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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。
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。
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。
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.不同动物腆岛素的级结构中部分氨垦隈残堆是不同的°例如猪胰岛素A链的第8、9・10位氨基展嫂基是Thr、Sezr利lie：牛JN 岛崇为Al. Ser、V.：l而马魏岛素则为Thr. Gly和Ilr人JM岛素和剜視岛素仅在B链第30位氨基酸殘基有区别（人H岛董为Ihr,猶林册亲为□■）•由于不同来源的映岛亲结构差界•它们的抗原性不同•笞床上应用与人胰品莱结构差异风小的豬快岛素作为治疗药剂•也正是基于卜•述考念.我国科学家历经6年多时间，于1963年完成了结晶牛胰岛索的全合成，经过严恪鉴定，它的结构、生物活力、物理化学性质、结M 形状都9天然的半秋血素完全•样。
这圧世界上第一个人工合成的责门质[9]•1969年,英国科学家Hodgkin用X射线阳体学分析揭爪了分辨率为（勺猪胰碍素的三维估构[10].胰岛素分/晶体由6个胰岛素分子和2个Zn2+形成;V锌胰阳素的六聚体.首先,2个胰岛秦分子形成二聚体■然麻3个二聚体圉绕三硕紬形成对称的拮列“链第10位I：组氨酸的咪昨毎与轴上的：n2+•岛素4体中條的含量为%、£六聚体也是議岛素在细胞屮的储存澎比我国料学家在1969年至1974年期何先后以4 （1970）、（1971）、（1973）分辨率，测定了猪胺岛素三方二件M体结构•这足继人工20合成胰岛素Z后我国慣门质科学研宪的又一垂菱成果〔11]•这些研丸成渠为深入研丸映码索分子结沟与功能的关系奠逹了屣础。
IK岛索的一级结枸与其生物活性有密切关系。
如用水解映甜厳,去除Bttc瑞的8肽■生物活性只剌1%. B23甘氮酸、BH苯丙氨酸零均为他持帙隔斎生物活件所必需.二硫锻被还原使胰阳液分解为A链和B链后，荻岛紊的生物活性完全丧失• 3胰色素的生物合成在研尤快橡的陕珞细胞腺熾的过程屮,St眈uier发现「个新的蚩白庚，它圧快对素生物合成的前体,命名为JM岛素原（proiMulin） [12]耦岛未原是一条单」的事肽铳（86和，它包含-个由31个氨斥酸残肚细成的连接肽.这个连接肽（称为C肽）连接B琏的C瑞和A链的N端・当胰岛素原的二硫镀被还原然后巫新氣化时•町以形成正确的二硫键配对。
胰岛素原的基本结构是（B ft） Arg Arg （C肽）Lya Arg （A粧），任C肽的'端和C端通过幘性氮基酸二肚把A锂和B锂连接起來.图彳前规场亲版加工成伏岛索的示怠图[13：笊发现胰岛耒原Z后.Stadnr又发现了•个能被胰岛赢抗体沉淀的彊门质•相对分子质呈为11500.命名为前胰岛未原（preproinsulin） 113]•胰岛素原的N吻进I〔「to卜左右的氨基酸残基（借号序剜It是前魏甜素KL不同生物体的信号:J长値有所不1叭Htt 我们用了解的腆岛索的生物介成过程示遨图见图1.21人前耽隔柔原也可用以下简式衷示: fti110氨歴眼残味86氨肚酿残展51氨廉职残歴（2个二硫键连接A铉和B链）胰色素是任胰珞细胞内质网的核勒休屮合成的，启先，胰血素结构星因在RXA聚合鹅的作用卜•，转录生成前胰甜素廉的信便核糖核般（剧）用者从细胞孩转入胞浆，在多收糖体内酬译为曲枚色索趾前I快超索原的信匕序列被加;肽的切断生成腴岛董原。
胰岛素原进入内质网腔后，内贞网逹渐鼓起胞芽•并脱落生成小泡，这吃小泡向高尔医体移动，并与Z结合尿为高尔廉体的一部分。
胰隔素原随着小泡进入高尔基休，在高尔垂体内■胰阳素原枝包衷成为未成熟揪粒.然后■在激素原转换輸2（PC2）和激素原转换鮒3<PC3）及竣馱说H的作用卜■脱去连接胰SJ素和C肽分子为侧的两个破星氨毎腰（31、32位Arg Arg, 64^65位 Lys Arg）,产生尊凰的秋血素和C肽，整个过程约需几小时。
随密悅岛索廉的分解，耒成熟數粒邊渐成为成熟额粒.颗粒内的恤册亲与二心+结合形成含锌腆岛素晶体，介成的胰血素储存在胰附细胞的颗粒中。
成人肠岛内贮存的瞅岛素约200国际单位（IU）[11 15]1荻Si索的生物活性及临床应用胰岛董的生物效战包括许赛方帆它是体内啡一能降低血篦的激瓠也是啪一同时促进昕臥脂肪.贺门质介成的激瓠胰岛素的主耍紀28官为肝脏.肌肉及脂昉组织•它控制話7大背养物Afiv v v 蛋fl质、脂肪的代谢和贮存.最明於的作用杲形响糖的代谢■降低血糖[16],即促进肝脱及肌肉组织中《j萄橢的利用，激活餡脈合成的和丙刖腰腋氫购等的活性•促进鮎腹的合成并抑制椭廉的分解。
此外，对肝脑来说还冇抑IM负门质分解的作用：在肌肉ffi织中促进厂从细胞外向細胞内的转运:在脂肪纽织中促进氨垂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。
这弐在细胞水平上对代谢系统的作用MM J ftftiiiK与其受体的结合斜以实现的[坊]•总乙肚码素Z所以能障低diiWi,足|人|为它促进了杷细胞对简荀糖的播取（增加膜对简蔔椭的通透性）、贮存（合成肝締頫和肌鮪原）和利用（用于合成脂肪和员门零）.肖胰岛受到破坏、胰局未分世减少或机休细织对胰岛盍的敏感件降低（胰岛當的受体失效〉时.則血糖升高•尿中出现筍荀搪,发牛糖斥病（diabetesnellitus）.糖呆病是一种慢件代谢性疾緒.也是一个影响肴敎亿人的复朵浜桶。
由于体内伙对索相对或绘对不足•形成持续性岛血瓯“致许姜组帜器官代谢异常，继而产生功能障科及形态学异誤它足一种终生疾病。
如果快岛机能亢进•则出现血鸽过低,能凤供给不足，甚至於响大脑机能•映岛细胞分泌的另•种多肽激滚叫胶高rflLffi«（fluca8on）tfe由29个氨罷酸残垂细成的单链％肽.其牛物活性与胰岛未相反.通过剌激餉原分解捉高iftl糖水平.所以它是升高血箱的激素.挾高血糖索主耍作用『肝脏.剌激糖原分解■使血储水平提高〔17]•这对大脑的功能转别匝魁•伙I为神经元絶炖依赖第jSS糖作为能源。
叶血桥浓度降到正常值以下时,WI体迫切需耍注入葡苟糖到血液。
这时胰商血糖紊作用于肝细胞•促进糖原分解和异生■以提高血糖的浓度[2].有机体是一个梢密调控的复朵体系■由不同生物活性的激素和其他活性物两的作用和相互制约•才能维持肌体的正常运转。
胰岛茶依倾型施廉仙称粽型糖城稱，映品索绝对不足山主导地位，所以任治疗中必须补允腆码索• II彼他紊依赖型椭尿病称m 空糖城稱，多故1人1除岛亲相对不足，治疗中足否补充胰岛索可根据鏑悄向定[16]•㈱求稱人中5710%属鬥型施尿札约4、的孕妇理仔妊般期糖尿紡【1]，H荊在临味卜•应用的胰品滦大部分己用人胰岛滦代替J'过去常用的动物横岛济如睹脸岛素、牛聽岛滦等，因为审•组人脂岛麦的何世才町陡为旳尿糕人捉供人胰岛素。
