胰岛素结构和性质

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。

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。

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。