胰島素的合成、分泌和作用機(jī)制

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1、胰島素的合成、分泌和作用機(jī)制????胰島素是由胰島B細(xì)胞所分泌的，具有重要代謝調(diào)節(jié)作用的肽類激素。旱在19世紀(jì)末期,vonMering和Minkowski即指出，胰腺在抗糖尿病的作用中起重要作用。1909年和1917年，deMayer和SirEdwardSharpey—Schaffer分別命名這種胰島內(nèi)調(diào)節(jié)血糖水平的激素為“胰島素”。直到20世紀(jì)20年代初期，加拿大人Banting、Best和Collip才真正分離出牛胰島素，并稍后作為特效藥應(yīng)用于糖尿病患者。隨后，結(jié)晶胰島素的獲得，氨基酸順序的闡明，具生物活性的胰島素的合成，胰島素檢測(cè)方法的建立，對(duì)胰

2、島素生物合成途徑及分泌機(jī)制的認(rèn)識(shí)，胰島素受體的發(fā)現(xiàn)，均成為人類對(duì)胰島素本身及相關(guān)疾病認(rèn)識(shí)的里程碑。隨著醫(yī)學(xué)及相關(guān)科學(xué)的發(fā)展，特別是近年來(lái)分子生物學(xué)方法的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)這個(gè)領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)突飛猛進(jìn)，也推動(dòng)了糖尿病學(xué)的迅速發(fā)展。一、胰島素的提取、純化及結(jié)構(gòu)特征???1．胰島素的提取、純化和檢測(cè)早期，胰島素是以乙醇或酸性乙醇溶液來(lái)抽提的，以這種方法抽提可使胰島素從組織中溶解出來(lái)，并滅活蛋白酶。這種方法仍為現(xiàn)代提取方法的基礎(chǔ)。在有機(jī)溶劑提取脂肪后．含胰島素的酸性乙醇的抽提物可經(jīng)鹽析及等電點(diǎn)沉淀等分離，進(jìn)一步作凝膠過(guò)濾，離子交換，高效液相色譜等純化。以前曾一度認(rèn)為以

3、鋅結(jié)晶方法可有助于胰島素的純化，現(xiàn)認(rèn)為反復(fù)結(jié)晶仍不能去除胰島中的其他成分，如胰升糖素、胰島素原、胰島素樣類似物及部分降解的胰島素片段，而且部分動(dòng)物的胰島素不能與鋅結(jié)合或產(chǎn)生結(jié)晶?；蛑亟M胰島素的生物合成技術(shù)可得到不含其他激素的較純凈的胰島素，但仍常含有其他來(lái)自宿主細(xì)菌或真菌的蛋白質(zhì)污染，經(jīng)凝膠過(guò)濾和離子親和層析后，可得到純度高于99％的胰島素。這種胰島素對(duì)人的抗原性遠(yuǎn)小于來(lái)自動(dòng)物的結(jié)晶胰島素，不易產(chǎn)生抗體，更有利于糖尿病病情的控制。???血清胰島素測(cè)定可用放射免疫法等，但在精確度和敏感性方面仍有一定的局限性。用聚丙烯酰胺凝膠電泳和高效液相色譜可鑒定胰島

4、素的量及純度，并區(qū)分開胰島素和胰島素原。各種免疫或生化的方法只能測(cè)定出樣品的胰島素的免疫純度及含量，即使較純的胰島素仍需進(jìn)行生物活性的評(píng)價(jià)，可在體外用培養(yǎng)的脂肪細(xì)胞、肝細(xì)胞來(lái)測(cè)定其在葡萄糖氧化，脂肪合成，葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)及蛋白質(zhì)合成等作用，亦可以用某些細(xì)胞膜抽提液來(lái)測(cè)定其與受體的結(jié)合及生物效應(yīng)。另一些實(shí)驗(yàn)室用體內(nèi)降血糖試驗(yàn)來(lái)評(píng)估胰島素的效價(jià)。???2．胰島素結(jié)構(gòu)自1955年Sanger等首先闡明了完整的牛胰島素一級(jí)結(jié)構(gòu)以來(lái)，已經(jīng)鑒定了70余種脊椎類動(dòng)物的胰島素結(jié)構(gòu)。他們與一些非脊椎類動(dòng)物的胰島素相關(guān)肽，如蝸牛的生長(zhǎng)刺激素，蠶的胰島素樣腦肽等有著一定的同源性，

5、均為胰島素基因超家族的成員。脊椎類動(dòng)物的胰島素有著共同的結(jié)構(gòu)特征：包括鏈內(nèi)和鏈間二硫鍵的位置，A鏈的C端和N端氨基酸殘基，以及B鏈C端的親水基團(tuán)。這些結(jié)構(gòu)對(duì)保持胰島素的二級(jí)結(jié)構(gòu)和三級(jí)結(jié)構(gòu)，維持其與受體結(jié)合必須的空間構(gòu)像非常重要。去除或替換這些保守區(qū)域的氨基酸殘基將嚴(yán)重影響胰島素的生物學(xué)活性，如去除A鏈21位羧基端的門冬酰胺，可使其生物活性幾乎全部喪失；若以精氨酸替代可使活性喪失近一半。???非保守區(qū)域的氨基酸殘基對(duì)生物活性的影響并無(wú)重要作用，因此一種動(dòng)物的胰島素，可在另一種動(dòng)物體內(nèi)引起生物效應(yīng)，如豬胰島素被利用來(lái)作糖尿病患者的治療。但這些位置的氨基酸往

6、往可對(duì)其免疫原性產(chǎn)生影響。脊椎動(dòng)物胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)均由A、B兩條鏈構(gòu)成，兩鏈間由2個(gè)二硫鍵(-s-s-)相連，A鏈還有1個(gè)鏈內(nèi)二硫鍵。人胰島素的A鏈由21個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成，B鏈由30個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成。盡管一些非保守區(qū)域的氨基酸殘基，在不同的種屬相差較大，如人和八目鰻的胰島素的氨基酸殘基有40％不同，但X線晶體衍射和磁共振研究均提示脊椎動(dòng)物的胰島素晶體的立體構(gòu)型非常相似，提示胰島素分子內(nèi)的保守區(qū)域，在維持其結(jié)構(gòu)特征方面起著重要的作用。鋅結(jié)晶胰島素的立體結(jié)構(gòu)是由3個(gè)胰島素二聚體圍繞2個(gè)鋅原子構(gòu)成的軸聚合而成，位于B鏈第10位的組氨酸殘基的咪唑環(huán)與鋅原子方向

7、一致，依靠B鏈C端的第24位和26位的氨基酸殘基之問(wèn)的氫鏈，形成六聚體，最終形成反向平行的片狀結(jié)構(gòu)。???早期的研究認(rèn)為：B鏈C端的剛性結(jié)構(gòu)與胰島素和受體的結(jié)合有重要作用。但將胰島素B鏈29位賴氨酸與A鏈位的甘氨酸連接起來(lái)．其結(jié)晶的空間構(gòu)像與正常胰島素相仿，但無(wú)生物學(xué)活性。兩者的區(qū)別在于B鏈的C端構(gòu)像不易改變。最近磁共振的研究也提不B鏈C端的構(gòu)像改變對(duì)胰島素與受體的結(jié)合有重要影響。二、胰島素的生物合成與分泌???1.前胰島素原、胰島素原及C肽前已述胰島素是由兩條以二硫鍵相連的A、B肽鏈所構(gòu)成?人的胰島素分子由51個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成，其前體為86個(gè)氨基酸構(gòu)

8、成的單條肽鏈，其中，除含A、B鏈外還含有兩者之間的連接肽，稱為C肽(connectingpep