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）。在胰腺中散布着许许多多的细胞
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）
图2胰腺中的胰岛
第一个被人工合成的蛋白质，第一个被证明是以大分子前体形式合成的蛋白质和第一个用基因工程生
图1人体胰腺（在胃的后下部）
产的蛋白质[2]
。1胰岛素的发现
由于胰岛散布在胰外分泌腺的汪洋大海中，因此在提取胰岛素时极易被蛋白水解酶降解而失活。加拿大外科医生FrederrickGrantBanting看到一篇报道，提到在胰脏外分泌细胞坏死时，胰岛细胞仍然存活。于是他对胰岛中的活性物质产生了浓厚的兴趣，希望能提取、分离胰岛中的活性物质。但当时他在英国工作的实验室条件较差，于是求助于多伦多大学生理系专门研究糖代谢的J.J.R.Macleod教授，希望他给予支持。Banting要求提供一间实验室及有关设备、一名协助他测定血糖和尿糖的助手以及实
验用的狗等。当时Macleod教授勉强同意了Banting的要求并找了一名当时在多伦多大学医学院学习的四年级学
苯矗竿况島（膜岛）M
图2牘腺中的胰岛
生CharlesH.Best作为Banting 的助手［3 4］
。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］
;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。
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［5 6］，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,Sa nger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。
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& 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lie。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。
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+
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Zn 2+
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
图3箱務岛蕭分子的一级结构
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
在研究胰腺的胰岛细胞腺瘤的过程中,Stae in er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）Arg Arg （C肽）Lys Arg （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。
图 4 前胰岛素原加工成胰岛素的示意图[13]
$ 4前胰岛素療加工成胰岛素的示意图：⑶
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。
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Arg Arg,64~65位Lys Arg),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
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)[14 15]
。
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]
,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]
。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
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
血液。这时胰高血糖素作用于肝细胞，促进糖原分解和异生，以提高血糖的浓度[2]
。有机体是一个精密调控的复杂体系，由不同生物活性的激素和其他活性物质的作用和相互制约，才能维持肌体的正常运转。
胰岛素依赖型糖尿病称#型糖尿病，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
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。
中国科学院上海生命科学院生物化学与细胞学研究
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. 8 Macleod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。 2抑渝的?级结构与高级结构 自从胰腺中提般的賊附滚得到结晶局英国科学家Sanger从1915年起?历絆10年的硏兀先将牛胰岛索拆分成两条&L然后用腹和蛋白水解阳分别进行部分水解得到一些小的肽片 段，再用2,4二硝基X：（Sanger! 试剂,DNP法）分别测定「两条锂的妃基俊顺疗[5 6] 3 ,T 1855 年报逋『快册彖的一级结构〔7]?1958年.Sanger内为该攻成果伙谥貝尔化学奖[8] ?继牛耿碍素的结构3!!^^. Sanger等人乂测泄J“瓠羊胰甜莱的?级结构。现仏族种常见动物的胰岛素的一级结构均已阐明，3是隣胰岛素分子的一级结构示盘图.閱圈中的字母代表不同氨星腰残墓的缩写符号。由其-?级结构町知?猪胰阳素相对分fJifi为5731,第电心为.A、B 共由51个氨基酸豪基姐成? A链含有11种21个氨基酸残基』端为Gly,C期为Asn,A 链本身的6位和11位上的两个Cy.通过二硫健相连成环:B徒含16种共30个氨基酸歿憲其N端为Phe.Cl*为Ala. A锤和B 链又対过2 个二硫镀辽相连接成胰刖素分子.
相信很多刚接触临床的医生都容易将胰岛素的名称以及用法弄混，今天就结合胰岛素的结构教大家怎么记忆胰岛素的用法。 胰岛素分子晶体由6个胰岛素分子和2个Zn离子形成含锌胰岛素的六聚体。六聚体是胰岛素在B细胞中的储存形式，但是胰岛素 是以单聚体的形式被吸收的，所以胰岛素要发挥作用必须六聚体经过解聚变成单聚体才能发挥其降糖作用，弄明白这些，就很容易理解不 同时效胰岛素的作用了。 （1）超短效胰岛素 主要包括赖脯胰岛素(商品名: 优泌乐)和门冬胰岛素(商品名: 诺和锐)。 其中赖脯胰岛素是由人胰岛素B28位脯氨酸由带负电荷的赖氨酸取代而形成；而门冬胰岛素是由人胰岛素B28位脯氨酸由天门冬氨酸代替而形成。 它们之所以能短时间内发挥降糖作用是因为结构的改变使得电荷排斥，从而阻碍了胰岛素单体间的自我聚合，在溶液中其主要以单体和双体的混合 物形式存在，而单体是胰岛素作用的结构，所以作用时间就快了。 （2）短效胰岛素 又叫做普通胰岛素或中性胰岛素注射液（动物源胰岛素），重组人胰岛素注射液（甘舒霖R、诺和灵R、优泌林R），其中R就是regular的意思。 普通可溶性人胰岛素的基本结构为六聚体，皮下注射后解离成二聚体和单体后才能被吸收，由于注射后要缓慢的解离成二聚体和单体，延长了可溶性胰岛素皮下给药时的起效时间，所以，要在餐前30分钟注射。
以后看到胰岛素后面带“R”的标志记得要餐前30分钟注射哦~ （3）中效胰岛素（NPH） 主要包括低精蛋白锌胰岛素和胰岛素锌混悬液，市场上常用的有低精蛋白重组人胰岛素注射液（甘舒霖N）； 中性低精蛋白锌人胰岛素（诺和灵N）；精蛋白锌重组人胰岛素注射液（优泌林N）等。中效胰岛素的结构是通过鱼精蛋白将几个六聚体聚集在一起，从而解聚为单体的时间需要得更长，因此能延长胰岛素的作用时间。 （4）长效胰岛素 主要包括甘精胰岛素( 商品名: 来得时)和地特胰岛素(商品名: 诺和平)。 其中甘精胰岛素是通过氨基酸的改变使胰岛素的等电点发生改变，从原来的5.14变为6.17，当它被注射至pH值为7.14的体液中便会发生沉淀， 同时制剂中存在锌子, 能增加胰岛素六聚体的稳定性, 六聚体分解的时间延长, 造成吸收延迟而且延长, 释放缓慢平稳。 而地特胰岛素是通过氨基酸的改变，成为中性可溶性液体, 以六聚体形式存在, 皮下注射后其吸收扩散速度缓慢，在血浆中98%～99%与白蛋白结合，以极其缓慢的速度释放入血，半衰期显著延长，约为14小时，且血浆浓度平稳，峰谷曲线小。
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)。在胰腺中散布着许许多多的细胞 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) 图2胰腺中的胰岛 第一个被人工合成的蛋白质,第一个被证明是以大分子前体形式合成的蛋白质和第一个用基因工程生 产的蛋白质[2] 。1胰岛素的发现 由于胰岛散布在胰外分泌腺的汪洋大海中,因此在提取胰岛素时极易被蛋白水解酶降解而失活。加拿大外科医生FrederrickGrantBanting看到一篇报道,提到在胰脏外分泌细胞坏死时,胰岛细胞仍然存活。于是他对胰岛中的活性物质产生了浓厚的兴趣,希望能提取、分离胰岛中的活性物质。但当时他在英国工作的实验室条件较差,于是求助于多伦多大学生理系专门研究糖代谢的J.J.R.Macleod教授,希望他给予支持。Banting要求提供一间实验室及有关设备、一名协助他测定血糖和尿糖的助手以及实验用的狗等。当时Macleod教授勉强同意了Banting的要求并找了一名当时在多伦多大学医学院学习的四年级学
胰岛的细胞组成及其功能 胰岛能分泌胰岛素与胰高血糖素等激素。人类的胰岛细胞按其染色和形态学特点，主要分为α细胞、β正常胰岛细胞、γ细胞及PP细胞。α细胞约占胰岛细胞的20%，分泌胰高血糖素；β细胞占胰岛细胞的60%-70%，分泌胰岛素；γ细胞占胰岛细胞的10%，分泌“生长抑素”；PP细胞数量很少，分泌胰多肽。 胰岛素对人体的糖脂肪和蛋白质代谢都有影响，但对于糖代谢的调节作用尤为明显，胰岛素能够促进血液中的葡萄糖（血糖)进入组织细胞被储存和利用。缺乏胰岛素时，血糖难以被组织细胞摄取，糖的贮存和利用都将减少，这时血糖浓度如果过高，就会有一部分从尿液中排出，形成糖尿。如果是因为胰岛素分泌不足导致，可以通过注射胰岛素制剂来治疗。 2生物学作用 胰岛素是促进合成代谢、调节血糖稳定的主要激素。 1．对糖代谢的调节：胰岛素促进组织细胞对葡萄糖的摄取和利用，加速葡萄糖合成为糖原，贮存于肝和肌肉中，并抑制糖异生，促进葡萄糖转变为脂肪酸，贮存于脂肪组织，导致血糖水平下降。胰岛素缺乏时，血糖浓度升高，如超过肾糖阈，尿中将出现糖，引起糖尿病。2．对脂肪代谢的调节胰岛素促进肝合成脂肪酸，然后转运到脂肪细胞贮存。在胰岛素的作用下，脂肪细胞也能合成少量的脂肪酸。胰岛素还促进葡萄糖进入脂肪细胞，除了用于合成脂肪酸外，还可转化为α-磷酸甘油，脂肪酸与α-磷酸甘油形成甘油三酯，贮存于脂肪细胞
中，同时，胰岛素还抑制脂肪酶的活性，减少脂肪的分解。胰岛素缺乏时，脂肪代谢紊乱，脂肪分解增强，血脂升高，加速脂肪酸在肝内氧化，生成大量酮体，由于糖氧化过程发生障碍，不能很好处理酮体，以致引起酮血症与酸中毒。 3．对蛋白质代谢的调节胰岛素促进蛋白质合成过程，其作用可在蛋白质合成的各个环节上： ①促进氨基酸通过膜的转运进入细胞； ②可使细胞核的复制和转录过程加快，增加DNA和RNA的生成； ③作用于核糖体，加速翻译过程，促进蛋白质合成；另外，胰岛素还可抑制蛋白质分解和肝糖异生。由于胰岛素能增强蛋白质的合成过程，所以，它对机体的生长也有促进作用，但胰岛素单独作用时，对生长的促进作用并不很强，只有与生长素共同作用时，才能发挥明显的效应。受体。胰岛素受体已纯化成功，并阐明了其化学结构。 3分泌调节 (1)血糖的作用血糖浓度是调节胰岛素分泌的最重要因素，当血糖浓度升高时，胰岛素分泌明显增加，从而促进血糖降低。当血糖浓度下降至正常水平时，胰岛素分泌也迅速恢复到基础水平。在持续高血糖的刺激下，胰岛素的分泌可分为三个阶段：血糖升高5min内，胰岛素的分泌可增加约10倍，主要来源于B细胞贮存的激素释放，因此持续时间不长，5-10min后胰岛素的分泌便下降50%；血糖升高15min 后，出现胰岛素分泌的第二次增多，在2-3h达高峰，并持续较长的时间，分泌速率也远大于第一相，这主要是激活了B细胞胰岛素合
福建医科大学附属协和医院 胰岛素相关知识考卷 一、填空题 1、根据来源和化学结构的不同，胰岛素可分为动物胰岛素，人胰岛素，胰岛素类似物。 2、使用胰岛素注射笔注射胰岛素，推注结束后针头至少停留 10秒后拔出，从而确保药物剂量全部被注入体内，同时防止药物渗漏。 3、胰岛素注射部位可选择：腹部，上臂，臀部，大腿。 4、使用胰岛素的不良反应有低血糖反、体重增加、过敏反应、水肿及注射部位脂肪萎缩或皮下脂肪增生。 5、未拆封的胰岛素，应放在冰箱冷藏，温度在 2—8℃。初次使用需提前30分钟取出，在室温下回温后使用。 6、已拆封使用中的胰岛素，可保存在室温 25℃以下，避免日晒。 7、预混胰岛素注射前应先将药液混匀。 8、中效胰岛素外观呈乳白色混悬液，长效胰岛素外观澄清。 9、可用于胰岛素泵治疗的胰岛素有优泌乐和诺和锐。 二、单项选择题 1、根据作用特点，优泌乐属于（ B ）胰岛素。 A、短效 B、超短效 C、中效 D、长效 2、根据来源和化学结构不同，诺和锐属于（ D ） A、猪胰岛素 B、牛胰岛素 C、人胰岛素 D、胰岛素类似物 3、超短效胰岛素一般在进餐前（ D ）注射，其作用可持续4－5小时。 A、1小时 B、30--45分钟 C、20—30分钟 D、5-10分钟 4、按作用特点，普通胰岛素属于哪种胰岛素，起效时间多少？（ C ） A、短效胰岛素 5—10分 B、短效胰岛素 10—15分 C、短效胰岛素 30分钟 D、中效胰岛素 30分钟 5、甘精胰岛素作用时间可持续24小时以上，属于（ C ） A、短效胰岛素 B、中效胰岛素 C、长效胰岛素 D、超长效胰岛素 6、基础胰岛素一般一天注射（ A ）
胰岛概述 胰岛能分泌胰岛素与胰高血糖素等激素。人类的胰岛细胞按其染色和形态学特点，主要分为α细胞、β 细胞、γ细胞及PP细胞。α细胞约占胰岛细胞的20%，分泌胰高血糖素（glucagon）；β细胞占胰岛细胞的60%-70%，分泌胰岛素(insulin)；γ细胞占胰岛细胞的10%，分泌“生长抑素”；PP细胞数量很少，分泌胰多肽(pancreatic polyeptide)。 胰岛素对人体的糖脂肪和蛋白质代谢都有影响，但对于糖代谢的调节作用尤为明显，胰岛素能够促进血液中的葡萄糖（血糖)进入组织细胞被储存和利用。缺乏胰岛素时，血糖难以被组织细胞摄取，糖的贮存和利用都将减少，这时血糖浓度如果过高，就会有一部分从尿液中排出，形成糖尿。如果是因为胰岛素分泌不足导致，可以通过注射胰岛素制剂来治疗。 一、胰岛素分子结构 胰岛素是含有51个氨基酸的小分子蛋白质，分子量为6000，胰岛素分子有靠两个二硫键结合的A链（21个氨基酸）与B链（30个氨基酸），如果二硫键被打开则失去活性。B 细胞先合成一个大分子的前胰岛素原，以后加工成八十六肽的胰岛素原，再经水解成为胰岛素与连接肽（C肽）。胰岛素与C肽共同释入血中，也有少量的胰岛素原进入血液，但其生物活性只有胰岛素的3%-5%，而C肽无胰岛素活性。由于C肽是在胰岛素合成过程产生的，其数量与胰岛素的分泌量有平行关系，因此测定血中C肽含量可反映B细胞的分泌功能。正常人空腹状态下血清胰岛素浓度为35-145pmol/L。胰岛素在血中的半衰期只有5min，主要在肝灭活，肌肉与肾等组织也能使胰岛素失活。1965年，我国生化学家首先人工合成了具有高度生物活性的胰岛素，成为人类历史上第一次人工合成生命物质（蛋白质）的创举。 二、生物学作用 胰岛素是促进合成代谢、调节血糖稳定的主要激素。 1．对糖代谢的调节：胰岛素促进组织、细胞对葡萄糖的摄取和利用，加速葡萄糖合成为糖原，贮存于肝和肌肉中，并抑制糖异生，促进葡萄糖转变为脂肪酸，贮存于脂肪组织，导致血糖水平下降。胰岛素缺乏时，血糖浓度升高，如超过肾糖阈，尿中将出现糖，引起糖尿病。 2．对脂肪代谢的调节胰岛素促进肝合成脂肪酸，然后转运到脂肪细胞贮存。在胰岛素的作用下，脂肪细胞也能合成少量的脂肪酸。胰岛素还促进葡萄糖进入脂肪细胞，除了用于合成脂肪酸外，还可转化为α-磷酸甘油，脂肪酸与α-磷酸甘油形成甘油三酯，贮存于脂肪细胞中，同时，胰岛素还抑制脂肪酶的活性，减少脂肪的分解。胰岛素缺乏时，出现脂肪代谢紊乱，脂肪分解增强，血脂升高，加速脂肪酸在肝内氧化，生成大量酮体，由于糖氧化过程发生障碍，不能很好处理酮体，以致引起酮血症与酸中毒。 3．对蛋白质代谢的调节胰岛素促进蛋白质合成过程，其作用可在蛋白质合成的各个环节上： ①促进氨基酸通过膜的转运进入细胞； ②可使细胞核的复制和转录过程加快，增加DNA和RNA的生成； ③作用于核糖体，加速翻译过程，促进蛋白质合成；另外，胰岛素还可抑制蛋白质分解和肝糖异生。由于胰岛素能增强蛋白质的合成过程，所以，它对机体的生长也有促进作用，但胰岛素单独作用时，对生长的促进作用并不很强，只有与生长素共同作用时，才能发挥明显的效应。近年的研究表明，几乎体内所有细胞的膜上都有胰岛素受体。胰岛素受体已纯化成功，并阐明了其化学结构。胰岛素受体是由两个α亚单位和两个β亚单位构成的四聚体，α亚单位由719个氨基酸组成，完全裸露在细胞膜外，是受体结合胰岛素的主要部位。α与α亚单位、α与β亚单位之间靠二硫键结合。β亚单位由620个氨基酸残基组成，分为三个
胰岛素的一级结构测定方案 院系：xxx 专业：xxx 姓名：xxx 学号：xxx
胰岛素的一级结构测定 【摘要】胰岛素一级结构是是推测蛋白质高级结构的分子依据，是理解蛋白质功能的分子基础，是研究生物进化的分子佐证，因此研究胰岛素的一级结构具有很重要的意思。本文通过介绍胰岛素的基本定义，结果，功能，分类，以及胰岛素一级结构的测定方案，来进一步加深对胰岛素的了解。 【关键词】胰岛素一级结构实验测定步骤 一、胰岛素的基本概念 1. 胰岛素的基本定义 胰岛素是由胰岛β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。胰岛素是机体内唯一降低血糖的激素，同时促进糖原、脂肪、蛋白质合成。外源性胰岛素主要用来糖尿病治疗，糖尿病患者早期使用胰岛素和超强抗氧化剂如（注射用硫辛酸、口服虾青素等）有望出现较长时间的蜜月期，胰岛素注射不会有成瘾和依赖性。 2. 胰岛素的基本结构 胰岛素是在胰岛β细胞的内质网膜结合型核糖体上合成的，核糖体上最初形成的产物是一个比胰岛素分子大一倍多的前胰岛素原单链多肽，其N端区域含有20个氨基酸左右的疏水性信号肽。当新生肽链进入内质网腔后，信号肽酶便切除信号肽，形成胰岛素原，后者被运输至高尔基体，以颗粒的形式储存备用。 胰岛素就像一把钥匙，开启葡萄糖进入细胞的大门，只有进入细胞的葡萄糖才能为细胞提供动力，使人体具有正常的各种生理功能。 胰岛素的一级结构由51个氨基酸残基组成分两条链：A链：21个氨基酸残基B 链：30个氨基酸残基含三个二硫链：一个A链内的二硫键两个链间二硫键。 不同种属动物的胰岛素分子结构大致相同，主要差别在A链二硫桥中间的第8、9和10位上的三个氨基酸及B链C末端的一个氨基酸上，它们随种属而异。表1-1仅列出人和几种动物的氨基酸差异，但它们的生理功能是相同的。
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）。在胰腺中散布着许许多多的细胞 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） 图2胰腺中的胰岛 第一个被人工合成的蛋白质，第一个被证明是以大分子前体形式合成的蛋白质和第一个用基因工程生 图1人体胰腺（在胃的后下部） 产的蛋白质[2] 。1胰岛素的发现 由于胰岛散布在胰外分泌腺的汪洋大海中，因此在提取胰岛素时极易被蛋白水解酶降解而失活。加拿大外科医生FrederrickGrantBanting看到一篇报道，提到在胰脏外分泌细胞坏死时，胰岛细胞仍然存活。于是他对胰岛中的活性物质产生了浓厚的兴趣，希望能提取、分离胰岛中的活性物质。但当时他在英国工作的实验室条件较差，于是求助于多伦多大学生理系专门研究糖代谢的J.J.R.Macleod教授，希望他给予支持。Banting要求提供一间实验室及有关设备、一名协助他测定血糖和尿糖的助手以及实 验用的狗等。当时Macleod教授勉强同意了Banting的要求并找了一名当时在多伦多大学医学院学习的四年级学
胰岛素的合成、分泌和作用机制 胰岛素是由胰岛B细胞所分泌的，具有重要代谢调节作用的肽类激素。旱在19世纪末期,von Mering和Minkowski即指出，胰腺在抗糖尿病的作用中起重要作用。1909年和1917年，de Mayer和Sir Edward Sharpey—Schaffer分别命名这种胰岛内调节血糖水平的激素为“胰岛素”。直到20世纪20年代初期，加拿大人Banting、Best和Collip才真正分离出牛胰岛素，并稍后作为特效药应用于糖尿病患者。随后，结晶胰岛素的获得，氨基酸顺序的阐明，具生物活性的胰岛素的合成，胰岛素检测方法的建立，对胰岛素生物合成途径及分泌机制的认识，胰岛素受体的发现，均成为人类对胰岛素本身及相关疾病认识的里程碑。随着医学及相关科学的发展，特别是近年来分子生物学方法的广泛应用，人们对这个领域的认识突飞猛进，也推动了糖尿病学的迅速发展。 一、胰岛素的提取、纯化及结构特征 1．胰岛素的提取、纯化和检测早期，胰岛素是以乙醇或酸性乙醇溶液来抽提的，以这种方法抽提可使胰岛素从组织中溶解出来，并灭活蛋白酶。这种方法仍为现代提取方法的基础。在有机溶剂提取脂肪后．含胰岛素的酸性乙醇的抽提物可经盐析及等电点沉淀等分离，进一步作凝胶过滤，离子交换，高效液相色谱等纯化。以前曾一度认为以锌结晶方法可有助于胰岛素的纯化，现认为反复结晶仍不能去除胰岛中的其他成分，如胰升糖素、胰岛素原、胰岛素样类似物及部分降解的胰岛素片段，而且部分动物的胰岛素不能与锌结合或产生结晶。 基因重组胰岛素的生物合成技术可得到不含其他激素的较纯净的胰岛素，但仍常含有其他来自宿主细菌或真菌的蛋白质污染，经凝胶过滤和离子亲和层析后，可得到纯度高于99％的胰岛素。这种胰岛素对人的抗原性远小于来自动物的结晶胰岛素，不易产生抗体，更有利于糖尿病病情的控制。 血清胰岛素测定可用放射免疫法等，但在精确度和敏感性方面仍有一定的局限性。用聚丙烯酰胺凝胶电泳和高效液相色谱可鉴定胰岛素的量及纯度，并区分开胰岛素和胰岛素原。各种免疫或生化的方法只能测定出样品的胰岛素的免疫纯度及含量，即使较纯的胰岛素仍需进行生物活性的评价，可在体外用培养的脂肪细胞、肝细胞来测定其在葡萄糖氧化，脂肪合成，葡萄糖转运及蛋白质合成等作用，亦可以用某些细胞膜抽提液来测定其与受体的结合及生物效应。另一些实验室用体内降血糖试验来评估胰岛素的效价。 2．胰岛素结构自1955年Sanger等首先阐明了完整的牛胰岛素一级结构以来，已经鉴定了70余种脊椎类动物的胰岛素结构。他们与一些非脊椎类动物的胰岛素相关肽，如蜗牛的生长刺激素，蚕的胰岛素样脑肽等有着一定的同源性，均为胰岛素基因超家族的成员。脊椎类动物的胰岛素有着共同的结构特征：包括链内和链间二硫键的位置，A链的C端和N 端氨基酸残基，以及B链C端的亲水基团。这些结构对保持胰岛素的二级结构和三级结构，维持其与受体结合必须的空间构像非常重要。去除或替换这些保守区域的氨基酸残基将严重影响胰岛素的生物学活性，如去除A链21位羧基端的门冬酰胺，可使其生物活性几乎全部丧失；若以精氨酸替代可使活性丧失近一半。 非保守区域的氨基酸残基对生物活性的影响并无重要作用，因此一种动物的胰岛素，可在另一种动物体内引起生物效应，如猪胰岛素被利用来作糖尿病患者的治疗。但这些位置的氨基酸往往可对其免疫原性产生影响。 脊椎动物胰岛素的一级结构均由A、B两条链构成，两链间由2个二硫键(-s-s-)相连，A链还有1个链内二硫键。人胰岛素的A链由21个氨基酸残基构成，B链由30个氨基酸残基构成。