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牛胰岛素

牛的胰岛素。胰岛素是胰脏中胰岛β—细胞所分泌产生的一种蛋白质类激素,成为机体运转不可缺少的一种物质,作为药物具有降低血糖和调节糖代谢的功能。胰岛素分泌不足时,组织中糖的利用发生障碍,可导致糖尿病。过量胰岛素又可引起低血糖症状。胰岛素是一种比较简单的蛋白质,由51个氨基酸单元组成,分子量为 5750。为揭示蛋白质的秘密,由久以来世界各国科学家纷纷试图人工合成蛋白质,并选择了胰岛素的人工合成作为近期目标。早在1948年,英国生物化学家桑格就选择一种分子量小,但具有蛋白质全部结构特征的牛胰岛素作为实验的典型材料进行研究。于1952年搞清了牛胰岛素的C链和P链上所有氨基酸的排列次序以及这两个链的结合方式。次年,他宣布破译出由几种51个氨基酸式的两条多肽链牛胰岛素的全部结构。这是人类第1次搞清一种重要蛋白质分子的全部结构。桑格也因此荣获1958年诺贝尔化学奖。时至1958年,人们还只能把13个氨基酸单元联接起来,我国科学家经6年又9个月的努力,于 1965年9月17日成功地完成了结晶牛胰岛素的全合成。
牛胰岛素是第1个测定氨基酸序列的蛋白质,含有51个氨基酸,是由含有21个氨基酸的A链和含有30个氨基酸的B链,用二硫键相连构成的。经多种方法测试,其化学结构、结晶形态以及生物功能均与天然胰岛素无异。鉴于蛋白质分子的生物功能与其空间结构密切相关,人工合成的牛胰岛素必具有与天然胰岛素相同的构象。化学合成胰岛素,不仅实现了人类百多年来,从氨基酸出发人工合成蛋白质的宿愿,也证明了一级结构(氨基酸序列)是蛋白质空间结构的基础,只要合成了正确的一级结构,就能得到有正确空间结构的蛋白质,为研究蛋白质结构与其功能间的关系创造了可能。这一成果显示了我国在生物化学、实验有机化学以及其他若干交叉学科的先进水平,不但在医学上有重大价值,而且是生物工程技术的重大进步。

不同的胰岛素结构
图1为不同的胰岛素结构

人工合成牛胰岛素
合成工作是分三步完成的:第一步,先把天然胰岛素拆成两条链,再把它们重新合成为胰岛素,重新合成的胰岛素是同原来活力相同、形状一样的结晶。第二步,在合成了胰岛素的两条链后,用人工合成的B链同天然的A链相连接。第三步,把经过考验的半合成的A链与B链相结合。在1965年9月17日完成了结晶牛胰岛素的全合成。

应用
1. 治疗糖尿病。
2. 制备超细铂纳米线:
1)牛胰岛素纤维化,按每毫克牛胰岛素粉末溶于0.087~0.87mL的浓度为10~25mM盐酸溶液中,配制成胰岛素盐酸溶液。将上述溶液装入容器,漩涡混匀,室温静置待气泡消散后,使用封口膜进行封口,将溶液于65~70℃恒温金属浴中加热约5~20h,形成胰岛素纤维悬液;
2)制备超细铂纳米线,按氯铂酸溶液:胰岛素纤维悬液:硼氢化钠的体积比=4~13:10~20:6~12。将浓度为2.5~5mM的氯铂酸(H2PtCl 6)溶液(pH=1.6~2),加入到上述胰岛素纤维悬液中,充分混匀,于4~10℃,50~100r/min下摇床孵化10~20h,然后逐滴加入浓度为5~10mM的硼氢化钠(NaBH4)还原剂溶液,于4~10℃,50~100r/min下摇床振荡8~24h使反应完全,即得到单分散性良好直径2~3nm,长数微米的超细铂纳米线。
3. 制备超细单晶银纳米电缆。方法为将牛胰岛素粉末和盐酸溶液溶解,放入金属浴中,在55~80℃的温度下静止加热5~16h;混合溶液中会出现悬浮的絮状物,将混合溶液摇晃均匀,制得线形载体纤维溶液;取上述线形载体纤维溶液加入浓度为2.5~10mmol/L的AgSO4溶液中,充分混匀,于室温下,摇床孵化6~25h;然后逐滴加入浓度为5~10mmol/L的NaBH4溶液,边震荡边还原;于室温下静止生长5~20h,再将混合液经过300~500r/min的离心处理并用纯净水清洗两次,所制得的银纳米电缆是一种银内核直径为13nm,整根纳米电缆外径为20nm的一维银纳米电缆材料。工艺简单、条件温和、环保高效,制得的银纳米电缆是现能达到的最细尺寸。

【主要参考资料】
http://www.chemicalbook.com/ProductChemicalPropertiesCB0336088.htm
[1] 石泉长 总主编;何军,李会昌,高忠谦等 主编.中华百科要览.沈阳:辽宁人民出版社.
[2] 彭奕欣 主编.中国中学教学百科全书•生物卷.沈阳:沈阳出版社.1990.
[3] 卢鸿德 陈谟开,张惠芳等 主编.中国近现代史及国情教育辞典.沈阳:辽宁人民出版社.
[4] 刘海藩 总编.现代领导百科全书•科技与文化卷.北京:中共中央党校出版社.2008.
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[6] 高发明等. 一种超细单晶银纳米电缆的合成方法.CN201410260427.5 ,申请日2014-06-12.

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