不可或缺的胰島素

可能你還不了解什么是糖尿病，但如果讓你從此以后糖果、冰淇淋、爆米花等零食碰都不能碰，甚至連蘋果、哈密瓜等水果也不能想吃多少吃多少，你對(duì)糖尿病人的痛苦或許就有點(diǎn)體會(huì)。有一些糖尿病人還不得不每天注射藥物，更是麻煩。為什么會(huì)有糖尿病，怎么治療，都與一種重要的蛋白質(zhì)密切相關(guān)，那就是胰島素。

身懷絕技的胰島素

胰島素之所以被稱為胰島素，是因?yàn)樗怯审w內(nèi)特殊的一類細(xì)胞，即胰臟內(nèi)的胰島β細(xì)胞分泌的。胰島素的本領(lǐng)可大了。它是體內(nèi)唯一可以降低血糖的激素，可以幫助身體各個(gè)部分吸收血糖（血液中的葡萄糖）。胰島素的生產(chǎn)量不正常，或是起不到應(yīng)有的作用，或者兩種情況都出現(xiàn)，就發(fā)生了上面所說(shuō)的糖尿病。此外，胰島素還是唯一同時(shí)促進(jìn)糖原、蛋白質(zhì)和脂肪合成的激素。小朋友們的正常生長(zhǎng)可少不了它！

不簡(jiǎn)單的“小個(gè)子”

胰島素在蛋白質(zhì)中算是“小個(gè)子”。蛋白質(zhì)是由20種氨基酸構(gòu)成的。不同的氨基酸大小類似，形狀略有不同。它們按照一定的順序，像珍珠一樣串起來(lái)，形成長(zhǎng)長(zhǎng)的一串，并通過(guò)折疊、旋轉(zhuǎn)等方式，形成有特定空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。多數(shù)蛋白質(zhì)都含200個(gè)以上的“珍珠”，而人體內(nèi)分泌出來(lái)的胰島素由兩條鏈組成，共含51個(gè)氨基酸殘基。

別看胰島素分子不大，它的形成過(guò)程和結(jié)構(gòu)可不簡(jiǎn)單。胰島素在細(xì)胞內(nèi)剛形成時(shí)是一條長(zhǎng)鏈。長(zhǎng)鏈的最前端會(huì)先被切除，形成胰島素原。之后，胰島素原的中間部分會(huì)被切下，剩下頭尾兩段，分別稱作A段和B段。那這兩段會(huì)不會(huì)分開呢？并不會(huì)，因?yàn)锳段中含兩個(gè)叫半胱氨酸的氨基酸，它們有長(zhǎng)長(zhǎng)的“手臂”，分別拉住B段中的兩個(gè)半胱氨酸，形成兩根特殊的紐帶—兩對(duì)由半胱氨酸形成的二硫鍵。這樣結(jié)合在一起的A段和B段就構(gòu)成了有活性的胰島素，可以為我們?nèi)梭w的正常運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)揮作用啦。

“中國(guó)制造”的胰島素

1955年，英國(guó)的F·桑格小組測(cè)定了牛胰島素的氨基酸序列，這是具有里程碑意義的重要工作。另一個(gè)挑戰(zhàn)接踵而來(lái)：確定了牛胰島素的分子結(jié)構(gòu)后，能不能人工合成牛胰島素？這項(xiàng)挑戰(zhàn)難度非常大，因?yàn)楫?dāng)時(shí)并不清楚蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)是否由蛋白質(zhì)的氨基酸序列決定，而且也不知道單獨(dú)合成胰島素A段和B段再連接后，兩段之間是否能正確“拉手”，從而形成和天然胰島素結(jié)構(gòu)一樣的蛋白質(zhì)。

1958年，中國(guó)科學(xué)院的王應(yīng)睞、曹天欽、鄒承魯、鈕經(jīng)義、沈昭文等前輩科學(xué)家，提出了一個(gè)世界級(jí)難度的科學(xué)項(xiàng)目：在中國(guó)完成胰島素人工合成。要知道，那時(shí)國(guó)家經(jīng)濟(jì)條件有限，項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)匱乏，科研人員也不夠，要完成這個(gè)宏偉目標(biāo)很困難。中國(guó)科學(xué)院生物化學(xué)研究所、北京大學(xué)化學(xué)系有機(jī)教研室和中國(guó)科學(xué)院有機(jī)化學(xué)研究所分工合作，經(jīng)過(guò)7年時(shí)間的努力，最終于1965年在世界上第一次人工合成了具有完全生物活性的牛胰島素，并且合成的牛胰島素純度非常高，能夠結(jié)晶，晶體結(jié)構(gòu)顯示，與天然胰島素分子有相同的化學(xué)結(jié)構(gòu)。人工合成結(jié)晶牛胰島素的研究論文發(fā)表后，在國(guó)際上引起了極大轟動(dòng)，英國(guó)電視臺(tái)和美國(guó)的報(bào)紙都報(bào)道了這一消息。這是非常了不起的成就，被認(rèn)為是中國(guó)的代表性重大科研成果之一。而今年，正是人工合成結(jié)晶牛胰島素這一偉大成就取得五十周年，老一輩科學(xué)家自主創(chuàng)新的志氣和勇氣，以及艱苦奮斗、甘于奉獻(xiàn)和團(tuán)隊(duì)合作的精神仍在激勵(lì)著當(dāng)今的科技工作者。

造福人類的胰島素藥物

1921年胰島素被發(fā)現(xiàn)，次年就用于糖尿病病人的治療，從此糖尿病不再是不治之癥。

最早用來(lái)治療糖尿病的胰島素來(lái)源于動(dòng)物，盡管豬、牛等動(dòng)物的胰島素和人胰島素氨基酸序列和結(jié)構(gòu)都非常相像，但用在治療時(shí)副作用大。人工合成牛胰島素就屬于這一類，而且合成成本很高，應(yīng)用上有很大限制。到了20世紀(jì)80年代，人們通過(guò)新興的基因工程技術(shù)，可以獲得高純度的合成人胰島素，副作用就小多了，不過(guò)病人使用起來(lái)還是很麻煩，例如需在餐前30分鐘注射，而且在多個(gè)方面不能模擬正常人體內(nèi)胰島素的分泌模式。

20世紀(jì)90年代末，人們開始利用基因工程技術(shù)修飾合成的胰島素，改變它們的物理化學(xué)性質(zhì)和生物學(xué)特征。一些修飾過(guò)的胰島素更適合人體生理需要，現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。

神奇的貼片

目前，美國(guó)北卡羅來(lái)納大學(xué)和北卡羅來(lái)納州立大學(xué)的研究人員在研制一種智能胰島素貼片。它們看起來(lái)像創(chuàng)口貼，上面排列著上百枚約睫毛粗細(xì)的微針，微針內(nèi)布滿了直徑只有頭發(fā)絲百分之一大小的微囊泡。當(dāng)監(jiān)測(cè)到人的血糖水平升高，囊泡就會(huì)分解，釋放出胰島素，通過(guò)微針注射入皮膚。如果研制成功，那些原本需要天天注射胰島素的糖尿病人，只需幾天換一次貼片就可以維持血糖水平正常了。