胰岛素作用原理的研究 Ⅵ.胰岛素片段与胰岛素受体的相互作用

研究了用胰凝乳蛋白酶限制性酶解和化学合成方法所获得的若干肤岛素片段与脂肪细胞胰岛素受体的结合。它们在低浓度时几乎观察不出与胰岛素受体结合,而在高浓度时除五肽HTyr·Thr·Pro·Lys·AIaOH 外都有明显的专一性结合。说明它们具有部分与胰岛素受体的结合部位。与前文关于胰岛素结合部位设想是一致的。讨论了胰岛素结合部位的性质,并讨论了五肽HArg·Gly·Phe·Phe·TyrOH 加强胰岛素与其受体亲合力的可能性。     

胰岛素作用原理的研究——Ⅰ.胰岛素及其类似物与其受体的相互作用

研究了一些胰岛素B链羧端肽段改变了的类似物与肝细胞及脂肪细胞的受体蛋白结合性质。这些结果说明,去B链羧端五肽胰岛素与胰岛素有相同的结合能力;去B链羧端六肽胰岛素及B_(23)被D-丙氨酸取代的去B链羧端六肽胰岛素有明显的结合;去B链羧端八肽胰岛素具极微的结合能力;胰岛素A链、促肾上腺皮质素、增血糖素不与胰岛素受体蛋白结合。在此基础上还讨论了B_(24)芳香环参与胰岛素结合部位的可能性,并假设B_(12),B_(16),B_(24),B_(25)疏水平面可能是结合部位的重要内容。而B_(20)～B_(23)U形转折及A_(21)…B_(22)盐键的作用是稳定疏水平面结构。胰岛素与受体的结合类似于胰岛素二体中两个单体的结合。     

胰岛素类似物的内源萤光光谱

为了进一步了解胰岛素构象与功能的关系,测定了不同条件下胰岛素和它的类似物的内源萤光光谱,胰岛素类似物包括去B链羧端五肽胰岛素,去B链羧端七肽胰岛素和去B链羧端八肽胰岛素。它们的发射光谱的峰在306nm,激发光谱峰在277nm。不同pH值,不同浓度的十二烷基硫酸钠和温度变化对胰岛素的荧光光谱的影响和对类似物的影响非常相似。说明这些类似物的环境酪氨酸残基的微环境是相似的。由于去五肽胰岛素有接近于天然胰岛素的生物活力,去七肽胰岛素没有生物活力,因此说明,胰岛素分子的受体结合部位中,B_(24～25)两个苯丙氨酸侧链本身具有重要的地位。并不是因为失去它们后引起胰岛素构象变化而失活的。     

胰岛素类似物的内源萤光光谱

为了进一步了解胰岛素构象与功能的关系,测定了不同条件下胰岛素和它的类似物的内源萤光光谱,胰岛素类似物包括去B链羧端五肽胰岛素,去B链羧端七肽胰岛素和去B链羧端八肽胰岛素。它们的发射光谱的峰在306nm,激发光谱峰在277nm。不同pH值,不同浓度的十二烷基硫酸钠和温度变化对胰岛素的荧光光谱的影响和对类似物的影响非常相似。说明这些类似物的环境酪氨酸残基的微环境是相似的。由于去五肽胰岛素有接近于天然胰岛素的生物活力,去七肽胰岛素没有生物活力,因此说明,胰岛素分子的受体结合部位中,B_(24～25)两个苯丙氨酸侧链本身具有重要的地位。并不是因为失去它们后引起胰岛素构象变化而失活的。     

去B链羧端五肽胰岛素的结构研究——Ⅳ.溶液中的缔合性质、酪氨酸微区及主链构象

研究去B链羧端五肽胰岛素(DPI)的空间结构对了解胰岛素分子的结合部位是重要的,本文研究了它的部分空间结构性质。1.用凝胶过滤法研究了DPI的性质,说明接近生理环境的条件下(pH7.0,离子强度0.3),DPI没有自缔合性质,而是以单体存在。因此推论胰岛素的作用单位是单体,它以单体与受体结合并传递信息。2.用紫外差吸收法测定了DPI的pH差光谱,变性差光谱与热变性曲线。这些结果说明DPI的三个酪氨酸侧链暴露在分子表面。3.测定了DPI的圆二色性(CD)曲线。pH7.0时,远紫外CD曲线与胰岛素相似,但[θ]220毫微米负值变小。这可能说明DPI的主链与胰岛素基本相同而略有松散。近紫外CD曲线与胰岛素很不相同,谷顶在266毫微米,[θ]负值变小。讨论了Phe与-S-S-提供贡献的可能。结合本系列工作的Ⅲ、Ⅳ两文,可以认为,DPI的空间结构研究的结果支持胰岛素分子二体内单体间的疏水面是结合部位的一部分这一假设。     

若干外源凝集素对胰岛素与其受体相互作用的影响

本文研究了若干外源凝集素对胰岛素与其脂肪细胞胰岛素受体相互作用的影响。结果表明与D-甘露糖和D-葡萄糖专一结合的外源凝集素,如ConA (伴刀豆球蛋白A)、豌豆及蚕豆凝集素可抑制~(125)I-胰岛素与其受体的结合。与D-半乳糖专一结合的外源凝集素,如蓖麻凝集素I 和天花粉凝集素基本上不抑制~(125)I-胰岛素与其受体的结合,在低浓度时有一定程度的促进胰岛素与受体结合的能力。另外两个和低聚糖专一结合的半夏凝集素和PHA (菜豆凝集素)的效应和蓖麻凝集素I 等类似。这些结果说明在胰岛素受体分子表面可能存在着与ConA等专一结合的糖,而且它们在胰岛素受体与胰岛素结合部位的附近。而和其他几个外源凝集素专一结合的糖或低聚糖链则和胰岛素受体与胰岛素结合的部位相距较远,并就这些凝集素对胰岛素与受体结合的促进作用进行了讨论。     

若干外源凝集素对胰岛素与其受体相互作用的影响

本文研究了若干外源凝集素对胰岛素与其脂肪细胞胰岛素受体相互作用的影响。结果表明与D-甘露糖和D-葡萄糖专一结合的外源凝集素,如ConA(伴刀豆球蛋白A)、豌豆及蚕豆凝集素可抑制~(125)Ⅰ-胰岛素与其受体的结合。与D-半乳糖专一结合的外源凝集素,如蓖麻凝集素Ⅰ和天花粉凝集素基本上不抑制~(125)Ⅰ-胰岛素与其受体的结合,在低浓度时有一定程度的促进胰岛素与受体结合的能力。另外两个和低聚糖专一结合的半夏凝集素和PHA(菜豆凝集素)的效应和蓖麻凝集素Ⅰ等类似。这些结果说明在胰岛素受体分子表面可能存在着与ConA等专一结合的糖,而且它们在胰岛素受体与胰岛素结合部位的附近。而和其他几个外源凝集素专一结合的糖或低聚糖链则和胰岛素受体与胰岛素结合的部位相距较远,并就这些凝集素对胰岛素与受体结合的促进作用进行了讨论。     

3个六肽的胰岛素受体结合和体内生物活性

为了研究胰岛素受体结合部位的结构和功能,设计并用固相方法合成了３个六肽．在浓度大于１×１０３ｎｍｏｌ／Ｌ时,ｃｙｃｌｏ（Ｐｈｅ－Ｐｈｅ－Ｖａｌ－Ｌｅｕ－Ｔｙｒ－Ｇｌｙ）具有明显的胰岛素受体结合活力;Ｈ－Ｐｈｅ－Ｐｈｅ－Ｖａｌ－Ｌｅｕ－Ｔｙｒ－Ｇｌｙ－ＯＨ的这一活力则不明显;而Ｈ－Ｇｌｙ－Ｇｌｕ－Ａｒｇ－Ｇｌｙ－Ｐｈｅ－Ｐｈｅ－ＯＨ则增强胰岛素和其受体的亲和性．然而,它们都没有体内生物活性．这表明：环六肽部分模拟了胰岛素受体结合部位的空间构象;胰岛素受体结合部位的疏水性和其中的Ｂ２３Ｇｌｙ－Ｂ２４Ｐｈｅ－Ｂ２５Ｐｈｅ对胰岛素和其受体的结合起重要作用．     

B27K—去B链C端三肽胰岛素的制备、生物活力与自聚合性质

液相合成五肽Gly Phe Phe Tyr Lys(Boc)Obut,与B链C端去八肽胰岛素酶促缩合得到B2 7K 去B链C端三肽胰岛素(B2 7K DTrI,B2 7K destripeptideinsulin)。用小鼠惊厥法和小鼠降血糖法测得B2 7K DTrI的整体生物活力为标准胰岛素的 80 % ,B2 7K DTrI与人胎盘细胞膜胰岛素受体结合能力为标准胰岛素的 ( 12 5± 13 ) %。用凝胶过滤法证明B2 7K DTrI自聚合性质降低 ,具有与去B链C端五肽胰岛素相同的单体性质。在B2 7K DtrI结构中 ,B2 7T被K取代 ,其优点是在酵母中表达其前体后 ,可以很方便地通过胰蛋白酶水解获得     

胰岛素蛋白质工程研究进展

近年来,胰岛素蛋白质工程研究进展很快,主要介绍具有临床意义的速效长效和高效胰岛素研究概况,包括分子设计基础,生物活性和应用前景等.此外,还讨论了胰岛素的受体结合部位及胰岛素与其受体相互作用的研究近况．     

TyrB26位点改变的人类胰岛素类似物的化学合成与体外活性

摘要：为了研究人类胰岛素B链第26位的酪氨酸对胰岛素和受体之间的结合的影响,包括单独的氨基酸替换或化合物替换的不同的胰岛素类似物被合成,其中化合物替代的类似物的B链C末端都减少了4个氨基酸。在对它们与胰岛素受体的亲和力进行研究中,结果发现它们与胰岛素受体的亲和力没有丢失, HisB26类似物和N-MeHisB26类似物的结合能力与胰岛素相比改变不大,分别是胰岛素的72 %和107 %。N-MeGluB26类似物,AadB26类似物和Phe (4-carboxy) B26类似物的结合能力有很大的提高,分别是130 %, 234 %和160 %。     

胰岛素研究的一些新进展——记一次非正式的专题讨论会

1984年3月14—15日在中国科学院生物物理所,由该所蛋白质晶体学研究室主持召开了一次非正式的专题讨论会,就国内外胰岛素的结构与功能关系研究动向作了广泛而热烈的讨论。会上有八个中心发言。梁栋材同志就他们最近获得的去五肽胰岛素晶体结构的仔细研究结果,与已知的胰岛素分子结构对比作了“去五肽胰岛素疏水面的启示”的发言。他说去五肽胰岛素之所以仍保有相当高的胰岛素活力,是由于它仍大体具备了胰岛素的那种能与其靶细胞膜表面受体分子相结合的疏水面。为     

糖及其衍生物对胰岛素与其受体相互作用的影响

Cuatrecasas报道除去细胞表面的神经氨酸并不影响被处理细胞与胰岛素的结合能力,但继神经氨酸后再除去半乳糖,就使被处理细胞与胰岛素的结合能力降低。前文报道若干外源凝集素对胰岛素与其受体相互作用的影响,推测胰岛素受体分子上与胰岛素结合部位或其附近存在着甘露糖或葡萄糖。Kazten曾研究了一些糖类或其衍生物对胰岛素和其受体结合的影响,但结论似乎不很明确。本文报告若干单糖、低聚糖及糖苷对胰岛素与人胎盘细胞膜胰岛素受体相互作用的影响。     

猪B_1色氨酸去五肽胰岛素的制备及性质

本文采用甲基磺酰乙氧羰酰基(MSC)作为酸稳定性氨基可逆保护基,在二甲亚砜溶剂中与去五肽胰岛素(DPI)氨基选择性反应。经Sp-Sephadex C-25纯化得[MSC]~(?),单取代去五肽胰岛素。再经Edman 降解制得[MSC]~(?)desB_1DPI。作为半合成起始物与甲基磺酰乙氧羰酰色氨酸对硝基苯酯(Msc·Trp·ONP)在N-乙基吗啉存在下,在二甲亚砜溶液中进行缩合。缩合产物经Sp-Sephadex C-25分离,所得[MSC]_2Trp~(B_1)DPI 在0℃下以二氧六环∶甲醇∶水∶2N氢氧化钠(3∶0.5∶3.5∶1,V/V)混合溶剂脱保护。脱保护产物经Sephadex G-50纯化,制得[Trp]~(B_1)DPI。氨基酸组成和紫外吸收光谱分析,证实产物是[Trp]~(B_1)DPI。[Trp]~(B_1)DPI 经肝膜胰岛素受体结合活力分析,其受体结合活力为胰岛素的26%.     

去B链羧端五肽胰岛素的结构研究 Ⅴ.用萤光探针1,8-TNS对疏水区的初步研究

1,8-TNS与溶剂极性和粘度关系的研究,证明正如它们的位置异构物2,6-TNS一样具有萤光疏水探针的性能。我们用此探针比较研究了胰岛素、去B链羧端五肽胰岛素(DPI)、牛血浆白蛋白、溶菌酶、卵白蛋白的疏水表面性质。结果表明DPI和胰岛素相似,存在一个小而确定的疏水区。提示B链羧端五肽的去除并未严重改变其与受体结合有关的疏水面结构。在生理pH值其疏水面暴露较胰岛素略大。但其疏水面构象稳定性较胰岛素弱,随pH升高,分子局部构象可能发生扭动,疏水面构象遭到一定程度的破坏。总的来讲,DPI结构较胰岛素松散,稳定性亦下降。     

胰岛素与类似物结构与功能关系的核磁共振研究

对胰岛素及其类似物DPI(去五肽胰岛素),DOI(去八肽胰岛素)的~1H NMR(核磁共振)变温谱进行了比较研究。胰岛素的三维结构随温度上升发生明显的变化,以Val、Leu、Ile的CH_3组成的高场峰区(0.2～1.1ppm)的峰形逐渐变尖变窄,特别突出的是0.34～0.42ppm峰肩当温度升高至50℃以上逐渐向低场移动以至消失。此峰肩为A_2-Ile的两个CH_3受邻近A_(19)-Tyr芳香环的环流场屏蔽影响的高场位移峰。DPI变温谱具有与胰岛素十分相似的变化。而对比DOI的变温谱,我们发现常温时,由于A链头尾紧密联系的极性区构象已遭破坏,因而不出现此峰肩。此局部构象可能与DPI保存有相当大的生物活性和DOI丧失生物活性有关。胰岛素的A链头尾三维构象随温度上升至50℃以上的明显变化与胰岛素和受体结合活性在温度高于50℃被破坏的结果是一致的。这就提示了结合活性的变化与某些三维构象的变化可能是相关的。这也支持了A链头尾形成的极性区很象是胰岛素“结合部位”的一部分。     

用NMR法分析胰岛素的新型活性结构

美国哈佛大学医学部Q.X.Hua小组用核磁共振法(NMR)测定人胰岛素及其衍生物在溶液中的结构,并发现胰岛素并非是目前由x线结晶分析确定的结构(闭锁型,结合于受体),而是由非闭锁型起作用。Hua等推测:天然型结合于受体时在某种作用下变化成非闭锁型,受体结合部位为A链的N末端的2个疏水基。目前,x线结晶分析不能观察这种非闭锁型的结构。胰岛素的结构含21个氨基酸残基的A链和30个残基的B链,由2个二硫链搭接而成。被Hua称为闭锁     

去B链羧端五肽胰岛素的结构研究——Ⅰ.制备及性质

本文报道了一种改进的去B链羧端五肽胰岛素(DPI)的制备方法。按此法可获适宜单晶培养用的DPI制剂。其结晶制剂的受体结合活力为胰岛素的88%。其小白鼠惊厥活力为20I.U./毫克。在Zn~( )存在下和胰岛素有免疫交叉反应。     

重组单链胰岛素的连接肽与其生物功能的关系

为研究重组单链胰岛素的生物活性与连接肽之间的关系,用基因定点突变的方法分别以二肽A-K,七肽A-A-A-A-A-A-K和十二肽A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-K连接胰岛素的B30和A1,得到3个单链胰岛素分子PIP,[A]₅PIP和[A]₁₀PIP.它们的受体结合能力分别为胰岛素的0.14%, 14.3% 和11.1%, 体内生物活性与受体结合能力一致,而它们的促生长活性分别为胰岛素的17%,116.3%和38%.结果表明:(ⅰ)单链胰岛素也具有胰岛素的促代谢和促生长功能;(ⅱ)单链胰岛素与胰岛素受体的结合能力与连接肽的长度和氨基酸组成密切相关, 其受体结合能力随连接肽的改变,可由无到100%,进一步说明胰岛素与其受体结合时,B链C端远离A链N端是必需的;(ⅲ)单链胰岛素的促细胞生长能力也与连接肽长度和组成密切相关,且比其自身的促代谢能力强.     

不同年龄红细胞(人)的增溶胰岛素受体和胰岛素结合以及依赖于胰岛素的磷酸化反应

1.我们研究了人的不同年龄红细胞的胰岛素受体从膜上增溶后和胰岛素相结合的特征。结果表明,随着红细胞年龄的增加,增溶胰岛素受体和胰岛素的最大结合能力下降;ED_(50)降低,同时受体结合位点数减少。青年红细胞的增溶胰岛素受体数比去年的高一倍,但其亲和性不论在结合平衡状态或动力学状态都基本一致。 2.利用γ-~(32)P-ATP的~(32)P参入量研究了胰岛素对不同年龄红细胞增溶蛋白质及外源蛋白质的磷酸化的影响。在胰岛素存在时,磷酸化分别增加2.3—2.9倍,及3.4—4.4倍。胰岛素刺激青年红细胞的增溶蛋白质的磷酸化的敏感性为老年的2.4倍。 3.研究结果表明,单个人的血样可用来研究胰岛素受体的结合及激酶的性质。