胰脏中胰岛素的分离提取背景知识

项目一：猪胰脏中胰岛素的提取1.1胰脏中胰岛素的分离提取背景知识

1.1.1胰岛素结构及来源1.1.2胰岛素分类1.1.3胰岛素重大研究发展历程1.1.4胰岛素性质胰岛素是一种蛋白质类激素，体内胰岛素是由胰岛β细胞分泌的。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、胰高血糖素等的激动而分泌的一种蛋白质激素。胰岛素的一级结构

由51个氨基酸残基组成

分两条链：A链：21个氨基酸残基

B链：30个氨基酸残基含三个二硫链：一个A链内的二硫键两个链间二硫键1.1.1胰岛素结构及来源表：一些哺乳动物胰岛素一级结构的差异名称A8

A9A10B30与人的差异数活性人苏氨酸丝氨酸异亮氨酸苏氨酸-

猪--

丙氨酸1

抹香鲸--

丙氨酸1

马-甘氨酸

丙氨酸2↓象-甘氨酸缬氨酸

2↓牛丙氨酸-缬氨酸丙氨酸3↓在各种动物的胰脏中，胰岛素的含量有些差异，牛、猪、马、羊新鲜胰脏组织中分别含有胰岛素2.5、3.0、1.5、10U/g。同一种动物不同发育阶段，其含量也有较大差别。目前开发应用的胰岛素品种很多，有多种分类方法。胰岛素制剂可根据胰岛素来源、制备工艺、作用时间长短等来进行分类。1、按来源分类：猪胰岛素、牛胰岛素、人胰岛素2、根据制备工艺分类：提取胰岛素、半合成胰岛素、生物合成人胰岛素及人胰岛素类似物（长秀霖、速秀霖）3、按纯度分类：普通胰岛素（结晶胰岛素）、单峰胰岛素及单组分胰岛素（高纯度胰岛素）。4、按起效时间分类：速效胰岛素、中效胰岛素、长效胰岛素及混合胰岛素。5、根据制剂性状分类：溶液型和混悬腥。6、根据给药装置分类：注射式和非注射式。1.1.2胰岛素分类可植入闭环式泵由于更接近正常人体的胰岛素分泌并能克服开环式泵需24h体外随身携带等缺点，已成为该制剂的研发方向，其关键是如何突破血糖传感器生物兼容性等技术关键要使口服药成为现实的关键在于制备过程中如何保持其生理活性，稳定胰岛素的构型，如何减少胰岛素分子多聚体的形成，促进胰岛素在小肠的吸收，如何减轻消化酶对胰岛素的破坏作用，以及如何选择有机溶剂从而减少胃肠道的毒副作用。1788年人们就发现了糖尿病的产生于胰功能的破坏有密切关系；1922年起，开始将胰脏中获得的胰岛素应用于临床；1926年首次从动物胰脏中提取到胰岛素结晶。是第一个有生物活性的蛋白质结晶；1955年阐明胰岛素序列的一级结构；1965年9月17日，中国首次完整人工合成了结晶牛胰岛素；1970年用X衍射方法阐明了空间构型，为人工合成蛋白质、探索生命奥秘做出了重大贡献；1982年世界上第一个生物技术医药产品——DNA重组人胰岛素上市，也是第一个基因工程药物产品。1.1.3胰岛素重大研究发展历程1)用基因工程大肠杆菌(Escherichiacoli,E.coli)分别发酵生产人胰岛素(humaninsulin,hI)的A、B链,然后经化学再氧化法,使两条链在一定条件下重新形成二硫键,得到hI。这一方法缺点较多,目前已较少使用。2)用基因工程E.coli发酵生产人胰岛素原(humanproinsulin,hPI),后经加工形成hI。E.coli系统表达量高,但缺点是不利于表达hI这样的小蛋白,产物易降解,故常采用融和蛋白形式将hPI连接在一个较大的蛋白质后,表达产物需经过一系列复杂的后加工才能形成有活性的hI;3)通过基因工程酵母菌发酵生产hPI,经后加工形成hI。酵母系统下游后加工比细菌表达系统简单,但缺点是生产慢,生产周期长,且重组蛋白分泌量少(1～50mg/L),产量低。

目前,国际上生产医用重组人胰岛素(recombinanthumaninsulin,rhI)的方法主要有3种:1.1.4胰岛素性质胰岛素为白色或类白色粉末结晶。由于精制方法不同，在显微镜下观察，可分两种形态，一种为不规则细微颗粒，称“无定型”，另一种为扁斜型六面体。牛胰岛素分子量为5733，猪胰岛素分子量为5761，人胰岛素分子量为5781。胰岛素等电点为5.30-5.35,。因蛋白质等电点随溶液的离子强度及离子性质不同而有所变化，因此在生产实践中分离，精制或结晶时采用的等电点并不一定正好是此值。胰岛素在pH为4.5-6.5范围内，几乎不溶水，在室温下溶解度为10μg/mL；易溶于稀酸或稀碱溶液；在80%以下乙醇或丙酮中溶解；在90%以上乙醇或80%以上丙酮中难溶；在乙醚中不溶。胰岛素具有蛋白质的各种特殊反应：高浓度的盐（如饱和氯化钠、半饱和硫酸铵溶液）可使其沉淀析出，也能被蛋白质沉淀剂和三氯醋酸等沉淀，并有茚三酮、双缩脲等蛋白质的显色反应。胰岛素能被胰岛酶、胃蛋白酶、糜蛋白酶等蛋白水解酶水解而失活。因胰岛素通常只能注射给药。即使这样，在血液和组织中也能被水解，所以药物作用时间较短。当与鱼精蛋白或珠蛋白形成复合物或制成难溶解的结晶，即能延长药效。

美国基因工程技术公司，简称基因泰克，是由风险投资家RobertA.Swanson和生物化学家HerbertBoyer博士于1976创立的生物技术公司，被认为是生物技术行业的创始者。创始人Boyer博士，是DNA重组技术先驱者。1973年，Boyer和同事StanleyCohen用限制酶从DNA分子剪下需要的片段连接到质粒上。1977年，公司制造出荷尔蒙生长抑制素；1978年，公司合成了人类胰岛素。1980年，基因工程技术公司上市，一个小时内每股从35美元剧涨至88美元，公司的身价因此激增至3500万美元。这一事件是股市涨幅最大的案例之一。1982年，第一种DNA重