胰岛素作用原理研究近况

我国科学工作者在1965年首次用化学方法全合成了具有全部生物活力的结晶牛胰岛素,开辟了人工合成蛋白质的新时期,也促进了我国对胰岛素的深入研究。1973年,我国科学工作者又测定了1.8埃分辨率猪胰岛素分子的三维结构,为胰岛素结构与功能     

猪胰岛素晶体结构测定

1969～1974年间,我国科学工作者先后在分辨率4埃(1970)、2.5埃(1971)、1.8埃(1973)测定了猪胰岛素三方二锌晶体结构。这是我国第一个蛋白质晶体结构,也是当时亚洲地区第一个蛋白质晶体结构,国际上少     

长效胰岛素的分子设计研究

以工程化制备由分子内在因素制导的可溶性长效胰岛素为目标,提出以“增加次级键,稳化寡聚体”原理,用以减缓注射进入体内的胰岛素六聚体的解聚速率,形成能持续供应胰岛素单体的“库”,从而获得长效作用。据此以精确的胰岛素三维结构为基础,进行了分子设计和计算机模拟,提出了对胰岛素的B链c端和N端修饰产生长效性的分子改造方案,重点分析了B2Lys/Arg和B31Lys/Arg胰岛素。用化学半合成制备的上列二种胰岛素,生物学测试表明确有长效性。2埃分辨率B31-Arg人胰岛素晶体结构的测定显示了Arg-B31与相邻分子Glu-B21间存在一对附加氢键作为长效效应的主要结构基础,证实分子设计思想的基本正确性。     

高稳定人胰岛素的晶体学研究:Ⅲ,A21-Asp突变体的结晶和初步晶体学分析

研究一系列有明确意义改性胰岛素的结构将有益于新型胰岛素分子的设计。经蛋白质工程制备的AspA21—人胰岛素(ADHI)基本保持了生物活力,而在酸性溶夜(pH3—4)中的稳定性比天然胰岛素在中性溶液中高5—10倍。本文报道ADHI的结晶、初步晶体学研究及中等分辨率衍射数据的收集。ADHI晶体属R3空间群:a_H=b_H=82.72埃,c_H=34.02埃。     

高稳定人胰岛素的晶体学研究:Ⅲ,A21-Asp突变体的结晶和初步晶体学分析

研究一系列有明确意义改性胰岛素的结构将有益于新型胰岛素分子的设计。经蛋白质工程制备的AspA21—人胰岛素(ADHI)基本保持了生物活力,而在酸性溶夜(pH3—4)中的稳定性比天然胰岛素在中性溶液中高5—10倍。本文报道ADHI的结晶、初步晶体学研究及中等分辨率衍射数据的收集。ADHI晶体属R3空间群:a_H=b_H=82.72埃,c_H=34.02埃。     

胰岛素晶体中水的一般结构及作用

在1.8A分辨率胰岛素同晶置换结构的基础上,运用差值付里叶技术研究了胰岛素晶体中水的结构和作用。晶胞中大约三分之一的水呈结合状态,它们与胰岛素分子彼此以氢键结合。在差值图上,这部分水分子表现清晰而肯定,显示出有序状态。胰岛素分子A、B链各氨基酸残基的极性和荷电基团,除已经彼此以氢键或盐键形成给体-受体“配偶”者和处于分子内部者外,其余几乎都与水分子相结合。蛋白质分子表现出最大限度结合水的倾向。一些水桥和水网络作用于胰岛素分子的A、B链之间和二聚体之间,对胰岛素分子A、B链的正确相关以及二聚化和六聚化都有重要意义。显然通过水分子的作用,使极性和荷电基团形成最大限度的给体-受体“配偶”,是稳定蛋白质三维结构的一个重要因素。大约三分之二的水分子,围绕胰岛素分子形成近似“水合层”的结构。它们在差值电子密度图上,表现弱而弥散,显示出是一些有序性较差的分子。通过结合水在蛋白质分子表面形成一些“抛锚点”,可能是这类水与蛋白质分子相作用的一条途径。它们较大的游动性,对蛋白质分子的动力学性质可能有重要意义。     

胰岛素晶体中水的一般结构及作用

在1.8分辨率胰岛素同晶置换结构的基础上,运用差值付里叶技术研究了胰岛素晶体中水的结构和作用。晶胞中大约三分之一的水呈结合状态,它们与胰岛素分子彼此以氢键结合。在差值图上,这部分水分子表现清晰而肯定,显示出有序状态。胰岛素分子A、B链各氨基酸残基的极性和荷电基团,除已经彼此以氢键或盐键形成给体-受体“配偶”者和处于分子内部者外,其余几乎都与水分子相结合。蛋白质分子表现出最大限度结合水的倾向。一些水桥和水网络作用于胰岛素分子的A、B链之间和二聚体之间,对胰岛素分子A、B链的正确相关以及二聚化和六聚化都有重要意义。显然通过水分子的作用,使极性和荷电基团形成最大限度的给体-受体“配偶”,是稳定蛋白质三维结构的一个重要因素。大约三分之二的水分子,围绕胰岛素分子形成近似“水合层”的结构。它们在差值电子密度图上,表现弱而弥散,显示出是一些有序性较差的分子。通过结合水在蛋白质分子表面形成一些“抛锚点”,可能是这类水与蛋白质分子相作用的一条途径。它们较大的游动性,对蛋白质分子的动力学性质可能有重要意义。     

A_(21)—Asp人胰岛素突变体2.4埃分辨率晶体结构研究

A_(21)-Asp人胰岛素(A_(21)D-HI)是经由蛋白质工程途径制备的突变体,具有高稳定特性.本文报道在2.4埃分辨率A_(21)-HI X-射线晶体结构的测定,所获结构模型经能量制约的最小二乘技术(EREF)精化,最后的晶体学一致性因子R=0.192,共价键长与标准值的平均偏差为0.019埃.在(2F-F_e)电子密度图上,突变残基A_(21)-Asp清晰可见.与天然胰岛素比较,除践基A_(21)外,突变体分子的构象在该分辨率未见显著变化,具有重要结构意义的残基A_(21)-NH与B_(23)-Co之间的主链氢键在两个独立分子中都仍然保持,A链末端羧基与B_(22)-Arg的侧链胍基间的盐键在分子中也仍然保持.在这一基础上,讨论了突变体与分子的化学稳定性和生物活力的关系.     

[Trp]~(B_1)胰岛素结构研究——Ⅱ.差值傅立叶法结构分析

在四圆衍射仪上收集了猪和牛[Trp]~(B_1)胰岛素单晶体3.1埃分辨率的衍射数据,并计算获得了这两个胰岛素类似物对猪胰岛素的差值电子密度图。这两套图的特点基本上相似,B_1-Trp残基附近密度变化较大,从密度的形状与连续性看来,在不对称单位的两个分子中,分子I 的色氨酸侧链似乎指向分子内部。在本文的最后部分对所得到的结果作了讨论。     

[Trp]~(B_1)胰岛素结构研究——Ⅱ.差值傅立叶法结构分析

在四圆衍射仪上收集了猪和牛[Trp]~(B_1)胰岛素单晶体3.1埃分辨率的衍射数据,并计算获得了这两个胰岛素类似物对猪胰岛素的差值电子密度图。这两套图的特点基本上相似,B_1-Trp残基附近密度变化较大,从密度的形状与连续性看来,在不对称单位的两个分子中,分子Ⅰ的色氨酸侧链似乎指向分子内部。在本文的最后部分对所得到的结果作了讨论。     

去七肽胰岛素的分子动力学研究

本文用分子动力学的方法对去七肽胰岛素(DHPI)分子的构象进行了研究,首先用分子动力学方法对晶体胰岛素分子的构象能进行了优化,然后除去B链C端的最后七个残基(B24—B30),做分子动力学模拟,得到了DHPI的平衡构象和均方差波动。胰岛素分子的X射线晶体衍射结构和能量优化构象之间的均方根偏差为0.1;所得DHPI构象和胰岛素能量优化构象间C原子间的均方根偏差为1.8。变化最大的区域是A8—A10,A18—A21,B1—B41和B18—B23。     

胰岛素受体酪氨酸激酶与胰岛素作用

关于胰岛素的作用机制,目前有一种假说,认为胰岛素与其受体的α亚基结合后将信息传递给β亚基,引起β亚基酪氨酸激酶自身磷酸化而激活。酪氨酸激酶可以使细胞内其他蛋白质磷酸化,从而启动一系列细胞内事件发挥胰岛素的多重调节作用。通过近六年来的深入研究,已经了解胰岛素受体酪氨酸激酶在介导胰岛素的绝大多数生物学效应中起着关键作用。本文对这方面的研究进展情况及前景作一简要综述。 (一)胰岛素受体的结构近年来采用亲和标记、免疫沉淀、亲和层析、分子克隆等技术,对胰岛素受体的结构进行了研究。现在已了解胰岛素受体分子由两个13.5万分子量的α亚基、两个9.5万分子量的β亚基,三对二硫键连接而成。胰岛素受体的α及β亚基是由一1382个氨基酸组成的前受体原     

1.2A分辨率胰岛素二体中两个分子间的构象差异

以1.2A分辨率的胰岛素精细结构模型为基础,分析并确定了三方二锌猪胰岛素晶体中二体分子的构象差异。构象差异不仅表现于侧链残基,也涉及到主链构象的变化。二体分子的构象差异带来的不对称性也明显地表现在二体分子的氢键体系和结合水的差异。局部微环境的不同是维持二体分子构象差异的稳定因素。文中对有重要差异的残基作了较详细的分析和讨论。     

基因工程生产人胰岛素

继在世界上首次人工合成牛胰岛素及高分辨胰岛素晶体结构分析后,我国科学家又在人胰岛素基因工程研究上取得重大突破。北京大学生物系的一个科研小组,采用基因工程方法,得到具有天然组成及生物活性的人胰岛素,向规模生产人胰岛素的方向前进了一步。在生物技术出现以前,用于医疗的都是动物胰岛素,它与人胰岛素虽在生物活性上没有多大差别,但由于化学结构     

[L-蛋氨酸]~(B_0)牛胰岛素晶体结构的研究——单晶培养及X射线晶体学的分析

用微量静置法在柠檬酸缓冲液中培养出可供X射线结构分析用的B链NH_2端L-蛋氨酸牛胰岛素单晶。晶体衍射分辨率达到2.0,所培养的晶体属立方晶系,a=73.503A,其空间群为P2_13,每个结晶学不对称单位含两个蛋氨酸牛胰岛素分子。对单位晶胞内六聚体之间的可能排列进行了讨论。     

当今胰岛素研究的趋势——胰岛素作用机制的阐明

一、前言自1921年Banting和Best分离提取出胰岛素以来,胰岛素的研究已经经历了60多年的历史。五十年代,随着分子生物学的崛起,胰岛素的研究也进入了一个新的阶段,并且成为分子生物学中一颗灿烂的明星。一方面,分子生物学的某些重要突破,正是在胰岛素的研究中取得的;另一方面,胰岛素研究本身始终处于分子生物学发展的前沿。近十几年来,胰岛素研究的形势有了很大变化,研究重点从胰岛素分子本身转向胰岛素作用机制。也就是说,胰岛素研究领域不仅包括胰岛素分子,还涉及到胰岛素受体,涉及到胰岛素与其受体结合后     

用于生物大分子晶体结构修正的差值Fourier综合程序系统

在国产大型通用电子计算机013上建立了用于生物大分子晶体结构晶体学修正的差值Fourier综合程序系统。该程序包括坐标和温度因子增量的自动分析和计算,配合适当的人工干预可使繁杂而艰苦的修正过程连续进行,实现了差值Fourier修正的半自动化。应用本程序系统对1.8埃分辨率的胰岛素晶体结构进行了十一轮差值Fourier修正。偏离因子R值从38.8%降到21.0%。修正后的Fourier图提供了包括蛋白质和水在内的更精细的结构信息。     

用于生物大分子晶体结构修正的差值Fourier综合程序系统

在国产大型通用电子计算机013上建立了用于生物大分子晶体结构晶体学修正的差值Fourier综合程序系统。该程序包括坐标和温度因子增量的自动分析和计算,配合适当的人工干预可使繁杂而艰苦的修正过程连续进行,实现了差值Fourier修正的半自动化。应用本程序系统对1.8埃分辨率的胰岛素晶体结构进行了十一轮差值Fourier修正。偏离因子R值从38.8%降到21.0%。修正后的Fourier图提供了包括蛋白质和水在内的更精细的结构信息。     

胰岛素分子中的非螺旋氢键

以差值傅里叶技术对同晶置换途径测定的胰岛素结构进行精化后,用蛋白质分子内环境分析程序考查了胰岛素分子的非螺旋氢键。结果表明,几乎所有非螺旋氢键都集中分布在B链N端(B4～B6)和C端(B20—B26)伸展肽段,A链两段螺旋间的4肽(A9—A12)和C端5肽(A17—A21),及其之间。它们包括,A链和B链自身形成的氢键3对,A链与B链之间的氢键5对,侧链与主链间的氢键5对,以及分子间的氢键4对。它们对于胰岛素分子精细构象的形成和稳定,特别对于B链C端(B20—B26)肽段的特征折迭和A—B链的正确三维相关,具有重要作用。运用非螺旋氢键分析的结果,讨论了它们在蛋白质结构中可能的一般性作用,以及胰岛素C端和N端一系列修饰物结构-功能研究的结果,提出了胰岛素分子的二聚化及胰岛素原的C肽可能对分子的特征三维折迭具有保护性作用的看法。     

胰岛素分子中的非螺旋氢键

以差值傅里叶技术对同晶置换途径测定的胰岛素结构进行精化后,用蛋白质分子内环境分析程序考查了胰岛素分子的非螺旋氢键。结果表明,几乎所有非螺旋氢键都集中分布在B链N端(B4—B6)和C端(B20—B26)伸展肽段,A链两段螺旋间的4肽(A9—A12)和C端5肽(A17—A21),及其之间。它们包括,A链和B链自身形成的氢键3对,A链与B链之间的氢键5对,侧链与主链间的氢键5对,以及分子间的氢键4对。它们对于胰岛素分子精细构象的形成和稳定,特别对于B链C端(B20—B26)肽段的特征折迭和A—B链的正确三维相关,具有重要作用。运用非螺旋氢键分析的结果,讨论了它们在蛋白质结构中可能的一般性作用,以及胰岛素C端和N端一系列修饰物结构-功能研究的结果,提出了胰岛素分子的二聚化及胰岛素原的C肽可能对分子的特征三维折迭具有保护性作用的看法。