胰岛素的发现 (1)

江西科技师范大学

学年论文

题目名称：胰岛素的发现

学院：生命科学学院

专业班级：11级生物工程1班

学生姓名：**

学号：********

指导教师：***

2014年9月28日

胰岛素的发现

摘要：胰岛素是机体最重要的内分泌激素之一。从胰岛素的发现，对胰岛素分子结构的认识，胰岛素的生理作用，胰岛素的合成，血液中胰岛素含量的测定，药用胰岛素存在的问题及对药用胰岛素的改进内容进行了简介。

关键词：胰岛素发现分子结构研究现状

胰岛素是机体最重要的内分泌激素之一，是维持正常的新陈代谢、生长发育和健康生活所必须的调节物质。胰岛素最主要的生理作用是：能与其他多种激素和自主神经系统一起，共同维持机体的血糖稳态，以保证机体对葡萄糖的正常利用。胰岛素它也是一种蛋白质激素，由胰脏内的胰岛β细胞分泌。胰岛素参与调节糖代谢，控制血糖平衡，可用于治疗糖尿病。其分子量为5808道尔顿。胰岛素应用于临床数十年，从抗原性较强的第一代动物胰岛素到基因重组但餐前需要等待30分钟的第二代人胰岛素，再发展到现在可以很好模拟生理性人胰岛素分泌模式的胰第三代胰岛素类似物。目前更好模拟正常人体生理降糖模式的胰岛素是第三代胰岛素——胰岛素类似物。胰岛素是一种蛋白质类激素。体内胰岛素是由胰岛β细胞分泌的。在人体十二指肠旁边，有一条长形的器官，叫做胰腺。在胰腺中散布着许许多多的细胞群，叫做胰岛。胰腺中胰岛总数约有100～200万个。

胰岛细胞根据其分泌激素的功能分为以下几种：

①B细胞(β细胞)，约占胰岛细胞的60%～80%，分泌胰岛素，胰岛素可以降低血糖。

②A细胞(α细胞)，约占胰岛细胞的24%～40%，分泌胰升糖素，胰升糖素作用同胰岛素相反，可增高血糖。

③D细胞，约占胰岛细胞总数的6%～15%，分泌生长激素抑制激素。

1. 胰岛素的发现

1.1胰岛的发现

德国的医科大学学生鲍尔.朗格汉斯（Paul Langerhans,1847-1888）,是柏林一位名医之子，在耶拿（Jena）和柏林的大学学习医学，毕业于1869年。同年，为了研究胰脏的组织结构，他在显微镜下观察多种动物的胰脏，发现胰腺中有一些细胞聚集成岛状的斑点，这些细胞形成无数个直径为0.1~0.24mm的“细胞堆”并且遍及整个胰腺，尤其胰尾处最多。朗格汉斯首次认真详细地描述了这些斑点的显微结构，将这些“细胞堆”

中的细胞按大小、形状、有无颗粒等形态结构结构差异划分为9种。他没有对这些细胞的性质和重要性作出假设，当时医学界也没有认识到这一发现的价值。后来证明这些细胞有分泌激素的功能，他的发现才被重视。1893年法国组织学家为了纪念朗格汉斯对医学所做的贡献，将他发现的这些岛状斑点命名为“ilots de langgerhans” ，由此许多文献和教科书中把胰腺中的这些岛状结构成为“islots de langerhans”即胰岛。

1.2发现胰腺分泌物与糖尿病的关系

1889年德国籍俄罗斯内科医生奥斯卡.明科夫斯基和德国生理学家约瑟夫.冯.梅林用狗做实验对象研究胰腺的消化机能，他们无意中发现很多苍蝇叮在摘除胰腺狗的尿液上，而一般情况下不会有那么多苍蝇叮在健康狗的尿液上。他们对摘除胰腺狗的尿液进行检查，结果出乎意料，其中的糖分高达12%，他们继续研究发现，摘除胰腺的狗会患上和人类的糖尿病类似的疾病，但是，把胰腺的导管扎住，再把十二指肠切除，狗就不会患糖尿病。他们因此肯定，适合消化液无关的“某种物质”对糖尿病有抑制作用。明科夫斯基敏锐地意识到胰腺和糖尿病之间的决定性关系，并提出胰腺能够分泌某种抗糖尿病的物质假说，并将他们的发现携程论文，发表在一本医学杂志上，在当时的医学界引起广泛关注。

此后30年，全世界一流的科学家，在顶级设备的实验室里，都试图在胰腺里寻找某种能恢复代谢平衡的神秘物质，全都无功而返，30年来一直是一种科学家说。

1.3胰岛素的发现与应用

第1个提取出胰岛素的人是加拿大多伦多医生佛雷德里克.格兰特.班廷。1920年10月，班廷在一篇文章中看到结石阻塞胰管引发的病变：胰腺中除胰岛之外全部细胞都萎缩了，但结石患者却没有患上糖尿病。于是班廷推想，若结扎动物胰管，使产生的胰蛋白的细胞萎缩而产生的胰腺激素的细胞不受影响，并将胰腺提取物注射进机体内，应该能治疗糖尿病。

班廷决定通过实验证明自己的推断。1921年他向在多伦多大学任教的糖尿病权威约翰.麦克劳德教授求助。麦克劳德在暑假将自己的实验室和10条狗借给班廷，并派自己的学生查尔斯.贝斯特当其助手。六周的时间过去了，他们一无所获，实验用的狗也陆续死亡，面对剩下的2周和四条狗，两人感到巨大的压力。就在最后期限的前几天，班廷发现1条狗的胰腺终于萎缩到原来的1/3。2人将该胰腺切片，在冰冻状态下磨成糜状，再加入生理盐水制成提取液，然后过滤，随后用分离的液体对1条因摘除胰腺而患上糖尿病的狗进行静脉注射。已经昏迷的狗的情况有所好转，其血糖和尿糖都在下降，

提取胰腺分泌物的方法找到了。他们把这种物质命名为“岛素”。发表这一重大成果时，由实验室负责人麦克劳德用拉丁语表示“岛素”，将之命名为“胰岛素”。

1922年初，班廷给一位年少的糖尿病患者注射提纯后的胰腺提取物，经过一段时间的连续注射，患者的血糖逐渐下降，糖尿也在减少，直至恢复正常。生物化学家柯利普为提纯这种物质做出了贡献。

糖尿病治疗的临床试验获得成功，并迅速得到推广，挽救了许多糖尿病患者的生命。胰岛素的临床效果被证明后的第2年（1923年）班廷和麦克劳德获得了诺贝尔奖，是对其研究成果所产生的巨大社会价值的肯定。为了纪念班廷的功劳，1991年起，世界卫生组织和国际糖尿病联盟决定将班廷的生日11月14日定为“世界糖尿病日”。

2 对胰岛素分子结构的认识

胰岛素卓越的治疗被证明之后，接下去的事情是研究它的化学结构。完成这项工作的是英国科学家桑格。胰岛素是一种蛋白质，蛋白质是由氨基酸组成的，组成蛋白质的氨基酸有20种，20氨基酸按照不同的序列通过肽键连接，形成不同性质的蛋白质。

长期以来人们一直无法解决蛋白质中各氨基酸连接顺序这道难题，而这个问题正是解决蛋白质结构的关键。桑格首先想到氨基酸有氨基和羧基，在蛋白质中除了氨基和羧基都已结合氨基酸外，有些氨基和羧基是游离的，未与其他氨基酸连接。如果找到能与残基结合的化合物，且连接较为牢固，那么将蛋白质水解后，连有这个化合物的氨基酸就表明它有一端本来是游离的。对于只有一个氨基和一个羧基的氨基酸来说就是末端的一个。桑格通过多年的研究，找到了化合物2、4-二硝基佛本，它可以和游离的氨基酸牢固结合，生成2、4二硝基苯的衍生物，水解以后，这个衍生物呈现明亮的金黄色，很容易通过色谱和电泳分离并鉴定。FDNB后来被称为桑格试剂。

桑格用这个试剂及电泳和色谱等方法，逐段分解测定，经过10年的努力，终于在1975年成功地完成牛胰岛素一级结构的测定。牛胰岛素由51个氨基酸残基组成,A链含21个氨基酸残基，B链含30个氨基酸残基，有两个链间二硫桥，A链还有一个链内二硫桥，这是人们第一次精确测定蛋白质的结构，为以后测定更复杂的蛋白质和研究胰岛素打下良好的基础。

3. 胰岛素制剂的研究现状

3.1注射剂

注射剂型糖尿病患者需终生每日皮下注射胰岛素，不但给患者带来极大的不便，而