胰岛素的蛋白质结构
胰岛素结构和性质
。这些研究成果为深入研究胰岛素分子结构与功能的关系奠定了基础。
胰岛素的一级结构与其生物活性有密切关系。如用胰蛋白酶水解胰岛素,去除B链C端的8肽,生物活性只剩1%。B23甘氨酸、B24苯丙氨酸等均为维持胰岛素生物活性所必需。二硫键被还原使胰岛素分解为A链和B链后,胰岛素的生物活性完全丧失。3胰岛素的生物合成
;而作为对照实验,没有被注射有活性提取液而切除胰脏的狗,则因糖尿病几天后就死去了。Banting开始把提取的活性物质命名为isletin。Macleod度假回来得知Banting的研究取得了令人兴奋的结果后,立即将他实验室的主要研究方向转向Banting开创的课题,并将胰岛素isletin更名为insulin。Banting与Best于1922年发表了他们的研究结果,并将初步纯化的动物胰岛素成功地应用于糖尿病人。1923年,由于该项研究成果,Banting与Macleod获医学和生理学诺贝尔奖。胰岛素的发现被认为是糖尿病史上的里程碑事件。为了纪念Banting的贡献,美国糖尿病协会把每年全美糖尿病研究的最高奖项命名为Banting奖。胰岛素的发现激发了各个领域科学家的兴趣,促进了关于胰岛素的生物合成、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究,在蛋白质的结构与功能的研究中取得前面提到的多个第一的重大成就。
我国科学家历经6年多时间,于1965年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、结晶形状都与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[9]
。
1969年,英国科学家Hodgkin用X射线晶体学分析揭示了分辨率为1.9的猪胰岛素的
三维结构[10]。胰岛素分子晶体由6个胰岛素分子和2个Zn2+
胰岛素
胰岛素科技名词定义中文名称：胰岛素英文名称：insulin定义：胰腺朗格汉斯小岛所分泌的蛋白质激素。
由A、B链组成，共含51个氨基酸残基。
能增强细胞对葡萄糖的摄取利用，对蛋白质及脂质代谢有促进合成的作用。
应用学科：生物化学与分子生物学（一级学科）；激素与维生素（二级学科）以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布胰岛素是由胰岛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。
胰岛素是机体内唯一降低血糖的激素，同时促进糖原、脂肪、蛋白质合成。
外源性胰岛素主要用来糖尿病治疗，糖尿病患者早期使用胰岛素和超强抗氧化剂如（注射用硫辛酸、口服虾青素等）有望出现较长时间的蜜月期，胰岛素注射不会有成瘾和依赖性。
目录简介显微镜下的胰岛 beta 细胞〖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〖英文缩写〗INS.发现过程胰岛素于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。
中国科学院肾病检测研究所主治直至80年代初，用于临床的胰岛素几乎都是从猪、牛胰脏中提取的。
不同动物的胰岛素组成均有所差异，猪的与人的胰岛素结构最为相似，只有B链羧基端的一个氨基酸不同。
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9月17日，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。
【高中生物】“胰岛素”知识梳理
【高中生物】“胰岛素”知识梳理一、知识体系二、知识解析（一）胰岛素的结构：胰岛素是由51个氨基酸组成的蛋白质，含有2条肽链，氨基酸的连接方式是脱水缩合，这其间要失去49分子的水，形成49个肽键；胰岛素分子中至少含有2个－COOH和2个－NH2；若一个氨基酸的平均分子量是128，那么胰岛素的分子量大约是5646。
（二）胰岛素的合成及分泌：1．胰岛素是分泌蛋白，其合成是在胰岛B细胞中的核糖体上进行的，与其合成及分泌相关的细胞器有核糖体、内质网、高尔基体、线粒体（注意掌握各细胞器所起的作用）；其合成及分泌的途径是：核糖体→内质网→高尔基体→细胞膜→胞外；该物质出入细胞的方式为外排作用。
2．控制胰岛素合成的基因是真核细胞基因，其结构包括编码区和非编码区，非编码区对编码区的表达起调控作用，编码区包括内含子和外显子。
3．基因控制胰岛素的合成包括转录和翻译过程。
在控制胰岛素合成的基因中，至少含有306个脱氧核苷酸；该过程中约需要51个tRNA，mRNA中大约有153个核糖核苷酸、51个密码子。
4．人体内合成胰岛素所需要的原料－氨基酸的来源途径有：肠道吸收、自身蛋白质的分解、氨基转换作用（其它物质的转变）等。
（三）胰岛素的作用及异常：1．胰岛素的生理作用是：调节糖类代谢，降低血糖含量，促进血糖合成为糖元，抑制非糖物质转化为葡萄糖，从而使血糖含量降低。
在血糖平衡调节中，胰岛素的分泌会抑制胰高血糖素的分泌，这两种激素间的关系表现为拮抗作用；当人饥饿时，胰岛素的分泌量会减少。
2．如果一个人持续性高血糖和糖尿，可能的原因是肾功能发生障碍或患糖尿病。
如果是前者，原因是由于肾小管不能有效地将葡萄糖重吸收回血液，他的尿中就会出现葡萄糖，该吸收方式为主动运输；如果是后者，其病因是胰岛B细胞受损，导致胰岛素分泌量过少，从而促进肝糖元的分解，促进非糖物质的转化，使葡萄糖进入组织细胞和在细胞内氧化利用发生障碍，从而导致血糖含量高于160～180mg／dL。
胰岛素结构和性质
。研究工作在1921年暑假中进行,他们克服了许多困难和经历了多次失败后,结扎了几只狗的胰导管,7周后,这些狗的胰腺都萎缩了,并失去了消化器官的功能,而
胰岛从外观上看仍然是完好的。他们从狗的萎缩胰脏中抽提出具有活性的提取液,然后给切除胰脏并患有糖尿病的狗注射有活性的提取液,经过反复调节注射液的剂量,使几只切除胰脏并患有糖尿病的狗得以生存数周,其中一只患有严重糖尿病的狗居然存活了70天[3]
合成胰岛素之后我国蛋白质科学研究的又一重要成果[11]
。这些研究成果为深入研究胰岛素分子结构与功能的关系奠定了基础。
胰岛素的一级结构与其生物活性有密切关系。如用胰蛋白酶水解胰岛素,去除B链C端的8肽,生物活性只剩1%。B23甘氨酸、B24苯丙氨酸等均为维持胰岛素生物活性所必需。二硫键被还原使胰岛素分解为A链和B链后,胰岛素的生物活性完全丧失。3胰岛素的生物合成
2胰岛素的一级结构与高级结构
自从胰腺中提取的胰岛素得到结晶后,英国科学家Sanger从1945年起,历经10年的研究,先将牛胰岛素拆分成两条链,然后用酸和蛋白水解酶分别进行部分水解得到一些小的肽片
段,再用2,4二硝基苯(Sanger!s试剂,DNP法)分别测定了两条链的氨基酸顺序[56]
,于1955
年报道了胰岛素的一级结构[7]。1958年,Sanger因为该项成果获诺贝尔化学奖[8]
。继牛胰岛素的结构测定后,Sanger等人又测定了猪、羊胰岛素的一级结构。现在,各种常见动物的胰岛素的一级结构均已阐明。
图3是猪胰岛素分子的一级结构示意图。圆圈中的字母代表不同氨基酸残基的缩写符号。由其一级结构可知,猪胰岛素相对分子质量为5734,等电点为5.35。A、B两条肽链共由51个氨基酸残基组成。A链含有11种21个氨基酸残基,N端为Gly,C端为Asn,A链本身的6位和11位上的两个Cys通过二硫键相连成环;B链含16种共30个氨基酸残基,其N端为Phe,C端为Ala。A链和B链又通过2个二硫键互相连接成胰岛素分子。
胰岛素结构和性质(最新整理)
素的主要靶器官为肝脏、肌肉及脂肪组织,它控制着三大营养物质∀∀∀糖、蛋白质、脂肪的代谢和贮存。最明显的作用是影响 糖的代谢,降低血糖[16] ,即促进肝脏及肌肉组织中葡萄糖的利用,激活糖原合成酶和丙酮酸脱氢酶等的活性,促进糖原的合成并抑制糖原的分解。此外,对 肝脏来说还有抑制蛋白质分解的作用;在肌肉组织中促进 K+ 从细胞外向细胞内的转运;在脂肪组织中促进氨基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。这些在细胞 水平上对代谢系统的作用是基于胰岛素与其受体的结合得以实现的[15] 。总之,胰岛素之所以能降低血糖,是因为它促进了靶细胞对葡萄糖的摄取(增加膜对葡萄糖的通透性)、贮存(合成肝糖原和肌糖原) 和利用(用于合成脂肪和蛋白等)。当胰岛受到破坏、胰岛素分泌减少或机体组织对胰岛素的敏感性降低(胰岛素的受体失效)时,则 血糖升高,尿中出现葡萄糖,发生糖尿病(diabetesmellitus)。糖尿病是一种慢性代谢性疾病。也是一个影响着数亿人的复杂疾病。由 于体内胰岛素相对或绝对不足,形成持续性高血糖,导致许多组织器官代谢异常,继而产生功能障碍及形态学异常。它是一种终生疾 病。如果胰岛机能亢进,则出现血糖过低,能量供给不足,甚至影响大脑机能。胰岛细胞分泌的另一种多肽激素叫胰高血糖素 (glucagon),是由 29 个氨基酸残基组成的单链多肽,其生物活性与胰岛素相反,通过刺激糖原分解提高血糖水平。所以它是升高血糖 的激素。胰高血 糖素主要作用于肝脏,刺激糖原分解,使血糖水平提高[17] 。这对大脑的功能特别重要,因为神经元绝对依赖葡萄糖作为能源。当血糖浓度降到正常值以下时,肌体迫切需要注入葡萄糖到 血液。这时胰高血糖素作用于肝细胞,促进糖原分解和异生,以提高血糖的浓度[2] 。有机体是一个精密调控的复杂体系,由不同生物活性的激素和其他活性物质的作用和相互制约,才能维持肌体的正常运转。 胰岛素依赖型糖尿病称#型糖尿病,胰岛素绝对不足占主导地位,所以在治疗中必须补充胰岛素。非胰岛素依赖型糖尿病称∃型 糖尿病,多数因胰岛素相对不足,治疗中是否补充胰
举例说明蛋白质一级结构与高级结构及功能的关系。
举例说明蛋白质一级结构与高级结构及功能的关系。
蛋白质是生命体系中的重要分子之一，具有多种生物学功能，如酶催化、结构支持、信号传导、运输等。
蛋白质的结构与功能密切相关，其中一级结构与高级结构是影响蛋白质功能的重要因素。
本文将以举例的方式说明蛋白质一级结构与高级结构及功能的关系。
蛋白质一级结构是指蛋白质分子中氨基酸的线性排列顺序。
一级结构的顺序决定了蛋白质的二级、三级和四级结构，进而影响蛋白质的功能。
例如，胰岛素是一种由51个氨基酸组成的多肽激素，其一级结构是由两个多肽链组成的。
这两个多肽链通过二硫键连接在一起，形成了一个十字架状的结构。
这种结构使胰岛素能够与胰岛素受体结合，从而调节血糖水平。
如果胰岛素的一级结构发生变化，如氨基酸序列发生改变或二硫键被破坏，那么其二级、三级和四级结构也会受到影响，从而导致胰岛素失去调节血糖水平的功能。
蛋白质的二级结构是指蛋白质分子中氨基酸的局部排列方式，包括α-螺旋、β-折叠和无规卷曲。
二级结构的形成是由氢键和范德华力等相互作用导致的。
例如，肌红蛋白是肌肉中的一种蛋白质，其二级结构主要由α-螺旋和无规卷曲组成。
这种结构使肌红蛋白能够与氧结合，从而实现肌肉的收缩。
如果肌红蛋白的二级结构发生变化，如α-螺旋的数目减少或无规卷曲的长度增加，那么其氧结合能力也会受到影响，从而导致肌肉功能障碍。
蛋白质的三级结构是指蛋白质分子中氨基酸的空间排列方式，包括螺旋、折叠、卷曲等形态。
三级结构的形成是由氢键、离子键、疏水作用和二硫键等相互作用导致的。
例如，抗体是一种由两个重链和两个轻链组成的蛋白质，其三级结构呈Y形。
抗体的三级结构使其能够与特定的抗原结合，从而实现免疫防御。
如果抗体的三级结构发生变化，如氨基酸的空间排列方式改变或二硫键被破坏，那么其与抗原结合的能力也会受到影响，从而导致免疫功能障碍。
蛋白质的四级结构是指蛋白质分子中多个亚基的组合方式，包括同源二聚体、同源三聚体和非同源多聚体等形态。
胰岛素的物质组成
胰岛素的物质组成
胰岛素是一种重要的激素，由胰岛的β细胞合成和分泌。
它是一个由多个氨基酸组成的蛋白质分子，具有调节血糖水平的重要作用。
胰岛素的物质组成主要包括氨基酸序列、二硫键和空间构象。
胰岛素的氨基酸序列是由51个氨基酸组成的，其中包括两个多肽链：A链和B链。
A链由21个氨基酸组成，而B链由30个氨基酸组成。
这两个多肽链通过两个硫氧化物键连接在一起，形成了成熟的胰岛素分子。
胰岛素的氨基酸序列决定了它的生物活性和结构稳定性。
除了氨基酸序列外，胰岛素的二硫键也是其重要的物质组成之一。
胰岛素分子中共有三个二硫键，分别连接了A链的Cys7和Cys20、A链的Cys6和B链的Cys7、B链的Cys19和Cys20。
这些二硫键的形成使胰岛素分子具有了特定的立体构型和稳定性，保证了其正常的生物活性和代谢效果。
胰岛素的空间构象也是其物质组成的重要方面。
正常情况下，胰岛素分子呈现出一个三维的空间结构，其中A链和B链呈现出一定的扭曲和折叠。
这种特殊的空间构象使得胰岛素能够与胰岛素受体结合，并启动一系列的信号传导通路，从而调节血糖水平和促进葡萄糖的摄取和利用。
胰岛素的物质组成主要包括氨基酸序列、二硫键和空间构象。
胰岛素的氨基酸序列决定了其生物活性和结构稳定性，而二硫键的形成
保证了其分子的稳定性和正常的生物功能。
此外，胰岛素的特定的空间构象使其能够与胰岛素受体结合并发挥调节血糖的作用。
胰岛素作为一种重要的激素，在维持血糖平衡和调节能量代谢方面发挥着关键的作用。
胰岛素-百度百科
胰岛素科技名词定义中文名称：胰岛素英文名称：insulin定义：胰腺朗格汉斯小岛所分泌的蛋白质激素。
由A、B链组成，共含51个氨基酸残基。
能增强细胞对葡萄糖的摄取利用，对蛋白质及脂质代谢有促进合成的作用。
所属学科：生物化学与分子生物学（一级学科）；激素与维生素（二级学科）本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布胰岛素是由胰岛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。
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。
目录胰岛β细胞中储备胰岛素约200U，每天分泌约40U。
空腹时，血浆胰岛素浓度是5～15μU/mL。
进餐后血浆胰岛素水平可增加5～10倍。
编辑本段体内胰岛素的生物合成速度体内胰岛素的分泌主要受以下因素影响：刺激胰岛素分泌血浆葡萄糖浓度血浆葡萄糖浓度是影响胰岛素分泌的最重要因素。
口服或静脉注射葡萄糖后，胰岛素释放呈两相反应。
早期快速相，门静脉血浆中胰岛素在2分钟内即达到最高值，随即迅速下降；延迟缓慢相，10分钟后血浆胰岛素水平又逐渐上升，一直延续1小时以上。
早期快速相显示葡萄糖促使储存的胰岛素释放，延迟缓慢相显示胰岛素的合成和胰岛素原转变的胰岛素。
进食含蛋白质较多的食物进食含蛋白质较多的食物后，血液中氨基酸浓度升高，胰岛素分泌也增加。
精氨酸、赖氨酸、亮氨酸和苯丙氨酸均有较强的刺激胰岛素分泌的作用。
进餐后胃肠道激素增加进餐后胃肠道激素增加可促进胰岛素分泌如胃泌素、胰泌素、胃抑肽、肠血管活性肽都刺激胰岛素分泌。
自由神经功能状态可影响胰岛素分泌迷走神经兴奋时促进胰岛素分泌；交感神经兴奋时则抑制胰岛素分泌。
胰岛素是与C肽以相等分子分泌进入血液的。
临床上使用胰岛素治疗的病人，血清中存在胰岛素抗体，影响放射免疫方法测定血胰岛素水平，在这种情况下可通过测定血浆C肽水平，来了解内源性胰岛素分泌状态。
编辑本段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。
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• 整条肽链中全部氨基酸残基的相对空 间位置,即肽链中所有原子在三维空 间的
键和 Van der Waals力等次级键。
1969年,英国科学家Hodgkin用X射 线晶体学分析揭示了分辨率为1.9的 猪胰岛素的三维结构。
猪胰岛素三维结构
参与肽键的6个原子C1、C、O、N、H、
57°
C2位于同一平面，C1和C2在平面上所
处的位置为反式构型，此同一平面上的6
个原子构成了所谓的肽单元 (peptide
unit)----肽键平面 。
肽键平面的特点：
1、肽键具有半双键性质，不能自由旋转。 2、由于α-碳原子与其他原子之间均形成单键，因此两相邻的肽键平面可 以作相对旋转。
（3）R侧链分布在螺旋的外侧。
2-2-2 -折叠
β- 折 叠 是 由
两条伸展的多肽 链靠氢键联结而 成的锯齿状片状 结构。
特点：
•伸展(2 C间的距离达0.325 nm )； •肽键平面之间折叠成锯齿状； • 瘦长/弯曲/桶状，两链同向（平行式）； • 在两链间形成氢键； • 侧链突出在折叠的上方或下方； • 强度大,有刚性。
胰岛素分子晶体由6个胰岛素分 子和2个Zn2+ 形成含锌胰岛素的 六聚体。 首先,2个胰岛素分子形成二聚 体,然后3个二聚体围绕三重轴 形成对称的排列,B链第10位 上 组氨酸的咪唑基与轴上的 Zn2+ 组成配位键。
从外观上看，胰岛素分子B链自 身卷曲，A链则从三面将B链包 住。 胰岛素晶体中锌的含量为 0.4%~0.5%。六聚体也是胰岛素 在细胞中的储存形式。
2-2-1 -螺旋
α-螺旋 (α－helix) 是多个肽键 平面通过α－C旋转，相互 之间紧密盘曲成稳固的右 手螺旋的构象形式。
R R
R
R R
R R
R R
螺旋的横截面
特征：
（1）右手螺旋，3.6aa/圈， 螺距0.54nm，肽键 平面与螺旋长轴平行。2 Cα 间距0.15nm。
（2）氢键是稳定的主要力量。每个肽键的N-H和 第四个肽键的C=O形成与长轴平行的氢键.
The end
thank you!
2-2-3 -转角
β-转角(β-turn)是多肽链180° 回折部分所形成的一种二级结构。
-转角
•回折部分由4个AA残基组成 • 1st AA-C=O与4thAA-N-H形成氢键 • 形似发夹 • 反向 •常见于反向平行末端
3.胰岛素三级结构
三级结构（tertiary structure）：
指的是多肽链在二级结构的基础上，主链构 象和侧链构象相互作用，进一步盘曲折叠形 成球状分子结构。
某种胰岛素空间结构示意图
利用X衍射法观察猪胰岛素晶体，发现胰岛素分 子中的氨基酸残基明显集中为三个区：
• ①分子内核全部由疏水残基组成，包括分子中的大 部分支链氨基酸残基和A6、 A11、A20、B19四个半 胱氨酸残基；
• ②由B12缬、B16酪、B24苯、B25苯及其附近的一些 疏水性基团共同构成胰岛素分子表面的疏水区，这 可能是胰岛素与其靶细胞膜上受体结合的部位；
• ③主要由A链头尾部氨基酸组成分子表面的极性区， 可能是信息传导的活性部位。
胰岛素分子中可能与其受 体结合的一个表面
虚线包含部分为疏水区域， 周围分散着一些极性基团。
Summary
结构特点:
①由A、B两条肽链组成。 ②四个半胱氨酸（Cys）中的巯基形成两个二硫键，使A、B两链连接起来。 ③结晶由六个胰岛素分子组成三个二聚体，二聚体与两个 Zn2+ 结合形成复合物。
B链3、9、29、30位外，其他氨 基酸成分是相同的）。
2.胰岛素二级结构
• 胰岛素二级结构是指多肽链中某个肽段的主链骨架原子的 相对空间位置。
• 主链骨架原子包括N(H)，C(O)和相邻的2个-C 。 • 胰岛素二级结构的主要化学键是氢键。
2-1 肽单元或肽单位(peptide unit)
47°
胰岛素的蛋白质结构
Contents
胰岛素 结构
一级结构 二级结构 三级结构
1.胰岛素一级结构
• 胰岛素一级结构是指A、B两条多肽链中氨基酸的排列顺序。
• 主要化学键: 肽键、二硫键。 • 胰岛素一级结构是空间结构和功能的基础，但不是唯一的
因素。
动物胰岛素
分类 人胰岛素
胰岛素类似物
不同种属动物的胰岛素功 能大体相同，成分稍有差 异（除A链的4、8、9、10位及
2-2 胰岛素二级结构的主要形式
• -螺旋 ( -helix ) • -折叠 ( -pleated sheet ) • -转角 ( -turn )
×无规卷曲 ( random coil )
36.09% 47.83% 16.08%
胰岛素的具体结构特点有：
A链中A12 A15为一个非标准的右手螺旋，其它氨基酸残基为不同伸展程 度的肽链构象； B链中B1-B6是伸展的折叠肽链。B8为Gly,肽链发生转折，B9-B19是右手 螺旋，B12-B23呈现U形转折（β 转角），B23–B27为一段伸展的β构 象。可见，在整个B链中，B9-B19螺旋段构成肽链的基本骨架结构。