高中生物胰島素知識點

　胰島素是由胰臟內的胰島β細胞受內源性或外源性物質如葡萄糖、乳糖、核糖、精氨酸、胰高血糖素等的刺激而分泌的一種蛋白質激素。

　　(一)胰島素的結構：

　　胰島素是由51個氨基酸組成的蛋白質，含有2條肽鏈，氨基酸的連線方式是脫水縮合，這其間要失去49分子的水，形成49個肽鍵;胰島素分子中至少含有2個-COOH和2個-NH2;若一個氨基酸的平均分子量是128，那麼胰島素的分子量大約是5646。

　　(二)胰島素的合成及分泌：

　　1.胰島素是分泌蛋白，其合成是在胰島B細胞中的核糖體上進行的，與其合成及分泌相關的細胞器有核糖體、內質網、高爾基體、線粒體(注意掌握各細胞器所起的作用);其合成及分泌的途徑是：核糖體→內質網→高爾基體→細胞膜→胞外;該物質出入細胞的方式為外排作用。

　　2.控制胰島素合成的基因是真核細胞基因，其結構包括編碼區和非編碼區，非編碼區對編碼區的表達起調控作用，編碼區包括內含子和外顯子。

　　3.基因控制胰島素的合成包括轉錄和翻譯過程。在控制胰島素合成的基因中，至少含有306個脫氧核苷酸;該過程中約需要51個tRNA，mRNA中大約有153個核糖核苷酸、51個密碼子。

　　4.人體內合成胰島素所需要的原料-氨基酸的來源途徑有：腸道吸收、自身蛋白質的分解、氨基轉換作用(其它物質的轉變)等。

　　(三)胰島素的作用及異常：

　　1.胰島素的生理作用是：調節糖類代謝，降低血糖含量，促進血糖合成為糖元，抑制非糖物質轉化為葡萄糖，從而使血糖含量降低。在血糖平衡調節中，胰島素的分泌會抑制胰高血糖素的分泌，這兩種激素間的關係表現為拮抗作用;當人飢餓時，胰島素的分泌量會減少。

　　2.如果一個人持續性高血糖和糖尿，可能的原因是腎功能發生障礙或患糖尿病。如果是前者，原因是由於腎小管不能有效地將葡萄糖重吸收回血液，他的尿中就會出現葡萄糖，該吸收方式為主動運輸;如果是後者，其病因是胰島B細胞受損，導致胰島素分泌量過少，從而促進肝糖元的分解，促進非糖物質的轉化，使葡萄糖進入組織細胞和在細胞內氧化利用發生障礙，從而導致血糖含量高於160～180mg/dL。

鑑定尿糖一般用班氏試劑，如果尿中有糖的話，加熱後溶液的顏色將由藍色變成磚紅色沉澱;患者的主要症狀是多食、多尿、多飲、口渴、機體消瘦、體重減輕等，其中涉及到肝臟、胰腺、腎臟等器官的參與;臨床中用該種激素治療糖尿病，只能注射，不能口服，原因是胰島素是蛋白質，口服後被消化分解，失效。

　　(四)胰島素的生產：

　　過去用來治療糖尿病的胰島素主要是從動物體的器官、組織中提取，由於產量很低，不利於推廣。現在利用發酵工程的方法生產胰島素，不僅大大提高了產量，而且還降低了成本。

　　1.菌種的選育：

　　能夠產生胰島素的大腸桿菌是利用基因工程技術獲得的，這種細菌又叫做工程菌，其構建過程是：

　　①提取目的基因：可採用人工合成基因方法獲得。

　　②目的基因與運載體結合：基因工程中最常用的運載體是質粒，它是存在於細菌的染色體外並能夠自主複製的環形DNA分子，在這個過程中需要使用的酶有限制性內切酶和DNA連線酶。

　　③把目的基因匯入受體細胞：這個過程中一般用要CaCl2處理細菌的細胞壁，目的是增大細胞壁的通透性。

　　④目的基因的檢測與表達：大腸桿菌能利用人的胰島素基因合成胰島素，說明了生物共用一套密碼子。

　　(2)培養基的配製：

　　①不僅營養成分要全，即包括碳源、氮源、生長因子、水、無機鹽，而且原料應根據微生物的代謝特點來進行選擇，即從同化作用角度看，大腸桿菌的代謝型別為異養型，因此我們選擇碳源時應選擇含碳的有機物。

　　②工業生產上一般用的培養基型別為液體培養基。

　　(3)滅菌，是指殺死一定環境中所有微生物的細胞、芽孢和孢子，目的是防止雜菌的汙染，避免引起競爭。

　　(4)擴大培養和接種：應選用處於對數期的大腸桿菌做菌種，該時期的種群呈J型曲線增長。

　　(5)發酵階段：

　　①胰島素應屬於大腸桿菌的次級代謝產物，為了獲得更多的胰島素，應適當控制延長穩定期，一般採用連續培養的方法。該時期與上一個時期比較，菌體數目的增長趨向平緩，從其生存的無機環境來分析，原因是營養物質的消耗，有害代謝產物的積累、pH的變化等，從種群內個體之間的關係看，是由於種內鬥爭的加劇。該階段種群數量達到K值。

　　②在該階段還要注意嚴格控制溫度、pH、無氧等發酵條件。

　　(6)代謝產物的分離和提純：提取時應採用蒸餾、萃取、離子交換等方法進行。分離提純後的產品，還要經過質量檢查合格後，才能成為正式產品。

　　2.透過基因工程得到的工程菌――大腸桿菌的分裂方式為二分裂，其生殖型別屬於無性生殖中的分裂生殖。其細胞壁的成分是肽聚糖等。大腸桿菌與人體細胞相比主要區別是：大腸桿菌無成型的細胞核(或無核膜)，人體細胞有成型的細胞核;大腸桿菌無除核糖體以外的其它細胞器，人體細胞中有各種細胞器等。該菌種的獲得採用的是基因工程育種，屬於定向的變異。