人工合成牛胰岛素解析
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人工合成牛胰岛素——为千万人重新打开生命之门工程总投资:—工程期限:1958年——1965年高倍显微镜下的胰脏橫切面〈中间颜色较淡的部位是胰岛〉,那种岛状细胞团分泌的就是胰岛素1965年9月17日,中国首次人工合成了结晶牛胰岛素,这是人类有史以来第一次人工合成有生命的蛋白质。
实验的成功使中国成为世界第一个合成蛋白质的国家。
蛋白质是生命的物质基础,没有蛋白质就没有生命。
而过去世界普遍认为生命体是天然的,大都认为人工合成是不可能的,中国人首次让它变为可能。
人工牛胰岛素的合成,标着着人类在认识生命、探索生命奥秘的征途中,迈出了关键性的一步,其意义与影响是巨大的。
它标志着人工合成蛋白质时代的开始,是生命科学发展史上一个重要里程碑,同时,它也是中国自然科学基础研究的重大成就。
在人类认识生命现象的历史上,这个成果是继从无机物中取得了第一种有机物尿素之后而出现的第二次飞跃,“往再高一级飞跃,人工合成第一个生命物质也不会是很遥远的事情了”。
人体胰脏部位什么是胰岛素胰岛素是一种由胰腺的胰岛乙细胞分泌的蛋白质类激素,它由A、B两条肽链,共26种51个氨基酸组成,并含有3个二硫键。
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。
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。
人的胰腺每日可产生1~2毫克胰岛素,进食后其分泌量增加。
体内缺少胰岛素会引起代谢障碍,特别是使细胞不能有效地利用葡萄糖,造成血液中葡萄糖含量升高,过多的糖随尿排出;糖尿病即因此得名。
目前全世界有超过2.5亿名糖尿病患者,正是胰岛素给他们带来重生的希望。
胰岛素是机体内唯一降低血糖的激素,也是唯一同时促进糖原、脂肪、蛋白质合成的激素,能促进全身组织对葡萄糖的摄取和利用,并抑制糖原的分解和糖原异生,因此,胰岛素有降低血糖的作用。
牛胰岛素的结构及人工合成牛胰岛素的结构及人工合成1 胰岛素的化学结构胰岛素是一种蛋白质分子,它的化学结构于1955年由英国的科学家桑格测定、阐明:胰岛素分子是一条由21个氨基酸组成的A链和另一条由30个氨基酸组成的B链,通过两对二硫链连结而成的一个双链分子,而且A链本身还有一对二硫键。
它的一级结构如图1所示:以后,科学家们又陆续测定了不同生物来源的胰岛素,发现与桑格首次确定的牛胰岛素的化学结构大体相同。
人胰岛素也是如此,只有:A链的第8位由苏氨酸代替丙氨酸、第10位由异亮氨酸代替缬氨酸;B链的第30位由苏氨酸代替丙氨酸。
2 人工合成胰岛素的研究路线和过程2(1 研究路线的确定 1956年,即在桑格因率先测定了牛胰岛素的化学结构,并由此而获得了诺贝尔奖的第二年,另一位英国著名科学家在国际权威的《自然》杂志评论文章中预言:“人工合成胰岛素还有待于遥远的将来”。
在这种情况下,1958年的上半年,中科院上海生化所的科技人员提出研究“人工合成胰岛素”这一意义重大、难度很高、国际上还没有人开始研究的基础科研项目。
然而,对于一个蛋白质的合成来说,必须拿到了与天然物的生物活性和结构完全相同的纯产物,才能算得上实现了它的全合成。
由于胰岛素分子不但化学结构复杂,而且还具有蛋白质分子的特定构象。
因此,人工合成胰岛素不仅要完成肽链的合成,而且还要求使合成的肽链能够折叠成具有与天然胰岛素同样构象的活性分子。
而当时的胰岛素的“家族”中,牛胰岛素是唯一被测定了化学结构的,于是便作出了人工合成牛胰岛素的审慎抉择。
这一重大基础科研项目一经提出,立即得到国家和上级领导的重视。
在王应睐所长的同意和支持下,决定将已有的由钮经义领导的蛋白质人工合成组、曹天钦领导的蛋白质结构功能组和邹承鲁领导的酶组联合起来,成立一个由曹天钦任组长的“五人领导小组”,采用五路进军的方案,即?抓住天然胰岛素A、B链拆合的关键;?加强多肽的合成力量,发展多肽合成;?组织生产原料氨基酸和多肽合成试剂;?开展有关胰岛素构象的研究,并从胰岛素酶解产物中分离纯化天然肽段,以期用作化学合成或酶促合成更大肽段的原料;?开展肽链的酶促合成和转肽反应的研究,向着牛胰岛素人工合成研究的成功彼岸挺进。
人工合成牛胰岛素
尽管胰岛素是一种只有51个氨基酸的小分子蛋白质,但在上世纪50年代,世界上还没有哪个国家成功地人工合成出蛋白质。
著名学术期刊《自然》杂志预言:“合成胰岛素将是遥远的事情。
”但中国的科学家们不相信,他们有一个必须实现的目标――搞出中国的胰岛素!
没有任何蛋白质合成方面的经验,这是摆在中国科学家面前一道真真正正“从0到1”的考题,然而就是在这种情况下,经过六年九个月的不懈努力,“1”的突破得以实现。
“跳了!跳了!”
1965年9月17日的那个早上,当研究人员将人工合成胰岛素注射到小白鼠身上时,小白鼠跳了起来――这是动物体内胰岛素过量时出现的惊厥反应,证明人工合成的胰岛素具备与天然胰岛素相似的生物活性,人工合成牛胰岛素研制成功。
这一原创性工作,为人类揭开生命奥秘、解决医学难题迈出了重要一步,成为中国攀登世界科技高峰征程上的一座里程碑。
攀登科学高峰探索生命奥秘——人工合成牛胰岛素人工合成动机在人体的生命活动中有4种重要的分子: 糖类、脂类、蛋白质和核酸, 其中蛋白质有着自己独特的结构和功能, 它是组成人体细胞和组织的重要成分。
毫不夸张地说, 蛋白质是生命的物质基础。
如果能够实现蛋白质的人工合成, 这将是中国科学界的一项壮举。
合成具有生物活性蛋白质的难度在当时是显而易见的。
1958年, 人工合成的最长肽段就是促肾上腺皮质激素的一个片段。
因此, 有很多国际上的学术权威认为, 人工合成胰岛素在短时间内是不可能完成的事情。
1955年, 当桑格第一次阐明胰岛素化学结构的时候, 英国《自然》杂志甚至预言: “合成胰岛素将是遥远的事情。
”1958年8月, 中国科学院上海生物化学研究所(简称“生化所”)的科研人员在集体讨论中提出要进行人工合成蛋白质的想法, 这一想法很快得到了当时与会者的一致赞成。
当时正值新中国成立初期, 百废待兴, 科研工作者希望自己的工作能够为祖国作出贡献。
当时生化所的科研人员在讨论时提出了3个方面的研究课题, 一是关于肿瘤研究的; 二是关于放射生物学方面的; 三是基本理论研究课题。
对于第3个方面的问题, 有人主张做结构, 有人主张做蛋白质的合成, 最终蛋白质的合成这一课题得到与会人员广泛支持, 被确定了下来。
1959年, 这一项目也获得了国家重大科学技术项目立项。
确定合成方案在确定了研究的课题内容之后, 生化所就开始进行相关的筹备。
1958年秋, 生化所召开学术会议, 当时北京大学、复旦大学、上海有机化学研究所(简称“有机所”)等单位的工作人员都参加了此次会议。
生化所的曹天钦做了合成胰岛素的选题报告。
20世纪50年代末, 中国只有合成8肽的基础, 国际上也只能合成13肽。
而胰岛素共有两条链, 一条是21肽, 还有一条是30肽, 总共是51肽。
这在当时看来, 技术难度很大。
因此, 当时中国各个科研院所和大学必须通力合作才有可能实现这一实验上的重大突破。
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人工合成牛胰岛素—搜狗百科
结构
早在1948年,英国生物化学家桑格就选择了一种分子量小,但具有蛋白质全部结构特征的牛胰岛素作为实验的典型材料进行研究。
于1952年搞清了牛胰岛素的G链和P链上所有氨基酸的排列次序以及这两个链的结合方式。
次年,他宣布破译出由17种51个氨基酸组成的两条多肽链牛胰岛素的全部结构。
这是人类第一次搞清一种重要蛋白质分子的全部结构。
桑格也因此荣获1958年诺贝尔化学奖。
研究步骤
第一步,先把天然胰岛素拆成两条链,再把它们重新合成为胰岛素,并于1959年突破了这一难题,重新合成的胰岛素是同原来活力相同、形状一样的结晶。
第二步,在合成了胰岛素的两条链后,用人工合成的B链同天然的A链相连接。
这种牛胰岛素的半合成在1964年获得成功。
第三步,把经过考验的半合成的A链与B链相结合。
在1965年9月17日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、结晶形状都和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,为人类认识生命、揭开生命奥秘迈出了可喜的一大步。
这项成果获1982年中国自然科学一等奖。
人工合成结晶牛胰岛素的二硫键-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容可以包括背景信息和研究现状,以及人工合成结晶牛胰岛素的意义和目的。
【概述】胰岛素是一种由胰岛细胞分泌的肽类激素,在调节血糖水平和碳水化合物代谢中起着重要作用。
胰岛素的发现和研究对于人类的健康和疾病治疗具有重要意义。
然而,由于胰岛素在天然源中含量有限且难以提取,人们开始探索人工合成结晶胰岛素的研究。
人工合成结晶牛胰岛素是指通过化学合成的方法,合成出具有与天然胰岛素相似的化学结构和生物活性的胰岛素。
这种人工合成的胰岛素具有优秀的稳定性和纯度,可作为药物在临床治疗中使用。
目前,人工合成结晶牛胰岛素的研究已取得了一定的进展。
其中,二硫键作为胰岛素分子中重要的结构特征之一,对于胰岛素的生物活性和稳定性至关重要。
因此,研究人员将重点关注二硫键在人工合成结晶牛胰岛素中的作用。
本篇文章旨在探究人工合成结晶牛胰岛素的意义和二硫键在其中的作用。
通过对现有研究成果的梳理和总结,进一步探讨人工合成结晶胰岛素的可行性及二硫键在该过程中的关键作用。
同时,也会提出一些可能的研究方向,以为今后的相关研究提供参考和借鉴。
【注意】以上仅为示例,请根据具体情况进行修改完善。
1.2文章结构1.2 文章结构本文将按照如下结构展开对人工合成结晶牛胰岛素的二硫键的研究:第二部分,正文,将探讨人工合成结晶牛胰岛素的意义和二硫键在其中的作用。
具体来说,我们将首先介绍人工合成结晶牛胰岛素的意义,包括其在医学领域的重要性和应用前景。
随后,我们将详细讨论二硫键在人工合成结晶牛胰岛素中的作用,探究其在构建蛋白质的稳定结构中的重要性和具体机制。
第三部分,结论,将总结人工合成结晶牛胰岛素的可行性并探讨二硫键在进一步研究中的潜在方向。
在此部分,我们将回顾整篇文章的内容,归纳人工合成结晶牛胰岛素的可行性和重要性,并提出二硫键相关研究的未来发展方向,以为进一步的科研探索提供借鉴和启示。
龙源期刊网 人工合成牛胰岛素一段被铭记的历史作者:宁远来源:《科学大观园》2019年第20期20世纪50年代,蛋白质是世界生物化学领域研究的热点。
1955年英国科学家F·桑格开辟了人类认识蛋白质分子化学结构的道路,因此获得了1958年诺贝尔化学奖,但要想人工合成是非常困难的事情。
1958年8月,中国科学院上海生物化学研究所的科研人员提出研究“人工合成牛胰岛素”。
1959年,该项目获得了国家重大科学技术项目立项,起初设定的完成期限为20年,然而在那个急需证明中国实力的特殊年代,参与项目的科学家决定把日期缩短为5年。
当时确定采用“大兵团作战”的研究方式,参与研究的人员知道这场战斗将异常艰难,只是当真正投入到研究工作中时才发现,困难远比想象的大得多。
那个时候中国没有任何蛋白质合成方面的经验,除了制造味精之外,甚至没有制造过任何形式的氨基酸,更不用说比氨基酸更加复杂的多肽合成,一切都是从零开始,摸着石头过河。
胰島素配套的17种氨基酸,都需要进口,然而就在项目开始的前一年,中苏关系走向冰点,苏联援华专家被撤走,当年欧美国家正在全力想把新中国扼杀在摇篮里,绝不可能从这些国家进口到合成牛胰岛素所需要的氨基酸。
年轻的科学家们用几个月的时间亲手建起了专门合成氨基酸的厂房,保证研究过程中氨基酸的供应。
因陋就简,在一座老的大楼屋顶上搭起一个棚,科学家们自己戴防毒面具去生产。
尽管克服了重重困难,但是真正进入实际操作研究之后,科学家们才发现,科学研究是非常具体的现实。
1960年1月,在全国第一次生化学术会议上,邹承鲁小组的年轻科学家杜雨苍代表全组发表了天然牛胰岛素拆合研究的研究成果,震惊了参会的所有人,但由于保密需要,这个重大研究成果并没有在国际上发表,也使之与诺贝尔奖擦肩而过。
1961年,美国科学家安芬森完成了即核糖核酸酶的二硫键的拆开和重建连接的工作,因此而获得了1972年诺贝尔化学奖。
初战告捷,证明设定的研究方向是正确的,参与的每个人都振奋异常。
牛胰岛素的结构及人工合成t物学教赣是产前基困诊断.目前,产前诊断获得胎儿的DNA,脐带穿刺术抽取胎儿脐静脉血淋巴细胞.现在一种从一般通过羊膜穿刺获得孕早辨胎儿羊水中的脱落细孕妇血中直接分离胎儿滋养层细胞的方法正日益成胞,或通过绒毛膜绒毛吸取术,从孕妇胡道或腹壁穿刺熟,这种方法对胎儿几乎无任何风险,但该技术操作较吸取绒毛膜中胎儿的滋养层细胞,也可在孕中期通过复杂,推广尚有难度c够牛.聩岛,斛句?人工牛胰岛素的结构反人工合成(安傲省肥酉县官亭中学231261)1脯岛素的化学结构胰岛素是一种蛋白质分子,它的化学结构于1955年由英国的科学家桑格测定,阐明:胰岛素分子是一条由21十氨基酸组成的A链和另一条由30十氨基酸组A链:甘—一缬一菩一&钾8成的B链.通过两对二硫链连结而成的一十双链分子,而且A链本身还有一对二硫键.它的一级结构如图1所示:I嚏jI{f羊—囊一争—由一—卜甘一苎一蔓l一竞一缬一菩一丙一竞—鼙一竞一缬51015圉1牛晴岛童一垃培构以后,科学家们又陆续测定了不同生物来源的胰岛素,发现与桑格首次确定的牛胰岛素的化学结掏大体相同人胰岛素也是如此.只有:A链的第8位由苏氨酸代替丙氨酸,第l0位由异亮氨酸代替缬氨酸;B链的第3O位由苏氨酸代替丙氨酸.2人工合成脯岛素的研究昔线和过程2.1研究路线的确定1956年,即在桑格因率先测定了牛胰岛素的化学结构,并由此而获得了诺贝尔奖的第二年,男一位英国着名科学家在国际权威的(自然)杂志评论文章中预言:人工合成胰岛素还有待于遥远的将来".在这种情况下.1958年的上半年,中科院上海生化所的科技人员提出研究"人工合成胰岛素这一意义重大,难度很高,国际上还没有人开始研究的基础科研项目..然而,对于一个蛋白质的合成来说,必须拿到了与天然物的生物活性和结构完垒相同的纯产物.才能算得上实现了它的全合成.由于胰岛素分子不但化学结构复杂,而且还具有蛋白质分子的特定构象.因此,凡羊一苏_精-辩工合成胰岛素不仅要完成且6=链的台成,而且还要求使合成的肽链能够折叠成具有与天然胰岛索同样构象的活性分子.而当时在胰岛索的"家族中,牛胰岛素是唯一被测定了化学结构的.于是便作出了凡工合成牛胰岛索的审慎抉择.这一重大基础科研项目一经提出,立即得到国家和上级领导的重视.在王应睐所长的同意和支持下,决定将已有的由钮经义领导的蛋白质人工合成组,曹天钦领导的蛋白质结构功能组和邹承鲁领导的酶组联合起来,成立一个由曹天钦任组长的五人领导小组".采用五路进军的方案,即①抓住天然胰岛素A,B链拆合的关键;@加强多肽的合成力量,发展多肽台成;③组织生产原料氯基酸和多肽舍成试剂;④开展有关胰岛素构象的研究,并从胰岛素酶解产物中分离纯化天然肽段,以期用作化学合成或酶促合成更大肽段的原料;@开展肽链的酶促合成和转融反应的研究.向着牛胰岛素人工合成研究的成功彼岸挺进22研究过程的简介按照这个方案(下转第43页)舢【_S●v●●巾.狗裂.r睁麦J跗望目佬纠耀雩生枷学教学2000年(第25卷)第6期YyRr自交后代基因型及比例推算又一法693tr节/杜回(河北省赞皇中学05123f『_f1999年第l0期'生物学教学)的巧写Yr自交后代的基因型及比例"一文.介绍了巧写YyRr自交后代基因型的通式法,分枝法和组合法,以及巧记比例的方法.对教学确有明显效果.笔者在教学中,针对"棋盘法存在的缺点.也进行了实践探索.总结出了"乘法算式法"推导YyRr自交后代9种基因型及比例.高中(生物)课本在讲述基因的自由组合规律时.把两对相对性l状的遗传看作两个一对性状的遗传来研究.基因的传递规律完全遵循基因的分离规律.两个相对性状的遗传实质是等位基因随同源染色体被此分离,非同潭染色体上非等位基因自由组合.表现为不同相对性状之间的自由组合.学生普遍对分离规律理解掌握较好.由Yy—?l'nr:2Yy:lyv和Rr—?lRR:2Rr:lrr学生也都很熟悉.因此,把YyRr自交后代可看成Yy自变与Rr自交结果的随机自由乘法式组合.以Yy自交后代的三种基因型及比饲做被乘散的三项.Rr 自交后代的三种基因型及比饲为乘数的三项.具体列出如下算式:?1YY:2Yy:1.vy×1RR:2Rr:lrr1YYr~2Yyrclyyrc2YYRr4YyRr2yyRr1YYRR2YyRRlyyRR1YYRR:1YYrc:2YYRr:2YyRR:4YyRr:2Yyrr:2.vyRr:1yyRR:lyyrc上述算式运算的方法是乘散三项与被乘散三项,两两相乘,得九项积,每项积由乘散项的基因型与被乘散项的基因型组成VyRr自交后代的一种基因型.基因型前面的系数相乘的积,对应该种基因型的比饲.由此.就写出了YyRr自交后代的9种基因型及比饲.如果使用"乘法算式法进行课堂教学.学生普遍盛到新奇,有趣.因而.讨论热烈,记忆准确.在此基础上.推开此法.可准确快速写出多种多样的两对或两对以上相对性状杂交组合后代的基因型及比例.例如:确定YyRR×YyRr后代的基因型及比例,如果使用传统的表格法,需列出YrRR的2种配子,YyRr的4种配子,以及两性配子结合成的8十组合,再从中找出6 种基因型及比例.邪要花许多时问.如果使用此法就43可很快写出YyRR×YyRr后代的6种基因型及比例方法如下:Yy×—l'n:2Yy:lyyRR园R广+1RR:1RrIYY:2Yy:lyyx1RR:1Rr1YYRR:1YYRr:2YyRR:2YyRr:lyyRR:1YYRr乘数两项依次乘以被乘数三项得6项积,即相应结果. (上接第45页)积极组织人员.使各项研究工作很快顺利展开.首先.在沈昭文的指导下,氨基酸的生产工艺建立起来.胰岛索B链中几个小片段人工合成完成;其后.杜雨苍,张友尚等发现:天然胰岛索A,B链经s一磺酸化后.不仅能分离纯化得到稳定产物,而且容易进行A,B链妁重组.并得到有5~l0%的胰岛索恬性产物.1959年的这一成功.奠定了胰岛亲合成可以栗用化学合成A,B链的路线.至此,胰岛紊的合成研究取得丁初步的进展.在此后的几年里,虽投人了"大兵团作战,但井未取得实质性突破.直到1963年,邹承鲁领导研究的天然胰岛索A,B链重组生成胰岛素的产率由原来的5~l0%提高到50%左右;1964年.钮经义,龚岳亭领导的多肽合成组人工合成B链,并与天然A链重组构建胰岛素获得成功;1965年.中科院有机所和北京大学化学系合作,由汪猷和邢其毅锈导的联合研究小组完成了胰岛素A链的化学合成.上海生化所化学合成的胰岛素B链进行重组取得成功,井纯化得到了具有与天然胰岛素完全相同的比活性和抗原性的人工合成牛胰岛素结晶.且其结晶形状和酶切图谱也与天然物相同.人工合成胰岛素的成功.宣告了我国科学工作者历经八年的科研攻关,夺得了这项科学竞赛的"世界冠军.23研完成果的植露随后.由曹天钦主持起草论文,将这一重要科学研究成果首先以简报形式发表在1965年i1月的(中国科学)杂志上,井于1966年4月全文发表.3人工合成脯岛素的科学意义.人工合成胰岛素是科学上的一次重大飞跃.它标志着人工台咸蛋白质时代的开始;是生命科学发展史上一个新的重要里程碑,在揭示生命奥秘的伟大历程中迈进了可喜的一大步.同时.它也是我国自然科学基础研究的重大成就,是迄今为止我国唯一获得诺贝奖提名的成果.。
人工合成牛胰岛素——为千万人重新打开生命之门工程总投资:—工程期限:1958年——1965年高倍显微镜下的胰脏橫切面〈中间颜色较淡的部位是胰岛〉,那种岛状细胞团分泌的就是胰岛素1965年9月17日,中国首次人工合成了结晶牛胰岛素,这是人类有史以来第一次人工合成有生命的蛋白质。
实验的成功使中国成为世界第一个合成蛋白质的国家。
蛋白质是生命的物质基础,没有蛋白质就没有生命。
而过去世界普遍认为生命体是天然的,大都认为人工合成是不可能的,中国人首次让它变为可能。
人工牛胰岛素的合成,标着着人类在认识生命、探索生命奥秘的征途中,迈出了关键性的一步,其意义与影响是巨大的。
它标志着人工合成蛋白质时代的开始,是生命科学发展史上一个重要里程碑,同时,它也是中国自然科学基础研究的重大成就。
在人类认识生命现象的历史上,这个成果是继从无机物中取得了第一种有机物尿素之后而出现的第二次飞跃,“往再高一级飞跃,人工合成第一个生命物质也不会是很遥远的事情了”。
人体胰脏部位什么是胰岛素胰岛素是一种由胰腺的胰岛乙细胞分泌的蛋白质类激素,它由A、B两条肽链,共26种51个氨基酸组成,并含有3个二硫键。
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。
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。
人的胰腺每日可产生1~2毫克胰岛素,进食后其分泌量增加。
体内缺少胰岛素会引起代谢障碍,特别是使细胞不能有效地利用葡萄糖,造成血液中葡萄糖含量升高,过多的糖随尿排出;糖尿病即因此得名。
目前全世界有超过2.5亿名糖尿病患者,正是胰岛素给他们带来重生的希望。
胰岛素是机体内唯一降低血糖的激素,也是唯一同时促进糖原、脂肪、蛋白质合成的激素,能促进全身组织对葡萄糖的摄取和利用,并抑制糖原的分解和糖原异生,因此,胰岛素有降低血糖的作用。
胰岛素分泌过多时,血糖下降迅速,脑组织受影响最大,可出现惊厥、昏迷,甚至引起胰岛素休克。
相反,胰岛素分泌不足或胰岛素受体缺乏常导致血糖升高;若超过肾糖阈,则糖从尿中排出,引起糖尿;同时由于血液成份中改变(含有过量的葡萄糖), 亦导致高血压、冠心病和视网膜血管病等病变。
胰岛素还能促进脂肪的合成与贮存,使血中游离脂肪酸减少,同时抑制脂肪的分解氧化。
胰岛素缺乏可造成脂肪代谢紊乱,脂肪贮存减少,分解加强,血脂升高,久之可引起动脉硬化,进而导致心脑血管的严重疾患;与此同时,由于脂肪分解加强,生成大量酮体,出现酮症酸中毒。
时至今日,可以毫不夸张地说,胰岛素拥有最多的“蛋白质之最:”最早用来治病的蛋白质最早测定出序列的蛋白质最早人工合成出来的蛋白质最早用基因工程方法生产的蛋白质药物使用得最多的蛋白质药物使用的突变体最多的蛋白质药物剂型最多的蛋白质药物得诺贝尔奖最多的蛋白质加拿大多伦多大学所记述的胰岛素发现过程胰岛素是怎么发现的?说糖尿病就不能不说说胰岛素。
因为胰岛素的发现不仅是糖尿病历史上,也是整个医学史的里程碑。
自1889年德国的敏柯斯基 (Oskar Minkowski) 发现胰脏和糖尿病的关联之后,就不断有人尝试分离胰脏的神秘内分泌物质,也陆续有报导指出胰脏的萃取物具有降血糖的作用;但不是效果不够好,就是副作用大,都没有得到同行的认可。
1920年以前,随着胰腺解剖生理的发展,一些从事糖尿病工作的人意识到,胰腺在糖尿病发病中可能发挥了很重要的作用。
英国医生班廷 (Frederick Banting, 1891-1941) 就是一位,1920年班廷大夫移民到了加拿大,和多伦多大学的麦克劳德教授 (John Macleod, 1876-1935) 一商量,麦教授觉得这位有热情有理想,就说:你放手干吧,要钱给钱,要地方给地方,再给你配备一位最好的学生帮助你,他就叫贝斯特 (Charles Best, 1899-1978) 。
1921年夏天,两位就开始工作了。
一开始的实验设计是,班廷大夫觉得胰腺很重要,那咱们就把狗的胰腺切掉,看看怎么样。
经过多次练习,手术水平大幅度提高,这些被切除了胰腺的狗活过了手术这一关,可几天之后还是死了,一测狗的血糖发现,这些狗都快成蜜制的了,血糖高的冲破了房顶。
麦教授听到了这个重大进展,很受鼓舞,杀了这么多狗,值了,胰腺肯定和糖尿病有关系。
几个人一开会讨论,一致认为,下一步应该把摘下来的胰腺再放回去,看看糖尿病能不能缓解。
整个胰腺放回去手术难度太大,不行就把胰腺弄碎了,把胰腺里的水打回去?不知道谁出的这个主意,行!接着试。
麦教授安排Collip 来做这个工作,从胰腺匀浆里分离有效成份。
经过很多次的试验,克服天气炎热又没有空调的困难,有一天胰腺提取液成功地降低了糖尿病狗的血糖,他们管这个提取液叫胰岛素(Insulin)。
班廷医生(右)和助手贝斯特,以及不幸的小狗那个时候,孩子们如果得了糖尿病,现在叫1型糖尿病,治疗办法就是饿着,学名叫严格的饮食控制,一般1年半年的,孩子就瘦成皮包骨头,只有等死一条路了。
1922年,在多伦多大学医院里一位叫Thompson的孩子在等待死亡,班大夫决定死马当活马医,用他们自制的狗胰岛素试试,其效果只有用“神奇”来形容,本来快死的孩子,打胰岛素时间不长就可以满院子乱跑了。
作为首批注射这种胰岛素的病人,一个当时得糖尿病的孩子一直活到了1993年,这是另一个神奇。
这个鼓舞人心的消息一传开,世界各地的糖尿病孩子来到多伦多寻找最后的希望,班大夫成了名人。
可问题出现了,一开始,善良的多伦多人民能容忍街上的野狗逐渐减少,最后完全消失了,可当他们发现连自己养的狗都一条一条的神秘失踪后,人们就不干了,经过多次上访,意见反映到了英国国王哪儿。
国王下令,糖尿病要治,狗也要养,英国开始帮助班大夫他们提取胰岛素。
会做生意的美国人听说了,当时的礼来(Lilly)公司试着从来源更充分的猪胰腺里提取胰岛素,这一项业务就缔造了现在的世界级的大药厂。
当时还有一位丹麦人,在回丹麦的船上听说了这件事,回丹麦后组建了一家生产胰岛素的公司,就是现在著名的诺和诺德公司。
2年以后,他们得了诺贝尔医学奖,又几年以后,国王给班大夫的名字前面加了个Sir。
以后美国糖尿病协会成立,以班大夫的名字命名了一项糖尿病界的诺贝尔奖——班廷(Banting)奖。
胰岛素发现迄今虽然已有八十年的历史,但胰岛素可算是最难了解的激素之一,其作用之多样,机制之复杂,至今仍未全盘解开。
当年班廷等人分离的胰岛素只是粗制品,真正的纯化及结构决定,要到1955年才由英国的弗雷德里克·桑格 (Frederick Sanger. 1918- ) 所完成;1955年,英国的弗雷德里克·桑格用生物降解和标记方法确定了第一个活性蛋白质——牛胰岛素分子的氨基酸连接顺序(一级结构)。
桑格也因此获颁1958年的诺贝尔化学奖。
中国首次合成人工牛胰岛素20世纪五十年代,蛋白质是世界生物化学领域研究的热点。
1956年,即在桑格因率先测定了牛胰岛素的化学结构,并由此而获得了诺贝尔奖的第二年,另一位英国著名科学家在国际权威的《自然》杂志评论文章中预言:“人工合成胰岛素还有待于遥远的将来”。
在这种情况下,1958年8月刚刚成立的中国科学院上海生物化学研究所的科技人员提出研究“人工合成胰岛素”这一意义重大、难度很高、国际上还没有人开始研究的基础科研项目,并将完成期限定为20年。
20年太久,要求进步的青年科学家决定把日期缩短为5年,而且因为当时确定了化学结构的一级蛋白质合成物研究只有胰岛素,于是1958年12月人工合成胰岛素课题确定,代号“601”(1960年第一项重点研究项目)。
实验的过程包括:第一步,先把天然胰岛素拆成两条链,再把它们重新合成为胰岛素,重新合成的胰岛素要求是同原来活力相同、形状一样的结晶。
第二步,在合成了胰岛素的两条链后,用人工合成的B链同天然的A链相连接。
第三步,把经过考验的半合成的A链与B链相结合。
从1958年开始,中国科学院上海生物化学研究所、中国科学院上海有机化学研究所和北京大学生物系三个单位联合,以钮经义为首,由龚岳亭、邹承鲁、杜雨花、季爱雪、邢其毅、汪猷、徐杰诚等人共同组成一个协作组,在前人对胰岛素结构和肽链合成方法研究的基础上,开始探索用化学方法合成胰岛素。
但1年下来 ,除了邹承鲁负责的天然胰岛素拆、合小组和由钮经义负责的胰岛素肽链有机合成小组小有收获外,其他研究项目都没有特别的成果。
1959年,受政治运动影响,研究进入“大兵团作战”时代,300多名“连氨基酸符号还不认识”的北大化学和生物学生成为这项研究的主力军,他们认为合成蛋白质多肽是件非常简单的事:“把两段多肽倒到一起 ,就叫合成了一个新的多肽。
”北大的学生们神奇地用“两个星期就完成了4、7、5、5四个肽段”,并在1960年“4 月22日合成了A链”,而不甘落后的复旦大学也宣布他们研究出了有活力的人工胰岛素。
当然这些凭借一腔热血想出来的发明在进入应用阶段全部宣告失败。
这是研究人员将人工合成的胰岛素注入小白鼠体内,测验它的生物活力。
小白鼠因体内胰岛素增多而发生了惊厥反应,证明这种人工合成的产物就是具有生物活力的人工合成胰岛素。
当冷静下来的中科院再次于1963年开始人工合成胰岛素研究时,研究人员精减到20人。
而胰岛素合成技术唯一可以依靠的现成技术,就是1955年英国科学家桑格完成的胰岛素全部测序工作和1953年美国生物学家杜维尼奥合成的第一个八肽催产素。
而我国之前除了味精之外,甚至没有制造过任何氨基酸,更何况多肽合成。
要弄清楚胰岛素合成,就必须先解决胰岛素的结构,摸索胰岛素分子先经过还原、分离纯化之后的A链和B链是否能通过氧化重新组合形成天然的胰岛素分子。
而此前世界上其他国家同样的试验都失败了,科学家普遍认为氧化部分还原的胰岛素,会造成胰岛素分子活力降低。
直到1963年,邹承鲁领导研究的天然胰岛素A、B链重组生成胰岛素的产率,由原来的5~10%提高到50%左右;1964年,钮经义、龚岳亭领导的多肽合成组人工合成B链。
并与天然A链重组构建胰岛素获得成功;1965年,中科院有机所和北京大学化学系合作,由汪猷和邢其毅领导的联合研究小组完成了胰岛素A链的化学合成,上海生化所化学合成的胰岛素B链进行重组取得成功,并纯化得到了具有与天然胰岛素完全相同的比活性和抗原性的人工合成牛胰岛素结晶,且其结晶形状和酶切图谱也与天然物相同。
人工合成胰岛素的成功,宣告了中国科学工作者历经八年的科研攻关,夺得了这项科学竞赛的“世界冠军”。
随后,由曹天钦主持起草论文,将这一重要科学研究成果首先以简报形式发表在1965年11月的《中国科学》杂志上,并于1966年4月全文发表。