胰岛素片段与胰岛素抗体的相互作用

本文研究了若干胰岛素片段及去B链C端八肽胰岛素(DOI)、A链、B链与胰岛素抗体的结合能力。结果表明N端区域片段保留部分胰岛素的免疫活力,而C端片段除“工”字肽的免疫活力比A链略高外,其他片段(B_(26～30),B_(22～26))均和A链类似,没有胰岛素的免疫活力。以上结果进一步说明在免疫活力方面,胰岛素分子的N端区域比C端重要。同样,B链可能比A链重要。     

胰岛素B链N端和C端缩短对其与胰岛素抗体结合力的影响

本文研究了B链N端和C端缩短的若干胰岛素类似物与胰岛素抗体的结合能力。结果表明:去B链C端五肽胰岛素(DPI)分子中B_1-Phe去除后其与胰岛素抗体结合力明显下降,这与去B_1-Phe胰岛素与胰岛素抗体结合力下降的趋势相似;去B链C端六肽胰岛素(DHI)与胰岛素抗体结合力与DPI非常接近,都为胰岛素的70%左右。而去B链C端七肽胰岛素(DHPI)与胰岛素抗体结合力与去B链C端六肽胰岛素(DHI)相比,其结合力下降了一个数量级。说明胰岛素B_1-和B_(24)-Phe残基对组成和维持胰岛素分子的抗原决定簇起着重要作用。去B链九肽胰岛素(DNI)与胰岛素抗体的结合力与去B链C端八肽胰岛索(DOI)及DHPI相似。本文对上述结果进行了讨论。     

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。     

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。     

去B链羧端九肽胰岛素的制备和性质

去B链C端八肽胰岛素(DOI)经羧肽酶B作用除去B_(22)-精氨酸,产物经SP-SephadexC25分离以后得到电泳均一的去B链C端九肽胰岛素(DNI)。从CD光谱可以看出,在水溶液中DNI的构象比DOI更松散。DNI与人胎盘细胞膜胰岛素受体的结合能力很低,但却比DOI高一些。     

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。     

胰岛素结构与功能关系的研究——Ⅳ.B_(22)-精氨酸的改变对胰岛素生物活性的影响

本文叙述了一系列B_(22)-精氨酸改变的B_(23)-D-Ala去B链羧端六肽胰岛素类似物的半合成。半合成途径是胰岛素六甲酯(INS-OMe)经胰蛋白酶和羧肽酶B作用得到去B链羧端九肽胰岛素五甲酯OMe-(DNIOH),A_1和B_1的α-氨基用Boc-基保护后与X-D-Ala·PheOMe(X=Gly,D-Arg,Val,Arg,Boc-Lys和OTB-Asp)缩合,三氟乙酸和皂化去除所有的保护基。这些类似物的生物活力表明;B_(22)-Arg并非不能改变,它用Lys甚至Asp代替后,不影响活力,活力水平约为天然胰岛素的20%。当B_(22)-Arg用Val代替后活力降低一半,而用Gly或D-Arg代替后,活力很低。文中对B_(22)-Arg在维持胰岛素构象和对胰岛素生物活力的影响以及豚鼠胰岛素活力低的原因等问题进行了讨论。     

用半合成方法证明B_(22)-精氨酸不是胰岛素表现活性所必需的

胰岛素六甲酯经胰蛋白酶和羧肽酶B水解,得去B链羧端九肽(B_(22-30))胰岛素五甲酯OMe—(DNIOH)。OMe—DNIOH的两个α-氨基用叔丁氧羰酰(BOC)保护后与X-D-Ala-PheOMe(X=Arg,D-Arg,Gly,BOG—Lys或OTB—Asp)缩合,去除所有的保护基后得B_(22)改变的去B链羧端六肽胰岛素(D-Ala~(B_(22))-DHI)。这些类似物的生物活性表明:Arg~(B_(22)能为Lys或Asp代替,这结果说明Arg~(B_(22))不是胰岛素活力所必需。但Arg~(B_(22))若为D-Arg或Giy代替,活力很低。     

反相高效液相层析在胰岛素结构与功能研究中的应用

采用一种简单的“甲醇-水-0.1％三氟醋酸”作为洗脱体系的反相高效液相层析对研究胰岛素结构与功能关系,以及A链和B链相互作用时所用的一些胰岛素衍生物进行了快速、灵敏、准确的分析和鉴定。 胰岛素的S-磺酸型A链和B链只经一次离子交换层析纯化,经鉴定结果表明是均一的。S-硫甲基型A链和B链基本上也是均一的。通过对胰岛素还原产物的分析确定了能保证胰岛素折分完全并对其重组较为有利的还原条件。去B链羧端五肽(B26—30)胰岛素,以及去B链羧端八肽(B23—30)胰岛素能同时与天然胰岛素清楚地分离。一级结构差别极小的猪胰岛素和牛胰岛素也可得到分辨。胰岛素的羧端缩短的B链和A链重组的定量分析表明B链羧端肽段不但对胰岛素分子的生物活力的体现,而且在A链和B链的正确重组中都起着重要的作用。     

用半合成方法证明B_(22)-精氨酸不是胰岛素表现活性所必需的

胰岛素六甲酯经胰蛋白酶和羧肽酶B水解,得去B链羧端九肽(B_(22-30))胰岛素五甲酯的两个α-氨基用叔丁氧羰酰(BOC)保护后与X-D—Ala—PheOMe(X=Arg,D-Arg,Gly,Lys或Asp)缩合,去除所有的保护基后得B_(22)改变的去B链羧端六肽胰岛素(D-Ala~B_(22)-DHI)。这些类似物的生物活性表明:Arg~B_(22)能为Lys或Asp代替,这结果说明Arg~B_(22)不是胰岛素活力所必需。但Arg~B_(22)若为D-Arg或Gly代替,活力很低。     

白鲢胰岛素的一级结构

白鲢是淡水鱼之一,其胰岛几乎不杂有外分泌腺,较易提取多肽激素,从中可分离出三方结晶胰岛素。本文报道了白鲢胰岛素的一级结构。与哺乳类及海水鱼胰岛素相比,它的结构特征如下:A链8、9、10位的氨基酸残基为组氨酸、赖氨酸、脯氨酸;A_(13)与A_(14)为异亮氨酸和苯丙氨酸,类似于一般鱼胰岛素,而差异于哺乳类胰岛素的相应位置。它的A_(15)为谷氨酸,A_(17)为谷氨酰胺,恰与哺乳类胰岛素的相应位置对调,其它鱼类胰岛素的A_(15)则为天冬氨酸,A_(17)也为谷氨酰胺。它的B链为三十一肽,N端区相当特殊,其N端延伸出额外的两个氨基酸残基。B_(13)与B_(21)都为天冬氨酸,而哺乳类胰岛素的相应位置均为谷氨酸。B链的羧端少一个氨基酸,这与一些鱼胰岛素的结构相似,而与其他种类的胰岛素有很大区别。本文就其结构与功能关系进行了讨论。     

白鲢胰岛素的一级结构

白鲢是淡水鱼之一,其胰岛几乎不杂有外分泌腺,较易提取多肽激素,从中可分离出三方结晶胰岛素。本文报道了白鲢胰岛素的一级结构。与哺乳类及海水鱼胰岛素相比,它的结构特征如下:A链8、9、10位的氨基酸残基为组氨酸、赖氨酸、脯氨酸;A_(13)与A_(14)为异亮氨酸和苯丙氨酸,类似于一般鱼胰岛素,而差异于哺乳类胰岛素的相应位置。它的A_(15)为谷氨酸,A_(17)为谷氨酰胺,恰与哺乳类胰岛素的相应位置对调,其它鱼类胰岛素的A_(15)则为天冬氨酸,A_(17)也为谷氨酰胺。它的B链为三十一肽,N端区相当特殊,其N端延伸出额外的两个氨基酸残基。B_(13)与B_(21)都为天冬氨酸,而哺乳类胰岛素的相应位置均为谷氨酸。B链的羧端少一个氨基酸,这与一些鱼胰岛素的结构相似,而与其他种类的胰岛素有很大区别。本文就其结构与功能关系进行了讨论。     

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.     

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     

去B链C端五肽胰岛素类似物的制备和性质

A_1B_(29)-(MSC)_2胰岛素经胃蛋白酶限制性地水解得A_1-(MSC)-DPI。通过Edman降解方法,从A_1-(MSC)-DPI制备了B链N端缩短的DPI类似物,即:去B_1(Phe)-DPI,去B_(1-2)(Phe Val)-DPI和去B_(1-3)(Phe Val Asn)-DPI。本文还叙述了它们的生物活力。     

去B链羧端七肽(B24～30)胰岛素的制备——羧肽酶-A限制性水解去五肽胰岛素

用羧肽酶-A对去B链羧端五肽胰岛素进行限制性酶解,得到去B链羧端七肽胰岛素,反应条件是pH7.4,0℃,10小时。水解产物经Sephadex G-50柱分离,并经羧端顺序与氨基酸组成分析鉴定。用小白鼠惊厥法测定,这一去七肽胰岛素制剂有4.7%的胰岛素活力。     

从胰岛素A及B链重合成胰岛素

(1)用亚硫酸盐及四硫硫酸盐将胰岛素的硫-硫键拆成S-磺酸基后,再经过离子交换或板型电泳分离,可以得到纯的A及B链。(2)用小白鼠惊厥法检查,S-磺酸型A及B链都不具有生物活力。用过量巯基乙酸将纯的A或B链的S-磺酸基还原为巯基,然后分别将还原型的A或B链溶液(pH 8.5)单独在空气中氧化也不产生活力。但将还原型A及B链混合,在同样条件下氧化时,可以获得有活力的产物。活力一般恢复到原活力的5-10%左右。(3)用还原型的A或B链分别与S-磺酸型的B或A链共同保温都可以得到有活力的产物。(4)将恢复活力的重氧化产物进行提纯的结果得到比活力为每毫克18.4国际单位的结晶。这样所获得的晶体其结晶形状、降血糖性质、电泳性质以及在三种溶剂系统中的比移都和结晶胰岛素相同。(5)以上晶体和结晶胰岛素的胃蛋白酶酶解图谱也基本上相同。     

B链N端去二肽(B1～2)C端去五肽(B26～30)胰岛素晶体结构的分子置换法研究

以B链羧端去五肽胰岛素(DPI)结构为模型,应用分子置换法对B链N端去二肽(B1～2)C端去五肽(B26～30)胰岛素(DesB1～2DPI)晶体结构进行了研究.DesB1～2DPI晶体单位晶胞中每个结晶学不对称单位包含1个DesB1～2DPI分子.交叉旋转函数和平移函数搜索均找到了明显突出的峰,确定了DesB1～2DPI分子在晶胞中的取向和位置.进一步的三维模型重建和结构精化结果巩固了DesB1～2DPI的分子置换法研究的正确性.