基因工程--胰岛素
胰岛素分类及作用机制简介
胰岛素分类及作用机制简介胰岛素是一种重要的激素，在机体内发挥着调节血糖水平的关键作用。
本文将介绍胰岛素的分类以及其作用机制。
I. 胰岛素分类1. 依源泵分析-自源性胰岛素与外源性胰岛素自源性胰岛素是由胰腺分泌的内源胰岛素，其合成、储存和分泌均由机体自身调节。
而外源性胰岛素则是由外部补充的胰岛素，通常以注射剂的形式使用。
2. 依工艺分类-天然胰岛素、合成胰岛素与基因重组胰岛素天然胰岛素是从动物（如猪、牛）的胰腺中提取得到的，与人体胰岛素结构相似。
合成胰岛素则是通过人工合成得到，结构与天然胰岛素一致。
基因重组胰岛素是通过基因工程技术将胰岛素基因导入微生物或细胞表达，然后进行纯化和合成。
II. 胰岛素作用机制胰岛素通过多种方式调节机体血糖水平，下面将介绍其作用机制：1. 促进葡萄糖转运胰岛素能够促进细胞膜上葡萄糖转运体的激活，增强葡萄糖进入细胞内的能力，从而降低血糖浓度。
2. 促进糖的合成与储存胰岛素能够促进肝脏、肌肉和脂肪组织中糖原的合成与储存，将多余的葡萄糖转化为糖原，存储起来以备不时之需。
3. 抑制葡萄糖生成胰岛素通过抑制肝脏中糖异生相关酶的活性，降低葡萄糖的合成速率，从而减少肝脏对血液中糖的贡献。
4. 促进脂肪合成与抑制脂肪分解胰岛素能够刺激脂肪细胞中的葡萄糖转化为甘油三酯，并抑制脂肪分解酶的活性，从而促进脂肪合成，抑制脂肪组织中游离脂肪酸的产生。
5. 蛋白质合成与氨基酸吸收胰岛素能够促进蛋白质合成，增加肌肉组织对氨基酸的吸收和利用，同时抑制蛋白质降解，维持良好的氮平衡。
总结：胰岛素根据来源和工艺可分为自源性胰岛素和外源性胰岛素，以及天然胰岛素、合成胰岛素和基因重组胰岛素。
胰岛素通过促进葡萄糖转运、促进糖的合成与储存、抑制葡萄糖生成、促进脂肪合成与抑制脂肪分解，以及促进蛋白质合成与氨基酸吸收等多种机制来调节血糖水平。
了解胰岛素的分类和作用机制有助于我们深入理解其重要性及临床应用。
简述合成胰岛素的过程
简述合成胰岛素的过程胰岛素是一种重要的激素，用于调节血糖水平。
合成胰岛素的过程是通过基因工程技术，将胰岛素基因导入到细菌或其他生物体中，使其能够大量生产胰岛素。
下面将以简述的方式介绍合成胰岛素的过程。
第一步：基因克隆需要从人体胰腺或其他来源获得胰岛素基因。
胰岛素基因是一个由A、B、C和D四个多肽链组成的复杂基因。
利用酶切和连接技术，将胰岛素基因插入到载体DNA上。
载体DNA是一个能够在细菌中复制的DNA分子，常用的载体有质粒等。
第二步：转化细菌将带有胰岛素基因的载体DNA导入到细菌中，通过加热冷却或电击等方法，使细菌能够吸收和稳定胰岛素基因。
这样，细菌就成为了胰岛素基因的宿主，可以通过复制和传递胰岛素基因。
第三步：培养细菌将转化后的细菌培养在含有适当营养物质的培养基中。
培养基中含有大量的葡萄糖等碳源，细菌可以利用葡萄糖产生能量和合成胰岛素。
第四步：表达胰岛素在培养的过程中，细菌会合成和分泌胰岛素。
胰岛素是一种多肽链，需要经过一系列的加工和折叠才能形成完整的胰岛素分子。
第五步：纯化胰岛素将培养液中的细菌和其他杂质进行分离和纯化，得到纯净的胰岛素。
纯化的过程通常包括细菌的离心、蛋白质的沉淀和层析等步骤。
第六步：结晶和制剂经过纯化的胰岛素可以通过结晶等方法得到固体形式，并进行进一步的制剂。
制剂的过程包括胰岛素的配方、过滤、灭菌和包装等步骤。
合成胰岛素的过程中，需要进行多个步骤才能得到纯净的胰岛素。
这些步骤包括基因克隆、转化细菌、培养细菌、表达胰岛素、纯化胰岛素以及结晶和制剂等过程。
通过这些步骤，可以大量生产胰岛素，用于临床治疗糖尿病等相关疾病。
基因工程大肠杆菌发酵生产重组人胰岛素[宝典]
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基因工程大肠杆菌发酵生产重组人胰岛素[宝典] 基因工程大肠杆菌发酵生产重组人胰岛素的工艺一，背景知识1，基因工程科技名词定义中文名称:基因工程英文名称:genetic engineering;gene engineering其他名称:重组脱氧核糖核酸技术(recombinant DNA technique) 定义1:狭义的基因工程仅指用体外重组DNA技术去获得新的重组基因;广义的基因工程则指按人们意愿设计，通过改造基因或基因组而改变生物的遗传特性。
如用重组DNA技术，将外源基因转入大肠杆菌中表达，使大肠杆菌能够生产人所需要的产品;将外源基因转入动物，构建具有新遗传特性的转基因动物;用基因敲除手段，获得有遗传缺陷的动物等。
定义2:将在体外进行修饰、改造的脱氧核糖核酸分子导入受体细胞中进行复制和表达的技术。
扩充:基因工程是指重组DNA技术的产业化设计与应用，包括上游技术和下游技术两大组成部分。
上游技术指的是基因重组、克隆和表达的设计与构建(即重组DNA技术);而下游技术则涉及到基因工程菌或细胞的大规模培养以及基因产物的分离纯化过程。
一个完整的、用于生产目的的基因工程技术程序包括的基本内容有:(1)外源目标基因的分离、克隆以及目标基因的结构与功能研究。
这一部分的工作是整个基因工程的基础，因此又称为基因工程的上游部分;(2)适合转移、表达载体的构建或目标基因的表达调控结构重组;(3)外源基因的导入;(4)外源基因在宿主基因组上的整合、表达及检测与转基因生物的筛选;(5)外源基因表达产物的生理功能的核实;(6)转基因新品系的选育和建立，以及转基因新品系的效益分析;(7)生态与进化安全保障机制的建立;(8)消费安全评价。
基本操作步骤(上游技术)提取目的基因获取目的基因是实施基因工程的第一步。
如植物的抗病(抗病毒抗细菌)基因，种子的贮藏蛋白的基因，以及人的胰岛素基因干扰素基因等，都是目的基因。
要从浩瀚的“基因海洋”中获得特定的目的基因，是十分不易的。
基因工程制备胰岛素的原理
基因工程制备胰岛素的原理基因工程制备胰岛素的原理主要涉及三个步骤：基因克隆、表达和纯化。
第一步：基因克隆。
首先，从人类组织或细胞中提取出编码胰岛素的基因，即胰岛素原基因（proinsulin gene）。
然后，使用酶切酶将这个基因剪切成多个片段。
接下来，将剪切好的基因片段与载体（通常是质粒）连接，形成重组质粒。
再将这个重组质粒转化到细菌中（如大肠杆菌）进行复制。
经过培养、筛选和鉴定，得到含有胰岛素基因的重组质粒。
第二步：基因表达。
将所得到的重组质粒注入到宿主细胞（通常是培养的动物细胞或真核表达系统）中，使其成为重组表达宿主。
在宿主细胞中，重组质粒会被转录成胰岛素的mRNA，并被细胞质中的核糖体翻译成胰岛素的前体蛋白（proinsulin）。
然后，前体蛋白经过一系列的翻译后修饰，如信号肽的剪切和糖基化等，转变成成熟的胰岛素蛋白。
第三步：纯化。
经过表达的胰岛素会以包括其他蛋白质的复杂混合物的形式出现在表达宿主细胞中。
因此，需要对这个混合物进行纯化，以获得高纯度的胰岛素。
一种常用的方法是使用层析技术，如亲和层析和离子交换层析等，根据胰岛素与某些特定配体（如金属离子或抗胰岛素抗体）的亲和性来进行分离和富集。
通过这些层析步骤，可以得到纯度较高的胰岛素。
总结起来，基因工程制备胰岛素的原理主要涉及基因克隆、基因表达和纯化。
通过基因克隆，首先获得含有胰岛素基因的重组质粒；接着，通过基因表达，将胰岛素基因在宿主细胞中转录和翻译成胰岛素蛋白；最后，通过纯化步骤，将胰岛素从其他蛋白质中分离出来，并得到高纯度的胰岛素。
这种方法可以大量制备胰岛素，为临床治疗糖尿病等疾病提供重要药物。
各类胰岛素的区别
各类胰岛素的区别一、六种常见的胰岛素：1、普通胰岛素：由动物胰腺提取的胰岛素，可引起过敏反应、脂质营养不良及胰岛素耐药，不宜长期使用。
2、基因工程胰岛素：由非致病大肠杆菌加入人体胰岛素基因而转化生成，其结构、化学及生物特性与人体胰腺分泌的胰岛素完全相同。
与动物胰岛素相比，不易引起过敏反应和营养不良。
3、低精蛋白锌人胰岛素诺和灵N、优泌林N：通过基因重组技术，利用酵母菌产生的生物合成人胰岛素，为中效胰岛素制剂。
用于中、轻度糖尿病，治疗重度糖尿病患者可与正规胰岛素合用，使作用出现快而维持时间长。
4、中性可溶性人胰岛素诺和灵R、优泌林R：又称中性人短效胰岛素，结构与天然的人胰岛素相同，可减少过敏反应，避免脂肪萎缩及避免产生抗胰岛素作用。
血液中胰岛素的t1/2 仅几分钟，因此胰岛素制剂的时间作用曲线完全由其吸收特性决定。
5、双时相低精蛋白锌人胰岛素预混人胰岛素，诺和灵30R，诺和灵50R，优泌林30R：为可溶性胰岛素和低精蛋白锌胰岛素混悬液，以诺和灵30R为例，含30%可溶性胰岛素和70%低精蛋白锌胰岛素。
可用于各型糖尿病患者。
6、门冬胰岛素诺和锐：为一快速作用的胰岛素类似物，与人胰岛素相比，其氨基酸发生了改变，阻断了胰岛素之间的相互作用，使六聚体和二聚体能迅速地解离为单体而有效地吸收，迅速发挥降糖作用，不需在之前很久就注射，提高了治疗的灵活性。
二、猪胰岛素、牛胰岛素、人胰岛素的区别：胰岛素制剂按来源不同可分为3种：猪胰岛素、牛胰岛素、人胰岛素。
前两种胰岛素是从猪、牛的胰腺中提取出来的，而人胰岛素是通过基因工程改良法由细菌生产出来的。
这三种胰岛素都是由51个氨基酸组成的，但牛胰岛素有3个氨基酸与人胰岛素不同，而猪胰岛素只有一个氨基酸与人胰岛素不同，所以从氨基酸组成上比较，猪胰岛素更接近人胰岛素，因而抗原性就比牛胰岛素弱，故不易在注射后产生抗胰岛素抗体、副作用可能也比牛胰岛素轻。
经过化学提取的猪、牛胰岛素中，除主要含有51个氨基酸的胰岛素分子外，尚夹有少量其它成分如胰岛原，故非纯品，易引起副作用及导致胰岛素抗体生成。
基因工程大肠杆菌发酵生产重组人胰岛素的研究
参考内容
引言
人胰岛素是一种重要的生物药物，对于治疗糖尿病具有显著效果。传统上，人 胰岛素的生产主要通过从人身体中提取胰岛素原，然后进行化学合成和结构改 造。然而，这种方法不仅成本高昂，而且生产周期长，难以满足市场需求。近 年来，随着生物技术的发展，利用重组大肠杆菌生产人胰岛素的方法逐渐得到 广泛应用。本次演示将详细介绍利用重组大肠杆菌生产人胰岛素的方法和相关 技术。
展望未来，基因工程大肠杆菌发酵生产重组人胰岛素的研究有望为糖尿病治疗 提供更加安全、有效的药物。随着科学技术的不断进步和研究的深入，我们相 信未来能够在提高产量、降低成本、优化质量等方面取得更大的突破。加强与 其他领域（如纳米技术、生物信息学等）的跨学科合作，将为该领域的研究和 应用提供更为广阔的前景。
生产流程
利用重组大肠杆菌生产人胰岛素的生产流程包括以下几个步骤：
1、细胞悬浮：将大肠杆菌接种到发酵罐中的无菌培养基中，在适宜的温度和 湿度条件下进行培养。培养过程中需监测细菌生长情况，以确保细菌处于最佳 生长状态。
2、发酵：当细菌生长到一定密度时，向发酵罐中加入适量的诱导剂，以诱导 细菌表达人胰岛素基因。发酵过程中需控制温度、湿度、氧气浓度等参数，以 确保细菌正常表达胰岛素基因。
一、背景介绍
基因工程技术是一种利用微生物或细胞体系生产人类所需蛋白质的技术。在过 去几十年中，基因工程技术得到了广泛应用，并在制药、生物能源、环境保护 等领域发挥了重要作用。重组人胰岛素是一种利用基因工程技术生产的胰岛素， 它与人体产生的胰岛素具有相似的结构和功能。然而，重组人胰岛素的生产过 程比较复杂，需要经过多个步骤，因此生产成本较高。
3、收集：发酵结束后，收集细菌培养液并进行过滤，以去除其中的杂质和细 胞残骸。
基因工程--胰岛素
胰岛素能降低人体血糖的含量。
糖尿病患者是由于胰腺的β细胞不能分泌胰岛素，使患者血糖过高，继而带来吃得多、喝得多、尿得多、体重减少(即三多一少)的一系列临床症状。
糖尿病的死亡率仅次于心脏病和癌症。
19世纪以前，糖尿病像妖魔一样肆意夺走人们的生命，那时糖尿病患者的平均生存时间仅4．9年，面对这旷日持久的大浩劫，人类一筹莫展。
1921年，加拿大医生班廷(Banding)取两条狗的胰脏，将之搅碎过滤，并收集少量液体注射到一只已经出现糖尿病昏迷的小狗身上，奇迹发生了，昏迷的小狗血糖开始下降，当液体注射完毕，世界上第一只从糖尿病昏迷状态下苏醒过来的小狗就站起来跑开了。
从狗胰脏收集的“神奇”液体，就是我们现在使用的胰岛素。
1922年1月班廷第一次使用从牛胰脏中提取的胰岛素，对一个患糖尿病2年，已被医生放弃的男孩进行治疗，结果“药到病除”。
全世界为这个划时代的医学成果而欢呼!班廷也由此荣获1923年诺贝尔生理学和医学奖。
胰岛素治疗糖尿病至今仍然是临床上最有效的方法。
过去，胰岛素主要靠从猪等大家畜胰腺中提取。
从一头猪的胰腺中只能提取出300单位胰岛素，而一个病人每天就需要40单位胰岛素，因此远远不能满足需要。
图7-1 胰岛素生成图大肠杆菌说：给我一个基因，我将源源不断给你药物”基因工程技术一问世，科学家就想到利用该技术来解决胰岛素药源不足的问题。
他们首先要找到胰岛素基因，在人的胰岛细胞里有一段特定结构的DNA分子指挥着胰岛素的合成，然后又找到在人的大肠里存在对人体无害的大肠杆菌。
把人的胰岛素基因转入到大肠杆菌的细胞中，随着大肠杆菌的繁殖，胰岛素基因也一代代的遗传下去。
大肠杆菌繁殖速度相当快，大约20分钟就能繁殖一代，把它放到大型的发酵罐里进行人工培养，就可以大量繁殖，并且生产出大量人的胰岛素(图7．1)。
实际上这种大肠杆菌是经过改造已经带上新的遗传性状的细菌，称为基因工程菌。
1978年美国的吉尔伯特研究组用此方法成功地生产了鼠胰岛素，随后依塔库拉研究组用相同方法生产出了人的胰岛素。
基因工程大肠杆菌发酵生产重组人胰岛素的研究
基因工程大肠杆菌发酵生产重组人胰岛素的
研究
基因工程大肠杆菌发酵生产重组人胰岛素的研究是利用基因工程
技术将人类胰岛素基因导入大肠杆菌细胞中，并使其表达和分泌人类
胰岛素。
研究的具体步骤如下：
1. 克隆：将人类胰岛素基因插入到大肠杆菌中的表达载体上，构建重
组胰岛素的基因工程菌株。
2. 表达：将重组胰岛素基因工程菌株进行培养和诱导表达，启动胰岛
素基因的转录和翻译，使其合成胰岛素多肽链。
3. 折叠：由于胰岛素中存在多肽链的结构，其需要正确折叠形成活性
结构。
通过培养条件的调控和辅助分泌蛋白的表达帮助胰岛素多肽链
正确折叠。
4. 分泌：经过折叠的胰岛素多肽链进入细胞分泌途径，通过胞外酶切，胰岛素分泌至外部培养液中。
5. 纯化：将培养液中的胰岛素进行纯化，去除其他杂质，得到纯度较
高的重组人胰岛素。
这种方法相比其他表达系统有以下优势：
1. 大肠杆菌生长快速且易于培养，并且具有可高效表达外源基因的能力。
2. 人类胰岛素的基因序列已经大量研究，其表达也相对成熟和稳定。
3. 大肠杆菌发酵工艺相对简单，易于工业化生产。
4. 经过纯化的重组胰岛素具有较高的活性和纯度，适用于临床应用。
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胰岛素能降低人体血糖的含量。
糖尿病患者是由于胰腺的β细胞不能分泌胰岛素，使患者血糖过高，继而带来吃得多、
喝得多、尿得多、体重减少(即三多一少)的一系列临床症状。
糖尿病的死亡率仅次于心脏病和癌症。
19世纪以前，糖尿病像妖魔一样肆意夺走人们的生命，那时糖尿病患者的平均生存时间仅4．9年，面对这旷日持久的大浩劫，人类一筹莫展。
1921年，加拿大医生班廷(Banding)
取两条狗的胰脏，将之搅碎过滤，并收集少量液体注射到一只已经出现糖尿病昏迷的小狗身上，奇迹发生了，昏迷的小狗血糖开始下降，当液体注射完毕，世界上第一只从糖尿病昏迷状态下苏醒过来的小狗就站起来跑开了。
从狗胰脏收集的“神奇”液体，就是我们现在使用的胰岛素。
1922年1月班廷第一次使用从牛胰脏中提取的胰岛素，对一个患糖尿病2年，已被医生放弃的男孩进行治疗，结果“药到病除”。
全世界为这个划时代的医学成果而欢呼!班廷也由此荣获1923年诺贝尔生理学和医学奖。
胰岛素治疗糖尿病至今仍然是临床上最有效的方法。
过去，胰岛素主要靠从猪等大家畜胰腺中提取。
从一头猪的胰腺中只能提取出300单位胰岛素，而一个病人每天就需要40单位胰岛素，因此远远不能满足需要。
图7-1 胰岛素生成图大肠杆菌说：给我一个基因，我将源源不断给你药物”
基因工程技术一问世，科学家就想到利用该技术来解决胰岛素药源不足的问题。
他们首先要找到胰岛素基因，在人的胰岛细胞里有一段特定结构的DNA分子指挥着胰岛素的合成，然后又找到在人的大肠里存在对人体无害的大肠杆菌。
把人的胰岛素基因转入到大肠杆菌的细胞中，随着大肠杆菌的繁殖，胰岛素基因也一代代的遗传下去。
大肠杆菌繁殖速度相当快，大约20分钟就能繁殖一代，把它放到大型的发酵罐里进行人工培养，就可以大量繁殖，并且生产出大量人的胰岛素(图7．1)。
实际上这种大肠杆菌是经过改造已经带上新的遗传性状的细菌，称为基因工程菌。
1978年美国的吉尔伯特研究组用此方法成功地生产了鼠胰岛素，随后依塔库拉研究组用相同方法生产出了人的胰岛素。
1981年基因重组人胰岛素产品正式投入市场，大肠杆菌成了名副其实的生产胰岛素的“活工厂”，胰岛素供不应求的问题彻底解决了。
基因重组人胰岛素的生产为制药工厂开辟了新天地，开创了制药工业的新时代。
有了好药，电子工业又开发出精巧灵敏的血糖自我检测器，患者可随时用指尖血测得血糖值，再由医生指导用降血糖药物进行预防性治疗，使糖尿病的控制有了革命性的大变化。
更进一步的产品，如“免刺手指血糖检测器”、“免打针胰岛素(口吸喷雾器)”很快也会上市。
但是科学家最大的期望，是用基因疗法来根治糖尿病。
现在科学家们正在进一步设想，将胰岛素基因通过一定的手段移植到糖尿病患者体内的有关细胞里，让新移入的基因来指挥细胞生产机体所需要的胰岛素。
据报道，
一个由美国和加拿大科学家组成的研究小组在实验鼠体内，运用基因工程技术将人类胰岛素基因导入位于胃部和小肠的K细胞。
结果发现，实验鼠能够产生人类胰岛素，甚至在破坏了胰腺β细胞后，新的K细胞仍然能够防止实验鼠患上糖尿病，因为新的K细胞具备了储存和释放胰岛素的“所需的机制”。
这一成功，意味着从理论上讲用基因疗法来治疗糖尿病是可行的。
但还有一系列问题有待解决，包括如何使胰岛素基因进入人类K细胞并进行稳定表达等。
相信随着基因治疗技术的不断发展成熟，在不久的将来，就不用像现在治疗糖尿病那样天天注射胰岛素了。