuration du sous-produit de l’abattoir.
5
L’insuline humaine est cultivée en laboratoire à l’intérieur de bactéries communes.
Escherichia coli est de loin le type de bactérie le plus largement utilisé, aussi la levure est
également
utilisée.
Les chercheurs ont besoin de la protéine humaine qui produit l’insuline. Les fabricants
l’obtiennent grâce à une machine de séquençage des acides aminés qui synthétise l’ADN. Les
fabricants connaissent l’ordre exact des acides aminés de l’insuline (les molécules à base
d’azote qui composent les protéines). Il y a 20 acides aminés courants. Les fabricants entrent
les acides aminés de l’insuline, et la machine de séquençage relie les acides aminés ensemble.
Pour synthétiser l’insuline, il faut aussi de grands réservoirs pour faire croître les bactéries, et
il faut des nutriments pour que les bactéries croissent. Plusieurs instruments sont nécessaires
pour séparer et purifier l’ADN comme une centrifugeuse, ainsi que diverses chromatographies
et de cristallographie par rayons X.
La synthèse de l’insuline humaine est un processus biochimique en plusieurs étapes qui
dépend des techniques de base de l’ADN recombinant et de la compréhension du gène de
l’insuline ( figure I et figure II ). L’ADN contient les instructions sur le fonctionnement du
corps et un petit segment de l’ADN, le gène insulinique, code l’insuline protéique. Les
fabricants manipulent le précurseur biologique de l’insuline pour qu’elle se développe à
l’intérieur de bactéries simples.
1) Le gène de l’insuline est une protéine constituée de deux chaînes distinctes d’acides
aminés, une A au-dessus d’une chaîne B qui est maintenue avec des liaisons. Les
acides aminés sont les unités de base qui construisent toutes les protéines. La chaîne
d’insuline A se compose de 21 acides aminés et la chaîne B en a 30 acide aminés.
2) Avant de devenir une protéine d’insuline active, l’insuline est d’abord produite sous
forme de préproinsuline. Il s’agit d’une seule longue chaîne protéique avec les chaînes
A et B non encore séparées, une section au milieu reliant les chaînes ensemble et une
séquence de signal à une extrémité indiquant la protéine quand commencer à sécréter à
l’extérieur de la cellule. Après la préproinsuline, la chaîne évolue en proinsuline,
toujours une seule chaîne, mais sans la séquence de signalisation. Vient ensuite
l’insuline protéique active, la protéine sans la section reliant les chaînes A et B. À
chaque étape, la protéine a besoin d’enzymes spécifiques (protéines qui effectuent des
réactions chimiques) pour produire la prochaine forme d’insuline.
3) Une méthode de fabrication de l’insuline consiste à cultiver les deux chaînes
d’insuline séparément. Cela évitera de fabriquer chacune des enzymes spécifiques
6
nécessaires. Les fabricants ont besoin des deux mini-gènes : un qui produit la chaîne A
et un pour la chaîne B. Depuis la séquence exacte de l’ADN de chaque chaîne est
connue, ils synthétisent l’ADN de chaque mini-gène dans une machine de séquençage
des acides aminés.
4) Ces deux molécules d’ADN sont ensuite insérées dans des plasmides, de petits
morceaux circulaires d’ADN qui sont plus facilement pris par l’ADN de l’hôte.
5) Les fabricants insèrent d’abord les plasmides dans un type non nocif de la bactérie E.
coli. Ils l’insèrent à côté du gène lacZ. Lacz encode la 8-galactosidase, un gène
largement utilisé dans les procédures de recombinaison de l’ADN parce qu’il est facile
à trouver et à couper, permettant à l’insuline d’être facilement enlevée afin qu’elle ne
se perde pas dans l’ADN de la bactérie. À côté de ce gène est l’acide aminé
méthionine, qui commence la formation de protéines.
6) Les plasmides recombinants, nouvellement formés, sont mélangés avec les cellules
bactériennes. Les plasmides entrent dans la bactérie dans un processus appelé
transfection. Les fabricants peuvent ajouter à la ligase de l’ADN des cellules, une
enzyme qui agit comme de la colle pour aider le plasmide à coller à l’ADN de la
bactérie.
7) Les bactéries synthétisant l’insuline subissent alors un processus de fermentation. Ils
sont cultivés à des températures optimales dans de grands réservoirs dans les usines de
fabrication. Les millions de bactéries se reproduisent environ toutes les 20 minutes par
mitose cellulaire, et chacune exprime le gène de l’insuline.
8) Après la multiplication, les cellules sont sorties des réservoirs et ouvertes pour extraire
l’ADN. Pour ce faire, on ajoute d’abord un mélange de lysozome qui digère la couche
extérieure de la paroi cellulaire, puis un mélange de détergent qui sépare la membrane
de la paroi des cellules grasses. L’ADN de la bactérie est ensuite traité avec du
bromure de cyanogène, un réactif qui divise les chaînes de protéines aux résidus de
méthionine. Cela sépare les chaînes d’insuline du reste de l’ADN.
9) Les deux chaînes sont ensuite mélangées ensemble et reliées par des liaisons au
disulfure par la réaction de réduction-réoxydation. Un agent oxydant (un matériau qui
cause l’oxydation ou le transfert d’un électron) est ajouté. Le lot est ensuite placé dans
une centrifugeuse, un dispositif mécanique qui tourne rapidement pour séparer les
composants cellulaires par taille et densité.
10) Le mélange d’ADN est ensuite purifié de sorte que seules les chaînes d’insuline
restent. Les fabricants peuvent purifier le mélange au moyen de plusieurs techniques
7
de chromatographie ou de séparation qui exploitent les différences de charge, de taille
et d’affinité de la molécule par rapport à l’eau. Les procédures utilisées comprennent
une colonne d’échange d’ions, une chromatographie liquide haute performance en
phase inverse et une colonne de chromatographie par filtration sur gel. Les fabricants
peuvent tester des lots d’insuline pour s’assurer qu’aucune des protéines E. coli de la
bactérie n’est mélangée avec l’insuline. Ils utilisent une protéine marqueur qui leur
permet de détecter l’ADN d’E. coli. Ils peuvent ensuite déterminer que le processus de
purification élimine l’E.coli bactéries.
11) À partir de 1986, les fabricants ont commencé à utiliser une autre méthode pour
synthétiser l’insuline humaine. Ils ont commencé par le précurseur direct du gène de
l’insuline, leproinsuline. Bon nombre des étapes sont les mêmes que pour la
production d’insuline avec les chaînes A et B, sauf que dans cette méthode, la machine
d’acide aminé synthétise le gène proinsuline.
12) La séquence qui code la proinsuline est insérée dans la bactérie E. coli non
pathogène. Les bactéries passent par le processus de fermentation où elles se
reproduisent et produisent de la proinsuline. La séquence de connexion entre les
chaînes A et B est ensuite séparée par une enzyme et l’insuline qui en résulte est
purifiée.
13) À la fin du processus de fabrication, des ingrédients sont ajoutés à l’insuline pour
prévenir les bactéries et aider à maintenir un équilibre neutre entre les acides et les
bases. Des ingrédients sont également ajoutés à l’insuline intermédiaire et à action
prolongée pour produire le type d’insuline de durée désirée. C’est la méthode
traditionnelle de production d’insuline à action prolongée. Les fabricants ajoutent des
ingrédients à l’insuline purifiée qui prolongent leurs actions, comme l’oxyde de
zinc. Ces additifs retardent l’absorption dans le corps. Les additifs varient entre
différentes marques du même type d’insuline.
Au lieu de synthétiser la séquence exacte de l’ADN pour l’insuline, les fabricants
synthétisent un gène insulinique où la séquence est légèrement altérée. Le changement
provoque les protéines résultantes à repousser l’autre, ce qui provoque moins
d’agglutination. À l’aide de cette séquence d’ADN modifiée, le processus de fabrication
est semblable au processus d’ADN recombinant décrit.
8
Figure I : SYNTHESE D’INSULINE
HUMAIN
Figure II :
9
V-
RÉSULTA
L’insuline humaine synthétique est généralement considérée comme un meilleur substitut
à l’insuline animale. Il est moins cher et est absorbé plus rapidement par le corps humain,
Il a plus court ainsi que plus gérable durée de l’efficacité chez la personne affectée et
provoque moins de réactions allergiques ou auto-immunes que l’hormone d’insuline
animale.d’autre part l’insuline synthétique a certains des effets secondaires tels que le
patient peut connaître une léthargie extrême, confusion mentale, perte de mémoire,
douleurs articulaires et musculaires, dépression, sentiment général de malaise.
VI- DISCUSSION :
À l’heure actuelle, il n’est pas facile de dire si nous devrions utiliser de l’insuline
synthétique plutôt que de l’insuline animale. Alors que l’insuline synthétique offre plus
d’avantages que l’insuline animale, les gens considèrent l’insuline animale comme un
traitement naturel, et donc un meilleur choix pour leur corps à long terme. L’insuline
synthétique est le plus souvent prescrite et plus facile à obtenir, les patients aimeraient être
plus facilement mis à l’information et le choix pour l’insuline animale.
10
VII- CONCLUSION
À l’avenir, l’insuline peut être très utile car la technologie est devenue tellement avancée
que nous pouvons produire de différentes façons d’utilise et administre de l’insuline dans
le corps humain ( cartouche , stylo, la pompe , patch, pilule , aérosol ).
la production d'insuline à l'aide de la méthode de l'ADN recombinant réduire la
dépendance à l'égard des glandes animales et en utilisant une insuline chimiquement
identique à l'insuline humaine.
Les chercheurs travaillent à la création des cellules qui produisent l'insuline en laboratoire.
L'idée est que les médecins peuvent un jour remplacer les cellules du pancréas inactives
par des cellules productrices d'insuline. La thérapie génique est un autre espoir pour les
diabétiques. Les scientifiques travaillent sur la correction de la mutation du gène de
l'insuline afin que les diabétiques soient capables de produire de l'insuline par eux-mêmes.
11
REFERNCES
1) LIVRESClark, David P, and Lonnie D. Russell.Molecular biology made simple and fun. 2nd ed.
Vienna, IL: Cache River Press, 2000.
Considine, Douglas M., ed.VanNostrand’s Scientific Encyclopedia.8th ed. New York:
International Thomson Publishing Inc., 1995.
Dinsmoor, Robert S. "Insulin: A Never-ending Evolution."Countdown (Spring 2001).
ShivangiTiwari&Manisha Sharma,International Journal of Research,03 / 11,July 2016.
2) SOURCES WEB
Diabetes Digest Web Page. 15 November 2001. < http://www.diabetesdigest.com >.
Discovery of Insulin Web Page 16 November 2001. < http://web.idirect.com/~discover >.
Eli Lilly Corporation. Humulin and Humalog Development. CD-ROM, 2001.
Eli Lilly Diabetes Web Page. 16 November 2001. < http://www.lillydiabetes.com >.
Novo Nordisk Diabetes Web Page. 15 November 2001. < http://www.novonet.co.nz >.
Medicalnewstoday.com/info/diabetes
www.diabetes.org.
https://kassandraguiral.wixsite.com/
12
SOMMAIRE
I-
INTORDUCTION ……………………………………………………………………01
II-
L’INSULINE SYNTHESE ET MODE D’ACTION ……..………….……..02
II-1-
MODE D’ACTION …………………………………………………….02
II-2 -
SYNTHESE DE L'INSULINE NATURELLE……………………..…04
III-
INSULINE HUMAINE SYNTHÉTIQUE……………...…………………..06
IV-
METHODE…………………...………………………………………………06
V-
RÉSULTAT ……………………………………………………………………11
VI-
DISCUSSION ………………………………………………………………….11
VII-
CONCLUSION………………………………………………………………….12
13
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