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胰岛素及其作用的初步研究

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胰岛素及其作用的初步研究. 生物工程 05-1 班 莫琦璟 隗嘉奇. 胰岛素,分子量: 5807.69 ,白色或类白色的结晶粉末,结晶熔点: 233℃ (分解),比旋度 -64°±8°(C=2,0.003mol/L NaOH) ,在水、乙醇、氯仿或乙醚中几乎不溶;在矿酸或氢氧化碱溶液中易溶。.

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胰岛素及其作用的初步研究

生物工程

05-1班

莫琦璟 隗嘉奇

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胰岛素,分子量:5807.69,白色或类白色的结晶粉末,结晶熔点:233℃(分解),比旋度-64°±8°(C=2,0.003mol/L NaOH) ,在水、乙醇、氯仿或乙醚中几乎不溶;在矿酸或氢氧化碱溶液中易溶。

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它是由胰腺的胰岛B细胞受内源性或外源性物质如葡萄糖、乳糖、核糖、精氨酸、胰高血糖素等的激动而分泌的一种蛋白质激素。它是由84个氨基酸的长链多肽—胰岛素原(Proinsulin),经专一酶的作用,切去31、32、60三个精氨酸连接的链,断链生成胰岛素,同时生成没有作用的C链。它是由胰腺的胰岛B细胞受内源性或外源性物质如葡萄糖、乳糖、核糖、精氨酸、胰高血糖素等的激动而分泌的一种蛋白质激素。它是由84个氨基酸的长链多肽—胰岛素原(Proinsulin),经专一酶的作用,切去31、32、60三个精氨酸连接的链,断链生成胰岛素,同时生成没有作用的C链。

胰岛素由A、B两个肽键组成,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。

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胰岛素有十分广泛的调节细胞代谢的生物功能。主要作用部位在肌肉、肝脏和脂肪等组织。胰岛素能增加细胞膜的通透性,促进葡萄糖的氧化和储存,刺激蛋白质、脂肪以及核酸的合成。它还能促进细胞生长和分化。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。胰岛素有十分广泛的调节细胞代谢的生物功能。主要作用部位在肌肉、肝脏和脂肪等组织。胰岛素能增加细胞膜的通透性,促进葡萄糖的氧化和储存,刺激蛋白质、脂肪以及核酸的合成。它还能促进细胞生长和分化。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。

胰岛素于1921年由加拿大人F.G.班廷和C.H.贝斯特首先发现。1922年开始用于临床,使过去不治的糖尿病患者得到挽救。80年代初已成功地运用遗传工程技术由微生物大量生产人的胰岛素 ,并已用于临床。1955年英国F.桑格小组测定了牛胰岛素的全部氨基酸序列,开辟了人类认识蛋白质分子化学结构的道路。1965年中国科学家人工合成了具有全部生物活力的结晶牛胰岛素,它是第一个在实验室中用人工方法合成的蛋白质。70年代初期,英国和中国的科学家又成功地用X射线衍射方法测定了猪胰岛素的立体结构 。这些工作为深入研究胰岛素分子结构与功能关系奠定了基础。人们用化学全合成和半合成方法制备类似物,研究其结构改变对生物功能的影响;进行不同种属胰岛素的比较研究;研究异常胰岛素分子病,即由于胰岛素基因的突变使胰岛素分子中个别氨基酸改变而产生的一种分子病。这些研究对于阐明某些糖尿病的病因也具有重要的实际意义。

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胰岛素作用的原初反应是与细胞膜上胰岛素的受体相结合,然后触发一系列反应而最终产生胰岛素的各种生物效应。胰岛素受体是一种糖蛋白 ,由以二硫键相连的分别含719个和620个氨基酸残基的二种亚基组成 。胰岛素与其受体相互作用的进一步阐明,将有助于了解胰岛素的作用原理,并为糖尿病的诊断与治疗提供更多的理论依据。

胰岛素其调节血糖的机理大致如下:

(1)加速葡萄糖的利用。

①促进葡萄糖的酵解作用。胰岛素能促进葡萄糖通过细胞膜而进行糖酵解,在氧供应充沛的条件下,再经三羧酸循环氧化为二氧化碳和水,释放能量。

②促进葡萄糖转变为糖原贮积于肌肉及肝脏,加速糖原的生成作用。葡萄糖在聚合成为糖原前,首先须经葡萄糖激酶催化为葡萄糖-6-磷酸再由葡萄糖-1-磷酸,经尿嘧啶核甙二磷酸葡萄在糖原合成酶催化下,合成为糖原。在此代谢过程中,胰岛素能增强上述二种酶的活性而加速糖原的合成。③促进葡萄糖转变为脂肪,贮藏于脂肪库。

(2)抑制葡萄糖的合成。

①抑制肝糖原分解转化为葡萄糖。在肝脏中,磷酸化酶可受胰高血糖素、肾上腺素(β-受体)及受交感神经刺激腺甙环化酶催化三磷酸腺甙形成较多的环磷腺甙而激活,促进糖原分解为葡萄糖-1-磷酸。胰岛素能拮抗胰高血糖素及肾上腺素的作用,使三磷酸腺甙转化为环磷腺甙的作用减弱,从而抑制肝糖原分解。

②抑制糖原的异生。胰岛素还通过抑制环磷腺甙的生成,拮抗胰高血糖素及糖皮质激素的糖原异生作用,主要是抑制丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶、果糖1∶6二磷酸酶和葡萄糖-6-磷酸酶,从而抑制甘油、乳酸及各种成糖氨基酸转化为糖原

以上两种作用均可使血糖降低,但以第一种是积极而主要的因素。

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某些化学物质对于胰岛素的降血糖作用还有促进作用:某些化学物质对于胰岛素的降血糖作用还有促进作用:

三价铬是葡萄糖耐量因子的组成部分,对调节糖代谢,维持体内正常的耐量起重要作用,三价铬还作用于葡萄糖代谢中的磷酸变位酶,人吃进的淀粉可分解为葡萄糖,在胰岛素和三价铬的共同作用下完成糖代谢。三价铬还能影响机体的脂质代谢,降低血中胆固醇和甘油三酯的含量。起到防止动脉硬化,高血压的作用。三价铬还是核酸类(DNA和RNA)的稳定剂,可防止细胞内某些基因物质的突变,从而起到预防癌症的作用。(补充三价铬时应注意无机铬的吸收率很低,有机物生成的自然复合物中的三价铬较易被吸收).

纤维素是多糖化合物,食物纤维包括粗纤维,半粗纤维和木质素。高纤维饮食可通过胃排空延缓,肠转运时间改变,可溶性纤维在肠内形成凝胶等作用而使糖的吸收减慢。亦可通过减少肠激素如抑胃肽或胰升糖素分泌,减少对胰岛B细胞的刺激,减少胰岛素释放与增高周围胰岛素受体敏感性,使葡萄糖代谢加强。近年研究证明高纤维饮食使I型糖尿病患者单核细胞上胰岛素受体结合增加,从而节省胰岛素的需要量。由此可见,糖尿病患者进食高纤维素饮食,不仅可改善高血糖,减少胰岛素和口服降糖药物的应用剂量,并且有利于减肥,还可防治便秘。鼓励食用含高纤维的缓慢性碳水化合物——即摄食后血糖升高缓慢且不明显,也称“低反应型”碳水化合物,特别对改善餐后高血糖有特殊益处。