胰岛素结构和性质
胰岛素结构和性质
。这些研究成果为深入研究胰岛素分子结构与功能的关系奠定了基础。
胰岛素的一级结构与其生物活性有密切关系。如用胰蛋白酶水解胰岛素,去除B链C端的8肽,生物活性只剩1%。B23甘氨酸、B24苯丙氨酸等均为维持胰岛素生物活性所必需。二硫键被还原使胰岛素分解为A链和B链后,胰岛素的生物活性完全丧失。3胰岛素的生物合成
;而作为对照实验,没有被注射有活性提取液而切除胰脏的狗,则因糖尿病几天后就死去了。Banting开始把提取的活性物质命名为isletin。Macleod度假回来得知Banting的研究取得了令人兴奋的结果后,立即将他实验室的主要研究方向转向Banting开创的课题,并将胰岛素isletin更名为insulin。Banting与Best于1922年发表了他们的研究结果,并将初步纯化的动物胰岛素成功地应用于糖尿病人。1923年,由于该项研究成果,Banting与Macleod获医学和生理学诺贝尔奖。胰岛素的发现被认为是糖尿病史上的里程碑事件。为了纪念Banting的贡献,美国糖尿病协会把每年全美糖尿病研究的最高奖项命名为Banting奖。胰岛素的发现激发了各个领域科学家的兴趣,促进了关于胰岛素的生物合成、一级结构与高级结构的研究、化学合成、生物功能与作用机制的研究,在蛋白质的结构与功能的研究中取得前面提到的多个第一的重大成就。
我国科学家历经6年多时间,于1965年完成了结晶牛胰岛素的全合成。经过严格鉴定,它的结构、生物活力、物理化学性质、结晶形状都与天然的牛胰岛素完全一样。这是世界上第
一个人工合成的蛋白质[9]
。
1969年,英国科学家Hodgkin用X射线晶体学分析揭示了分辨率为1.9的猪胰岛素的
三维结构[10]。胰岛素分子晶体由6个胰岛素分子和2个Zn2+
胰岛素的结构和性质
胰岛素的结构
不同种族动物（⼈、⽜、⽺、猪等）的胰岛素功能⼤体相同，成分稍有差异。
图中为⼈胰岛素化学结构。
胰岛素由A、B两个肽链组成。
⼈胰岛素（Insulin Human）A链有11种21个氨基酸，B链有15种30个氨基酸，共16种51个氨基酸组成。
其中A7（Cys）-B7（Cys）、A20（Cys）-B19（Cys）四个半胱氨酸中的巯基形成两个⼆硫键，使A、B两链连接起来。
此外A链中A6（Cys）与A11（Cys）之间也存在⼀个⼆硫键。
胰岛素的性质
〖化学本质〗蛋⽩质
〖分⼦式〗C257 H383 N65 O77 S6
〖分⼦量〗5807.69
〖性状〗⽩⾊或类⽩⾊的结晶粉末
〖熔点〗233℃（分解）
〖⽐旋度〗-64°±8°（C=2，0.003mol/L NaOH）
〖溶解性〗在⽔、⼄醇、氯仿或⼄醚中⼏乎不溶；在矿酸（⽆机酸）或氢氧化碱溶液中易溶
〖酸碱性〗两性，等电点pI5.35-5.45。
胰岛素结构和性质
胰岛素的结构和性质（北京夬学化学与分子匸程学院北京100871）摘咚快岛索圧与人类健康右巒切关系的蛋口质激素.任蛋口质的姑构与功能研究中占“特姝的地位.本文对胰甜素的基本知讥如荻皿萊的发现，胰岛亲的•级结构和高级结构■阪％ JK的生物合成■腆岛董的生物活件及在临床上的应用进行简翌的介紹.胰岛素（insulin）是一种蛋白喷类激素。
体内腴岛素是由胰於细胞分泌的.在人体肖的甘下■十二佶肠旁•有一条长形的器官，叫做胰腺（图1）。
任視腺中敵布若许许姜事的细胞賂叫做快岛（图2）•人胰腺中规岛总散约＜J 100万个[1]•陕岛茨是由賊岛细胞受内源性或外源性拘质如葡萄糖.乳糖、孩前.梢氨战.胰高血輔素等的剌激而分出的一种蛋门质激素，是鼓早从胰腺屮得到的激素■任蛋白帧的结构与功能的研丸中rar多个第一•它是第一个被证明右激聚作用的蛋I*氐第•个被结阳的彊口质，第」个被测定氨歴酸序列的蛋口质，图1人体胰腺（在胃的品下部）图2胁腺中的胰岛第一个敲人匸合成的蛋门质.第一个被证明堆以大分子前体形式合成的栄门质和第一个用墓因匸程生产的蛋白扳[2】-1映岛索的发现由于胰岛敢布在胰外分銘•腺的汪洋大海中•因此在捉取胰岛斎时极助被贡门水解鮒降解而失活.加京大外科页生FrederrickGrantBantmg看到一魚报道■提到在胰脏外分涪细胞坏死时.腊册細胞仍然存活・于是他对胰刖中的活杵物两产生f 浓片的兴趣■希型能堤取、分离胰甜中的活性物帧.但当时他在英国工作的实验室条件枚绘，于是求助r多伦姜大学生理系巧门研兜断代谢的教授，希爼他给了•支持.Banting翌求捉供」何实脸室及仔关设备、•名协助他测定血鮪和WMW助『以及实蛰用的殉竽.半时Macltod教授勉冬同盘f Banting的魁求并找『一名半时在参伦多大学医学陆学习的四年级学牛作为Banting的助手[3 4]•研兜工作ft 1921年暑假中进行■他们克眼了许多困难和经历了参次失躺，结扎了几只狗的腆导管,7周后,这些狗的胰滋都萎缩了，并失去了消化誥官的功能，而胰岛从外规卜•看仍然是完好的•他们从狗的萎缩胰脏中抽提出具仆活性的提取液•然垢给切除映脏并患竹鮎尿猜的狗注射右活性的提取液,经过反灵调巧注射液的剂殂，使儿只切除胰脏并患仃糖廉桶的狗行以生〃数周，其屮只患仃严蛋餡床病的沟居然存活了 70天[3] :而作为对照实验•没冇被注射冇活件雄取液而切除咦脏的殉•则因橢尿病几天厉就死去了. Bantin开始把捉取的活杵物质命名为isletm.8Macleod度假冋来得知Banting的硏丸取得了令人兴奋的结果后.比即将他实峻室的卜要研丸方向转向Banting开创的课题，并将快他索isletm更％为insulin. Banting与Best F 1922年发表『他们的研究结果，并将初步純化的动物M紊成功地应川丁輔尿病人.1923年,|llT该项硏Banting与Mac hod获医学和生理学诺贝尔奖• M 莱的发现被认为足糖尿病史卜•的甲•程碑事件，为了纪念Bantins的贡献■美国鮪尿箱协会把毎年全美糖尿病研究的鼓高奖项命名为Banting奖，胰岛素的发现激发了外个领域科学家的兴趣■促进了关于映岛索的生物合成.一级结构与高级结构的研究、化学合成、生物功能与作用机制的研允，在蛋门贞的结构与功能的研允屮取御前而提到的姜个第・的重大成就。
重组人胰岛素原料药裂解盐析实验报告
重组人胰岛素原料药裂解盐析实验报告实验目的：本实验旨在通过对人胰岛素原料药的裂解、盐析过程的研究，了解胰岛素的化学性质和分离纯化方法。
实验原理：胰岛素是由30个氨基酸残基组成的多肽激素，具有调节血糖的作用。
为了提取并纯化胰岛素，常采用化学裂解、盐析和层析等方法。
本实验主要通过草酸铵盐析的方法，将胰岛素从杂质中分离出来。
实验仪器设备：1.离心机2.试管3.恒温水浴器4.天平5.低温冰箱实验步骤：1.将1克人胰岛素原料药加入含有1%三乙胺的75mL无水乙醇中，并充分溶解。
2.将溶液放入恒温水浴器中，恒温水浴温度为4°C，静置24小时，使胰岛素的结晶完全形成。
3.将胰岛素晶体沉淀离心，离心速度为5000rpm，离心时间为10分钟。
4.将上清液滴入试管中进行试纸检验，检验其pH值是否降低。
5.如上清液pH值降低，则加入少量草酸铵进行试验，若pH值进一步降低，则说明加草酸铵有盐析作用，接下来需要继续盐析。
6.将上清液中加入相当于1g胰岛素原料药质量的草酸铵溶液，充分溶解后放入低温冰箱中保存。
7.24小时后，观察是否有白色沉淀形成，若有，则表示草酸铵盐析成功。
8.离心沉淀，离心速度为5000rpm，离心时间为10分钟。
9.将上清液倒出，留下沉淀，加入20mL去离子水，充分搅拌溶解，制备成胰岛素注射液。
实验结果及讨论：经过裂解和盐析的处理，人胰岛素原料药成功地分离出来。
草酸铵作为盐析草剂，能够与胰岛素形成不溶性沉淀，从而将胰岛素分离出来。
通过观察上清液pH值的变化，可以判断盐析是否成功。
若pH值降低，则表示草酸铵盐析的作用发生。
通过加入草酸铵溶液并保存一定时间后，观察到白色沉淀的形成，证明盐析成功。
胰岛素是一种重要的激素药物，具有广泛的应用价值。
通过本实验的分离纯化方法，可以制备高纯度的胰岛素注射液，为医药领域的研究和治疗提供有力支持。
实验结论：通过人胰岛素原料药的裂解盐析实验，成功地分离出胰岛素。
胰岛素结构通式
胰岛素结构通式胰岛素是一种由胰腺分泌的重要激素，对于调节血糖水平起着至关重要的作用。
要理解胰岛素的功能，首先需要了解它的结构通式。
胰岛素是一种蛋白质类激素，其分子结构具有一定的特点和规律。
从化学组成来看，胰岛素主要由氨基酸组成。
氨基酸是构成蛋白质的基本单位，它们通过特定的化学键相连，形成了胰岛素的多肽链。
胰岛素分子由两条多肽链组成，分别称为 A 链和 B 链。
A 链包含21 个氨基酸，B 链包含 30 个氨基酸。
这两条链通过二硫键相互连接，形成了胰岛素的特定空间结构。
在氨基酸的序列和排列上，胰岛素具有一定的保守性。
也就是说，在不同物种中，胰岛素的氨基酸序列虽然可能存在一些差异，但总体上具有相似的结构特征。
胰岛素的结构通式可以从几个层面来描述。
首先是一级结构，这指的是氨基酸的线性排列顺序。
对于胰岛素而言，A 链和 B 链上的氨基酸按照特定的顺序排列，这种排列顺序决定了胰岛素的基本性质和功能。
其次是二级结构。
在胰岛素中，常见的二级结构元素包括α螺旋和β折叠。
这些结构有助于维持胰岛素分子的稳定性和特定的空间构象。
然后是三级结构。
这是指整个胰岛素分子在空间中的折叠和卷曲方式。
二硫键在维持胰岛素的三级结构中发挥了关键作用，使得 A 链和B 链能够正确地折叠并相互作用，形成具有生物活性的胰岛素分子。
最后是四级结构。
胰岛素通常以单体形式存在，但在某些情况下，也可能形成二聚体或六聚体。
了解胰岛素的结构通式对于深入研究其作用机制和开发相关的药物具有重要意义。
例如，通过对胰岛素结构的研究，科学家们可以设计出更有效的胰岛素类似物，用于治疗糖尿病等疾病。
胰岛素的结构通式也反映了生命分子的精妙和复杂性。
在进化过程中，胰岛素的结构逐渐优化和稳定，以适应生物体对血糖调节的需求。
在研究胰岛素结构的过程中，科学家们运用了多种技术和方法。
例如，X 射线晶体学可以帮助确定胰岛素分子的三维结构；质谱技术可以用于分析胰岛素的分子量和氨基酸组成；而核磁共振技术则能够提供有关胰岛素分子在溶液中的动态结构信息。
胰岛素PPT课件
胰岛素
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胰岛素
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1、IL-2结构与性质 ① 人IL-2前体由153个氨基酸残基组成，在分泌出细胞时，
⑤ 水溶液中胰岛素分子受pH、温度、离子强度的影响产生聚
合和解聚现象。在低胰岛素浓度的酸性溶液时呈单体状态。
锌胰岛素在pH=2的水溶液中呈二聚体，聚合作用随pH升
高而增加，在pH=4-7时聚合成不溶性无定形沉淀。在高浓
度锌的溶液中，pH6～8时胰岛素溶解度急剧下降 ，pH大
于9时解聚并由于单体结构胰改岛素变而失活。
5
⑥ 在pH=2的酸性水溶液中加热至80-100度，可发生聚合而 转变为无活性的纤维状胰岛素，如及时用冷0.05mol/L氢 氧化钠处理，仍可恢复为有活性的胰岛素结晶。
⑦ 具有蛋白质的各种特殊反应；胰岛素能被胰岛素酶、胃 蛋白酶、糜蛋白酶等蛋白水解酶水解而失活。
⑧ 多种还原剂如硫化氢、甲酸、醛、醋酐、硫代硫酸钠、 维生素C及多种重金属等都能使胰岛素分子中二硫键被 还原、游离氨基被酰化游离羧基被酯化和肽键水解而导 致胰岛素失活。
胰岛素
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1、结构和性质 ① 人的生长素是由一条191个氨基酸的多肽链所构成的蛋
白质，分子中有两个二硫键，相对分子量21700.等电点 4.9. ② 胰岛素N端的1-134氨基酸肽链段位活性所必需，C端的 一段可能起保护作用，使生长素在血液循环中不致被酶 所破坏。
③ 人生长激素分子相对稳定，冰冻下活性可保持数年。
胰岛素
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4、胰岛素制剂 新剂型：眼用膜剂、鼻腔给药的气雾剂、直肠用 栓剂以及口服的脂质体、微囊、乳剂等。
(完整版)胰岛素结构和性质
。胰岛素是由胰岛细胞受内源性或外源性物质如葡萄糖、乳糖、核糖、精氨酸、胰高血糖素等的刺激而分泌的一种蛋白质激素,是最早从胰腺中得到的激素,在蛋白质的结构与功能的研究中取得了多个第一。它是第一个被证明有激素作用的蛋白质,第一个被结晶的蛋白质,第一个被测定氨基酸序列的蛋白质,图1人体胰腺(在胃的后下部)
不同动物胰岛素的一级结构中部分氨基酸残基是不同的。例如猪胰岛素A链的第8、9、10位氨基酸残基是Thr、Ser和Ile;牛胰岛素为Ala、Ser、Va;l而马胰岛素则为Thr、Gly和Ile。人胰岛素和猪胰岛素仅在B链第30位氨基酸残基有区别(人胰岛素为Thr,猪胰岛素为Ala)。由于不同来源的胰岛素结构差异,它们的抗原性不同,临床上应用与人胰岛素结构差异最小的猪胰岛素作为治疗药剂,也正是基于上述考虑。
,即促进肝脏及肌肉组织中葡萄糖的利用,激活糖原合成酶和丙酮酸脱氢酶等的活性,促进糖原的合成并抑制糖原的分解。此外,对肝脏来说还有抑制蛋白质分解的作用;在肌肉组织中促进K+
从细胞外向细胞内的转运;在脂肪组织中促进氨基酸由细胞外向细胞内转运,促进脂肪的合成,抑制脂肪的分解等作用。这些在细胞水平上对代谢系统的作用是基于胰岛素与其受体的结合得以实现的[15]
;而作为对照实验,没有被注射有活性提取液而切除胰脏的狗,则因糖尿病几天后就死去了。Banting开始把提取的活性物质命名为isletin。Macleod度假回来得知Banting的研究取得了令人兴奋的结果后,立即将他实验室的主要研究方向转向Banting开创的课题,并将胰岛素isletin更名为insulin。Banting与Best于1922年发表了他们的研究结果,并将初步纯化的动物胰岛素成功地应用于糖尿病人。1923年,由于该项研究成果,Banting与Macleod获医学和生理学诺贝尔奖。胰岛素的发现被认为是糖尿病史上的里程碑事件。为了纪念Banting的贡献,美国糖尿病协会把每年全美糖尿病研究的最高奖项命名为Banting奖。胰岛素的发现激发了各个领域科学家的兴趣,促进了关于胰岛素的生物合成、一级结构与高级结构的研究、化学合成、生物功能与作用机制的研究,在蛋白质的结构与功能的研究中取得前面提到的多个第一的重大成就。
锌盐沉析法提取胰岛素试验原理
研究展望
进一步优化锌盐沉析法 提取胰岛素的工艺参数 ，提高提取效率和纯度 ，降低生产成本。
研究不同来源的胰岛素 在锌盐沉析法中的提取 效果，为不同来源的胰 岛素提取提供指导。
探讨锌盐沉析法与其他 分离方法的联用，以实 现更高效、更低成本的 胰岛素提取。
加强锌盐沉析法提取胰 岛素的机理研究，深入 了解其分离原理和影响 因素，为方法的改进提 供理论支持。
优点
分离效果好
锌盐沉析法能够有效地将蛋白质和胰岛素分离， 得到较纯的胰岛素产品。
操作简便
该方法所需的设备和操作步骤相对简单，适合大 规模生产。
成本较低
锌盐沉析法的原材料成本较低，降低了胰岛素的 生产成本。
缺点
胰岛素活性损失
在锌盐沉析过程中，胰岛素可能会失去部分生物活性。
杂质去除不彻底
有时难以将蛋白质等杂质完全去除，影响胰岛素的质 量。
100%
确定试验参数
根据试验要求，确定锌盐浓度、 离心速度和时间等参数。
80%
制备胰岛素溶液
将胰岛素溶解在适当的溶剂中， 制备成一定浓度的胰岛素溶液。
试验操作步骤
将胰岛素溶液与锌盐混合
将制备好的胰岛素溶液与锌盐混合，搅拌均匀。
收集沉析物
离心后，收集离心管底部的沉析物，即为提取的 胰岛素。
离心分离
将混合物放入离心管中，以设定的离心速度和时 间进行离心分离。
胰岛素还能促进脂肪合成和抑制脂肪分解，以及促进蛋白质合成 和抑制蛋白质分解。
胰岛素的提取方法
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锌盐沉析法
酸碱沉淀法
乙醇沉淀法
利用胰岛素分子中的锌离子配 位基团与锌盐（如硫酸锌）结 合，形成胰岛素-锌盐复合物， 再通过离心或过滤等方法将复 合物从溶液中分离出来。
胰岛素分类PPT课件
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2.短效胰岛素：起效时间30-60分钟，作用高 峰2-4小时，持续时间6-8小时，需在餐前30
分钟皮下注射。代表药物有普通胰岛素、生 物合成人胰岛素（诺和灵R®）、精蛋白锌重 组人胰岛素（优泌林R®）、重组人胰岛素 （重和林R®、甘舒霖R®、优思灵R®）等。
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3.中效胰岛素：起效时间2-4小时，作用高峰 4-10小时，持续时间10-16小时，可单独使用 或作为基础胰岛素与超短效或短效胰岛素混
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5.预混胰岛素：预混，顾名思义，是将超短
效或短效胰岛素与中效胰岛素按一定比例预
先混合而成，短效成分可快速降餐后血糖，
中效部分缓慢持续释放，起到代替基础胰岛
素的作用。药品上的数字代表了短效和中效
胰岛素各种所占的比例，30代表短效30%，中
效70%，25代表短效25%，中效75%，50则代表
常规胰岛素12u皮下注射
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二、根据胰岛素作用时间分类
超短效胰岛素
门冬胰岛素（诺和锐®）、 赖脯胰岛素（优泌乐）
短效胰岛素（可溶性人胰岛素）
诺和灵® R 、优泌林R、甘舒霖R
中效胰岛素
低精蛋白锌胰岛素， NPH；诺和灵® N
长效胰岛素
鱼精蛋白锌悬浊液: PZI；诺和平（地特胰岛素）；来得时 （甘精胰岛素）
预混胰岛素:
2.只有超短效和短效胰岛素可以静脉注射， 其它中效、长效和预混胰岛素不能静脉使用； 短效和超短效若皮下注射只能在餐前，不可 在空腹或睡前使用。
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3.“3-2-1”原则：一般超短效和短效 胰岛素一天注射3次，用于控制三餐后 血糖；预混胰岛素一天注射2-3次，在 餐前注射；长效胰岛素一天注射1次， 用于控制基础血糖。
重组人胰岛素的制备及生物学特性分析
重组人胰岛素的制备及生物学特性分析随着现代生物技术的发展，重组蛋白的制备技术越来越成熟，其中重组人胰岛素是一种应用非常广泛的重组蛋白。
本文将从重组人胰岛素的制备流程和生物学特性两个方面来探讨这一主题。
一、重组人胰岛素的制备流程1. 基因克隆重组人胰岛素的制备首先需要进行基因克隆。
胰岛素基因序列已经被多次确定，是由A链和B链两个多肽链组成的，其中A链由21个氨基酸组成，B链由30个氨基酸组成。
这两条基因在人的胰岛β细胞中均被表达，然后通过转录和翻译合成成分别为84个和30个氨基酸残基的前蛋白，再经由胰岛细胞内的酶的加工而形成两肽链胰岛素。
由于A链和B链之间存在两个二硫键，因此在基因克隆时需要将这两条基因串联起来并插入到适当的宿主细胞中。
2. 宿主细胞的选取重组人胰岛素的制备过程需要选择合适的宿主细胞。
常用的宿主细胞有大肠杆菌、腺病毒、哺乳动物细胞等。
制备过程中需要考虑到宿主细胞的易培养性、表达效率、翻译后修饰等因素。
3. 表达和纯化构建好质粒并选择好宿主细胞后，就需要使用适当的诱导剂刺激宿主细胞对胰岛素基因进行表达，接着进行纯化、离子交换和高效液相等步骤进行胰岛素的分离纯化。
这一部分的操作涉及到分子生物学、蛋白质化学等多个学科领域。
二、重组人胰岛素的生物学特性1. 作用机制胰岛素是一种影响葡萄糖代谢的激素，它可以促进葡萄糖进入细胞内以供能量消耗。
若胰岛素水平下降，会导致高血糖，甚至糖尿病等疾病的出现。
重组人胰岛素在体内能够发挥与天然胰岛素完全相同的作用，并且不会引发免疫反应，是治疗糖尿病等疾病的重要药物。
2. 生物学性质对于重组人胰岛素的生物学性质需要进行全面、客观的评价。
首先，作为一种重组蛋白，重组人胰岛素在体内不会引起免疫反应，因此可以安全应用于糖尿病等疾病的治疗；其次，重组人胰岛素的药效作用与天然胰岛素完全相同，可以达到相同的降血糖效果；此外，重组人胰岛素的半衰期较短，需要分次注射才能保持足够的药效。
胰岛素实验报告
一、实验目的1. 了解胰岛素的基本性质和作用；2. 掌握胰岛素的实验方法，包括制备、储存和使用；3. 研究胰岛素对血糖浓度的影响。
二、实验原理胰岛素是由胰岛β细胞分泌的一种蛋白质激素，具有降低血糖的作用。
胰岛素的合成和分泌受体内多种因素的调节，其中血糖的调节是最重要的。
当血糖浓度升高时，可直接刺激胰岛细胞的生长，增加胰岛素分泌，从而降低血糖。
当血糖浓度降至正常水平时，胰岛素分泌也迅速恢复到基本水平。
当血糖浓度低于正常水平时，胰岛素分泌将减少或停止。
同时体内升糖激素的分泌会增加，使血糖水平上升。
三、实验材料1. 实验动物：小白鼠若干；2. 实验器材：大烧杯、小鼠笼、镊子、1mL注射器、胰岛素溶液、葡萄糖溶液、生理盐水；3. 实验试剂：葡萄糖氧化酶法测定血清葡萄糖试剂盒。
四、实验方法1. 实验分组：将小白鼠随机分为三组，分别为对照组、胰岛素注射组和葡萄糖注射组。
2. 实验操作：（1）对照组：不进行任何处理，观察血糖浓度变化；（2）胰岛素注射组：在小白鼠体内注射一定量的胰岛素溶液，观察血糖浓度变化；（3）葡萄糖注射组：在小白鼠体内注射一定量的葡萄糖溶液，观察血糖浓度变化。
3. 血糖浓度测定：采用葡萄糖氧化酶法测定血清葡萄糖，分别在实验前后及注射胰岛素或葡萄糖后不同时间点测定血糖浓度。
五、实验结果1. 对照组：实验前后血糖浓度无明显变化。
2. 胰岛素注射组：注射胰岛素后，血糖浓度迅速下降，并在注射后30分钟降至最低点，随后逐渐回升，至注射后60分钟恢复至正常水平。
3. 葡萄糖注射组：注射葡萄糖后，血糖浓度迅速上升，并在注射后30分钟达到最高点，随后逐渐下降，至注射后60分钟恢复至正常水平。
六、实验分析1. 胰岛素注射组：注射胰岛素后，血糖浓度迅速下降，说明胰岛素具有降低血糖的作用。
2. 葡萄糖注射组：注射葡萄糖后，血糖浓度迅速上升，说明葡萄糖可以升高血糖。
3. 对照组：实验前后血糖浓度无明显变化，说明实验方法可靠。
谷赖胰岛素说明书
预填充笔 SoloSTAR（3ml:300U）核准日期：2010 年 09 月 09 日修改日期：2011 年 08 月 09 日2012 年 10 月 26 日2015 年 01 月 27 日2015 年 05 月 05 日谷赖胰岛素注射液说明书请仔细阅读说明书并在医师指导下使用【药品名称】通用名称：谷赖胰岛素注射液 商品名称：艾倍得® APIDRA ®英文名称：Insulin Glulisine Injection汉语拼音：GuLai Yidaosu Zhusheye【成份】化学名称：3B Lys-29B Glu-人胰岛素（谷赖胰岛素） 化学结构式：分子式：C 258H 384N 64O 78S 6分子量：5823 Da辅料：间甲酚，氨丁三醇，氯化钠，聚山梨酯 20，氢氧化钠，浓盐酸，注射用水。
【性状】无色澄明液体。
【适应症】治疗成人糖尿病。
【规格】每毫升注射液含 100 单位谷赖胰岛素（相当于 3.49mg ）。
3ml:300 单位/预填充笔（SoloStar ®）【用法用量】本品的作用是以单位计的。
这些单位是本品专用的，不同于用于表述其它胰岛素类似物作用的国际单位（详见【药理毒理】部分）。
本品应在餐前0～15分钟内或餐后立即给药。
可按照与中效或长效胰岛素或基础胰岛素类似物联合使用的方案给药，也可联合口服降糖药使用。
本品的剂量需个体化调整。
给药本品应以皮下注射或者持续的皮下泵输注法给药，在腹壁、大腿、三角肌这些部位皮下注射给药或者持续的腹壁输注给药。
每次注射时，注射或者输注的部位（腹部、大腿、三角肌）应该不时的轮换。
吸收速率和随后的作用开始时间以及作用持续的时间，都可能受注射部位、运动和其它变化而影响。
在腹壁进行皮下注射可比在其它部位注射吸收略快（参见【药代动力学】部分）。
注射时应注意不要进入血管中。
注射后，不要按摩注射部位。
患者应正确学习注射技巧。
如果注射装置为冷藏，使用前要室温放置1 至2 小时，注射冷的胰岛素会增加疼痛。
胰岛素的分离纯化和功能分析研究进展
胰岛素的分离纯化和功能分析研究进展胰岛素是由胰腺分泌的一种内分泌物质，它对于人体的能量代谢和生长发育起着至关重要的作用。
随着科学技术的不断发展，人们对胰岛素的分离纯化和功能分析也有了更深入的了解。
本文将介绍目前胰岛素的相关研究进展。
一、胰岛素分离纯化方法的发展1.1 传统的胰岛素提取方法传统胰岛素提取方法是利用胰岛素在盐酸乙醇溶液中的可溶性差异性，将胰腺切碎后沉淀，然后抽提、酸沉淀、乙醇大量析出。
但是，由于提取效率低、提取使胰岛素活性降低以及繁琐操作等原因，传统的胰岛素提取法已经被多数研究者所淘汰。
1.2 现代胰岛素提取方法随着科技的进步，现代的胰岛素提取方法主要包括胰岛素钩降解、离子交换层析、亲和层析、凝胶层析等。
其中，离子交换层析和亲和层析成为了胰岛素纯化的主要方法。
离子交换层析是将样品通过不同电荷的树脂柱，利用其在化学性质上的不同，将目标蛋白分离出来。
亲和层析则是通过特定的配体与蛋白质之间特异性反应，将目标蛋白质从混合物中分离出来。
这些方法都能够高效、纯化胰岛素分子，并且保持其较好的活性和构象。
二、胰岛素的功能研究2.1 胰岛素分子结构胰岛素是由两个多肽链组成的蛋白质，其中A链有21个氨基酸，B链有30个氨基酸。
胰岛素分子结构主要是由两条多肽链之间的二硫键稳定的α杆和三个二硫键稳定的β结构所维护的。
这种特殊的结构使得胰岛素分子能够高效地识别并与其它生物分子发生作用。
2.2 胰岛素在能量代谢中的作用胰岛素能够通过二号细胞膜上的受体与细胞外信号分子结合，从而启动一系列的信号传导途径。
这些途径最终能够影响多种细胞的活动，最为显著的是对能量代谢的影响。
胰岛素能够促进细胞内葡萄糖的吸收和利用，并抑制复杂糖和脂肪酸分解的过程。
因此，胰岛素又被称为“生长激素”，它的作用不仅体现在能量代谢中，同时也与生殖、免疫调节、细胞增殖等多个生命过程密切相关。
2.3 胰岛素的生物技术应用胰岛素的生物技术应用主要分为两方面，一是胰岛素的临床应用，二是作为药物、饲料添加剂和化妆品原料生产的重要原料。
蛋白质的一二三四级结构与功能的关系
蛋白质的一二三四级结构与功能的关系
蛋白质的结构与功能之间存在密切的关系。
蛋白质的一、二、三、四级结构决定了其功能和性质。
一级结构是指蛋白质的氨基酸序列，不同的氨基酸序列决定了不同的功能和结构。
例如，胰岛素的氨基酸序列决定了其能够调节血糖水平的功能。
二级结构是指蛋白质中氨基酸的局部空间排列方式。
常见的二级结构包括α-螺旋和β-折叠。
这些二级结构的形成由氢键作用力驱动，能够使蛋白质具有稳定的结构，从而实现其特定的功能。
例如，α-螺旋结构有助于蛋白质在细胞膜中的嵌入，而β-折叠结构则有助于蛋白质的稳定和形成复杂的三维结构。
三级结构是指蛋白质的整体空间结构，包括各个二级结构之间的空间排列和折叠方式。
蛋白质的三级结构决定了其特定的功能和催化活性。
例如，酶的活性部位通常位于蛋白质的特定空间位置，只有正确的三级结构才能发挥催化作用。
四级结构是指由多个蛋白质亚基组合而成的复合物的结构。
这些亚基之间通过非共价相互作用力（如电荷作用力、范德华力等）和共价键（如二硫键）相互连接，形成较大的功能单位。
四级结构决定了蛋白质复合物的特定功能和稳定性。
例如，血红蛋白就是一个四级结构蛋白质，它由四个亚单位组成，每个亚单位含有一个铁原子，起到运输氧气的功能。
综上所述，蛋白质的一、二、三、四级结构与其功能之间有着紧密的联系，不同结构的蛋白质具有不同的功能和性质。
胰岛素
浓缩工序的条件对胰岛素收率影响很大，尽量缩短浓缩液受热时间 （3）产品性状
（4）产品纯度要求 ① 常规的结晶胰岛素纯度不够高，需进一
步层析纯化。采用超细Sephadex G-50 凝胶过滤。
② 美、英药典主要控制两个指标，即相对 分子质量大于胰岛素的蛋白质和胰岛素 原。国外一般要求胰岛素原核脱酰胺胰 岛素含量在10*10-6，1000*10-6以下。
2、生产工艺
（2）工艺过程
（五）白细胞介素-2和白细胞介素
① 白细胞介素是介导白细胞间相互作用的一类细胞因子，是 淋巴因子家族的一员。
② 目前已有IL-1—18，目前对IL-1—6研究较多。
③ 目前上市的白细胞介素只有IL-2。
④ IL-2是由辅助T细胞经抗原或丝裂原等刺激，在巨噬细胞 或单核细胞分泌的IL-1参与下，产生并分泌的糖蛋白。
2、传统生产工艺 （1）工艺路线：
4、基因工程IL-2的制备
（1）IL-2基因结构
（2）cDNA克隆的制备
① 从ConA激活的人白细胞 T细胞株提取高活性IL2mRNA作为模板。逆转 录单链cDNA。
② 经末端脱氧核苷酸转移 酶催化，在cDNA末端连 接若干dCMP残基，引物 存在下，利用DNA聚合 酶成双链cDNA。
成分子内二硫键，这对保持其生物活性是必不可少的。
④ IL-2在pH=2-9范围内稳定，对各种蛋白酶均敏感，对 DNA、RNA酶不敏感。
⑤ 重组IL-2因细菌缺少翻译后的修饰功能都不是糖蛋白，相 对分子质量为14000，PI大部分为7.7。
⑥ 应用蛋白质工程技术在IL-2中125位的Cys分别由Ser或 Ala取代，可制成生物活性、热稳定性和复性效果都比原 IL-2强的新型白介素。
重组人胰岛素生产工艺
PCR
Ins mRNA
反转录
Ins cDNA
连接
转化大肠杆菌
酶切
二硫键
活性胰岛素
胰岛素原
重组胰岛素的质量控制
测定生物活性 效价测定
长期重复大 剂量使用
控制产品中杂质或潜在有害物质
保证产品安全性和有效性
谢谢！
➢ 胰岛素的功能 胰岛素是机体内唯一降低血糖的激素，也是
唯一同时促进糖原、脂肪、蛋白质合成的激素。 ➢ 药理作用
治疗糖尿病、消耗性疾病。
胰岛素的研究历史
1921年----从动物胰腺中提取出胰岛素，开创了人类胰岛素治疗 的历史。
1926年----重结晶胰岛素
1930s----传统中、长效动物胰岛素
将质粒送回大肠杆菌：在大肠杆菌的培养液
中加入含有Ca+的物质，如CaCl2,这使细胞会 吸收外源基因，此时将重组的质粒也放入培养 液中，大肠杆菌便会将重组质粒吸收。将大肠 杆菌用氯化钙处理，以增大大肠杆菌细胞壁的 通透性，使含有目的基因的重组质粒能够进入 受体细胞，此时的细胞处于感受态（理化方法 诱导细胞，使其处于最适摄取和容纳外来DNA 的生理状态）。
提取质粒：使用细胞工程,培养大肠杆菌， 从大肠杆菌的细胞质中提取质粒，质粒 为环状。主要有如下2种方法：
（1）碱裂解法：此方法适用于小量质 粒DNA的提取，提取的质粒DNA可直接 用于酶切、PCR扩增、银染序列分析。
（2）煮沸法
基因重组：取出目的基因与质粒，先利
用同种限制性内切酶将质粒切开，再使 用DNA连接酶将目的基因与质粒“缝 合”，形成一个能表达出胰岛素的DNA 质粒。
1970s----单峰胰岛素和 单组分胰岛素
70年代末----半合成胰岛素
胰岛素的分类及其特点
胰岛素的分类及其特点可将胰岛素分为人胰岛素、牛胰岛素和猪胰岛素。
①人胰岛素分子量为5808，是一种小分子的蛋白质，是由胰腺胰岛的β细胞分泌的激素物质，由A、B两条氨基酸肽链组成，A链有21个氨基酸，B链有30个氨基酸，AB两链之间有两处以二硫键连接。
②猪胰岛素与人胰岛素结构类似，仅有一个氨基酸不同，即将人胰岛素B30位上的苏氨酸换成了丙氨酸。
③牛胰岛素与人胰岛素有3个氨基酸不同，首先是将人胰岛素B30位上的苏氨酸换成了丙氨酸，除此之外还有将A8位上的苏氨酸和 A10位上的异亮氨酸换成了丙氨酸和缬氨酸。
2根据胰岛素制备工艺不同分类可将胰岛素分为由动物胰腺提取、适当纯化猪胰岛素、酶修饰、重组DNA技术等不同制备工艺来源的胰岛素。
2.1 经动物胰腺提取或适当纯化的猪、牛胰岛素传统胰岛素是指早期是由猪、牛胰脏或其混合物中提取的，只经过一步重结晶纯化得到的含有多种生物活性杂质的提取物，目前已逐渐被淘汰。
①单峰胰岛素：是指经凝胶过滤纯化处理后，胰岛素原含量显著降低的胰岛素。
②单组分胰岛素和高纯化胰岛素：是指经凝胶过滤处理后，再用离子交换色谱进行纯化的胰岛素，其中胰岛素原含量进一步降低，并能去除胰岛素衍生物和胰多肽等杂质。
2.2 半合成及合成人胰岛素指采用不同制备工艺获得的与人胰岛素氨基酸序列完全相同的胰岛素，如半合成人胰岛素。
人胰岛素是以猪胰岛素为原料，经过酶修饰后得到的人胰岛素；生物合成人胰岛素，包括人胰岛素crb、人胰岛素prb和人胰岛素pyr，是通过重组DNA技术，利用经过基因修饰的细菌产生的人胰岛素。
2.3 胰岛素类似物是利用重组DNA技术，通过对人胰岛素的氨基酸序列进行修饰生成的、可模拟正常胰岛素分泌和作用的一类物质，它们具有与普通胰岛素不同的结构、理化性质和药动学特征，目前已经用于临床的有赖脯胰岛素和门冬胰岛素两种超短效胰岛素类似物，及甘精胰岛素和地特胰岛素两种长效胰岛素类似物。
①赖脯胰岛素是将人胰岛素的B28和B29位的脯氨酸和赖氨酸的顺序转换，它属于超短效胰岛素，也可与精蛋白结合作为中效制剂。
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。研究工作在1921年暑假中进行,他们克服了许多困难和经历了多次失败后,结扎了几只狗的胰导管,7周后,这些狗的胰腺都萎缩了,并失去了消化器官的功能,而
胰岛从外观上看仍然是完好的。他们从狗的萎缩胰脏中抽提出具有活性的提取液,然后给切除胰脏并患有糖尿病的狗注射有活性的提取液,经过反复调节注射液的剂量,使几只切除胰脏并患有糖尿病的狗得以生存数周,其中一只患有严重糖尿病的狗居然存活了70天[3]
合成胰岛素之后我国蛋白质科学研究的又一重要成果[11]
。这些研究成果为深入研究胰岛素分子结构与功能的关系奠定了基础。
胰岛素的一级结构与其生物活性有密切关系。如用胰蛋白酶水解胰岛素,去除B链C端的8肽,生物活性只剩1%。B23甘氨酸、B24苯丙氨酸等均为维持胰岛素生物活性所必需。二硫键被还原使胰岛素分解为A链和B链后,胰岛素的生物活性完全丧失。3胰岛素的生物合成
2胰岛素的一级结构与高级结构
自从胰腺中提取的胰岛素得到结晶后,英国科学家Sanger从1945年起,历经10年的研究,先将牛胰岛素拆分成两条链,然后用酸和蛋白水解酶分别进行部分水解得到一些小的肽片
段,再用2,4二硝基苯(Sanger!s试剂,DNP法)分别测定了两条链的氨基酸顺序[56]
,于1955
年报道了胰岛素的一级结构[7]。1958年,Sanger因为该项成果获诺贝尔化学奖[8]
。继牛胰岛素的结构测定后,Sanger等人又测定了猪、羊胰岛素的一级结构。现在,各种常见动物的胰岛素的一级结构均已阐明。
图3是猪胰岛素分子的一级结构示意图。圆圈中的字母代表不同氨基酸残基的缩写符号。由其一级结构可知,猪胰岛素相对分子质量为5734,等电点为5.35。A、B两条肽链共由51个氨基酸残基组成。A链含有11种21个氨基酸残基,N端为Gly,C端为Asn,A链本身的6位和11位上的两个Cys通过二硫键相连成环;B链含16种共30个氨基酸残基,其N端为Phe,C端为Ala。A链和B链又通过2个二硫键互相连接成胰岛素分子。
形成含锌胰岛素的六聚体。首先,2个胰岛素分子形成二聚体,然后3个二聚体围绕三重轴形成对称的排列,B链第10位上
组氨酸的咪唑基与轴上的Zn2+
组成配位键。胰岛素晶体中锌的含量为0.4%~0.5%。六聚体也是胰岛素在细胞中的储存形式。我国科学家在1969年至1974年期间先后以4(1970)、2.5(1971)、1.8(1973)分辨率,测定了猪胰岛素三方二锌晶体结构。这是继人工20
。总之,胰岛素之所以能降低血糖,是因为它促进了靶细胞对葡萄糖的摄取(增加膜对葡萄糖的通透性)、贮存(合成肝糖原和肌糖原)和利用(用于合成脂肪和蛋白等)。当胰岛受到破坏、胰岛素分泌减少或机体组织对胰岛素的敏感性降低(胰岛素的受体失效)时,则血糖升高,尿中出现葡萄糖,发生糖尿病(diabetesmellitus)。糖尿病是一种慢性代谢性疾病。也是一个影响着数亿人的复杂疾病。由于体内胰岛素相对或绝对不足,形成持续性高血糖,导致许多组织器官代谢异常,继而产生功能障碍及形态学异常。它是一种终生疾病。如果胰岛机能亢进,则出现血糖过低,能量供给不足,甚至影响大脑机能。胰岛细胞分泌的另一种多肽激素叫胰高血糖素(glucagon),是由29个氨基酸残基组成的单链多肽,其生物活性与胰岛素相反,通过刺激糖原分解提高血糖水平。所以它是升高血糖的激素。胰高血
在研究胰腺的胰岛细胞腺瘤的过程中,Staeiner发现了一个新的蛋白质,它是胰岛素生物
合成的前体,命名为胰岛素原(proinsulin)[12]
。胰岛素原是一条单一的多肽链(86肽),它包含一个由31个氨基酸残基组成的连接肽。这个连接肽(称为C肽)连接B链的C端和A链的N端。当胰岛素原的二硫键被还原然后重新氧化时,可以形成正确的二硫键配对。胰岛素原的基本结构是(B链)ArgArg(C肽)LysArg(A链),在C肽的N端和C端通过碱性氨基酸二肽把A链和B链连接起来。
我国科学家历经6年多时间,于1965年完成了结晶牛胰岛素的全合成。经过严格鉴定,它的结构、生物活力、物理化学性质、结晶形状都与天然的牛胰岛素完全一样。这是世界上第
一个人工合成的蛋白质[9]
。
1969年,英国科学家Hodgkin用X射线晶体学分析揭示了分辨率为1.9的猪胰岛素的
三维结构[10]。胰岛素分子晶体由6个胰岛素分子和2个Zn2+
渐成为成熟颗粒。颗粒内的胰岛素与Zn2+
结合形成含锌胰岛素晶体。合成的胰岛素储存在胰岛细胞的颗粒中。成人胰岛内贮存的胰岛素约200国际单位(IU)[1415]
。
4胰岛素的生物活性及临床应用
胰岛素的生物效应包括许多方面,它是体内唯一能降低血糖的激素。也是唯一同时促进糖原、脂肪、蛋白质合成的激素。胰岛素的主要靶器官为肝脏、肌肉及脂肪组织,它控制着三大营养物质∀∀∀糖、蛋白质、脂肪的代谢和贮存。最明显的作用是影响糖的代谢,降低血糖[16]
21
人前胰岛素原也可用以下简式表示:前胰岛素原
酶
胰岛素原
酶
胰岛素
110氨基酸残基86氨基酸残基51氨基酸残基
(2个二硫键连接A链和B链)
胰岛素是在胰岛细胞内质网的核糖体中合成的。首先,胰岛素结构基因在RNA聚合酶的作用下,转录生成前胰岛素原的信使核糖核酸(mRNA),后者从细胞核转入胞浆,在多核糖体内翻译为前胰岛素原。前胰岛素原的信号序列被信号肽酶切断生成胰岛素原。胰岛素原进入内质网腔后,内质网逐渐鼓起胞芽,并脱落生成小泡,这些小泡向高尔基体移动,并与之结合成为高尔基体的一部分。胰岛素原随着小泡进入高尔基体。在高尔基体内,胰岛素原被包裹成为未成熟颗粒。然后,在激素原转换酶2(PC2)和激素原转换酶3(PC3)及羧肽酶H的作用下,脱去连接胰岛素和C肽分子两侧的两个碱基氨基酸(31~32位ArgArg,64~65位LysArg),产生等量的胰岛素和C肽,整个过程约需几小时。随着胰岛素原的分解,未成熟颗粒逐
胰岛素[18]
。另外,由于胰岛素易被消化酶水解,给药途径只能注射,不能口服。这给病人带来许多麻烦和痛苦[16]
。因此,国内外都在致力于利用现代纳米技术研发非注射型(如口服、鼻喷雾、口腔喷雾等)胰岛素制剂,但至今尚未见非注射型胰岛素产品上市。5后记
胰岛素是一个结构特殊的小蛋白质,又是具有重要生物功能的蛋白质激素,与人类的健康和疾病有密切关系。因此,有关胰岛素的研究始终是蛋白质研究中的热门课题。涉及胰岛素的文献数以万计。本文是从化学工作者的角度学习有关胰岛素基本知识的一点心得,供读者参考。
不同动物胰岛素的一级结构中部分氨基酸残基是不同的。例如猪胰岛素A链的第8、9、10位氨基酸残基是Thr、Ser和Ile;牛胰岛素为Ala、Ser、Va;l而马胰岛素则为Thr、Gly和Ile。人胰岛素和猪胰岛素仅在B链第30位氨基酸残基有区别(人胰岛素为Thr,猪胰岛素为Ala)。由于不同来源的胰岛素结构差异,它们的抗原性不同,临床上应用与人胰岛素结构差异最小的猪胰岛素作为治疗药剂,也正是基于上述考虑。
图4前胰岛素原加工成胰岛素的示意图[13]
继发现胰岛素原之后,Staeiner又发现了一个能被胰岛素抗体沉淀的蛋白质,相对分子质量为11500,命名为前胰岛素原
(preproinsulin)[13]
。胰岛素原的N端进一步延长20个左右的氨基酸残基(信号序列)就是前胰岛素原。不同生物体的信号序列长短有所不同。目前我们所了解的胰岛素的生物合成过程示意图见图4。
群,叫做胰岛(图2)。人胰腺中胰岛总数约有100万个[1]
。胰岛素是由胰岛细胞受内源性或外源性物质如葡萄糖、乳糖、核糖、精氨酸、胰高血糖素等的刺激而分泌的一种蛋白质激素,是最早从胰腺中得到的激素,在蛋白质的结构与功能的研究中取得了多个第一。它是第一个被证明有激素作用的蛋白质,第一个被结晶的蛋白质,第一个被测定氨基酸序列的蛋白质,图1人体胰腺(在胃的后下部)
胰岛素的结构和性质
(北京大学化学与分子工程学院北京100871)
摘要胰岛素是与人类健康有密切关系的蛋白质激素。在蛋白质的结构与功能研究中占有特殊的地位。本文对胰岛素的基本知识如胰岛素的发现,胰岛素的一级结构和高级结构,胰岛素的生物合成,胰岛素的生物活性及在临床上的应用进行简要的介绍。
胰岛素(insulin)是一种蛋白质类激素。体内胰岛素是由胰岛细胞分泌的。在人体胃的后下部,十二指肠旁,有一条长形的器官,叫做胰腺(图1)。在胰腺中散布着糖尿病,胰岛素绝对不足占主导地位,所以在治疗中必须补充胰岛素。非胰岛素依赖型糖尿病称∃型糖尿病,多数因胰岛素相对不足,治疗中是否补充胰
岛素可根据病情而定[16]
。糖尿病人中5%~10%属于#型糖尿病,约4%的孕妇患有妊娠期
糖尿病[1]
。目前在临床上应用的胰岛素大部分已用人胰岛素代替了过去常用的动物胰岛素如猪胰岛素、牛胰岛素等,因为重组人胰岛素的问世才可能为糖尿病人提供人胰岛素。据报道,我国现在已成功研制、开发出具有自主知识产权的基因重组人胰岛素,改变了长期以来依赖进口的局面。虽然注射人胰岛素可以替代内源胰岛素,但是由于胰岛素容易聚合成二聚体和六聚体,在注射后不能迅速进入血液,因此其作用比体内胰岛分泌的胰岛素的作用相对滞后。近年来通过基因定位突变和表达,可以得到聚合度低的单体速效胰岛素,其降血糖作用与体内分泌的胰岛素相近。现在重组单体胰岛素已在临床应用,可以预期它以后将取代重组人
,即促进肝脏及肌肉组织中葡萄糖的利用,激活糖原合成酶和丙酮酸脱氢酶等的活性,促进糖原的合成并抑制糖原的分解。此外,对肝脏来说还有抑制蛋白质分解的作用;在肌肉组织中促进K+
从细胞外向细胞内的转运;在脂肪组织中促进氨基酸由细胞外向细胞内转运,促进脂肪的合成,抑制脂肪的分解等作用。这些在细胞水平上对代谢系统的作用是基于胰岛素与其受体的结合得以实现的[15]
糖素主要作用于肝脏,刺激糖原分解,使血糖水平提高[17]
。这对大脑的功能特别重要,因为神经元绝对依赖葡萄糖作为能源。当血糖浓度降到正常值以下时,肌体迫切需要注入葡萄糖到