胰岛素结构和性质

胰岛素分类与用法胰岛素是临床常用的糖尿病治疗药物，也是最有效的降糖措施之一。

现有胰岛素的种类众多，用法、用量又各不相同，缺乏经验的非内分泌专科医生常常会把它们混淆，有些糖尿病患者自己也不知道其中的区别。

那我们今天就来将常用的胰岛素做一个分类总结吧！胰岛素主要有两种分类方法，按来源分类和按作用时间分类，其中按作用时间长短分类与胰岛素的治疗方案密切相关，是最常使用的胰岛素分类方法，以下将按顺序逐一介绍。

根据胰岛素的来源不同可分为动物胰岛素、重组人胰岛素和胰岛素类似物三类。

1. 动物胰岛素：动物胰岛素是第一代应用于糖尿病治疗的胰岛素，是从猪、牛等动物的胰腺中分离并纯化的胰岛素，目前临床常用的普通胰岛素（胰岛素注射液）即为猪胰岛素。

因为动物胰岛素的生物结构与人胰岛素存在一定的差别，注射体内后可能产生免疫反应，使得胰岛素的降糖功效下降，还有少数患者出现皮肤过敏等。

目前较少作为常规降糖药物皮下使用，多于静脉使用短期降糖。

2. 重组人胰岛素：重组人胰岛素利用重组生物技术合成的第二代胰岛素，其结构与人胰岛素成分完全相同，注射后全身免疫反应，局部过敏反应等的发生率均较动物胰岛素显著减少。

降糖效率提高，是目前常用的皮下注射胰岛素种类。

3. 胰岛素类似物：胰岛素类似物是利用基因工程生产的第三代胰岛素，通过对胰岛素结构的修饰或改变其理化性质，使其更符合生理需要。

目前常用的超短效胰岛素如门冬胰岛素（诺和锐®）和超长效胰岛素如甘精胰岛素（来得时®）均为胰岛素类似物。

根据胰岛素的作用时间不同分为超短效胰岛素、短效胰岛素、中效胰岛素、长效胰岛素及预混胰岛素五类。

1. 超短效胰岛素：属于胰岛素类似物。

起效时间 10-15 分钟，作用高峰 1-2 小时，持续时间 3-5 小时，需在餐前立即皮下注射，也可用于临时高血糖的降糖治疗。

代表药物有门冬胰岛素（诺和锐®）、赖脯胰岛素（优泌乐®、速秀霖®）、谷赖胰岛素（艾倍得®）等。

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。

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。

由于猪与人的胰岛素相比只有B30位的一个氨基酸不同，人的是苏氨酸，猪的是丙氨酸，因此我国目前临床应用的是以猪胰脏为原料来源的胰岛素，抗原性比其他来源的胰岛素要低。

胰岛素的种类及用法一、胰岛素的种类：1、胰岛素来源：胰岛素根据来源可分为人胰岛素、牛胰岛素和猪胰岛素。

猪胰岛素与人胰岛素结构类似，仅有一个氨基酸不同，牛胰岛素与人胰岛素有3个氨基酸不同。

动物胰岛素和人的胰岛素结构有差异，有抗原性；动物胰岛素发生过敏者可换用人胰岛素。

应用人胰岛素或提高制剂纯度，将有利于减少过敏反应。

对人胰岛素过敏者可试用胰岛素类似物。

2、胰岛素根据制备工艺分类：可将胰岛素分为由动物提取、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。

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，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。

胰岛素类似物是利用重组NDA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似物，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，目前用于临床的有赖脯胰岛素和门冬胰岛素两种超短胰岛素类似物，及甘精胰岛素各地特胰岛素两种长效胰岛素类似物。

为了延长胰岛素的作用时间，通常将胰岛素制成混悬液。

如精蛋白锌胰岛素，其中精蛋白含量高于胰岛素，低精蛋白锌胰岛素（NPH），其中含有等分子的胰岛素和精蛋白。

3、根据作用时间分类：短效胰岛素又称为速效胰岛素、普通（正规）胰岛素、可溶性胰岛素、中性胰岛素、RI：目前主要有动物来源和重组人胰岛素来源两种；是指将结晶型胰岛素制成酸性或中性PH的溶液后供治疗用。

外观为无色透明液，该胰岛素未经添加剂处理或结构修饰、不能延长胰岛素的作用时间，属于短效胰岛素，可在病情紧急情况下静脉输注。

超短效胰岛素——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，也可与精蛋白结合为中效制剂。

超短效胰岛素（类似物）的优点和常规胰岛素相比，更加符合胰岛素的生理分泌模式，餐前注射吸收迅速，皮下吸收较人胰岛素快3倍，起效迅速，持续时间短，能更加有效的控制餐后血糖并减少低血糖的发生。

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。

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。

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。