胰岛素在离子交换色谱分离中的保留规律研究文献综述

课题名称

INS1802_胰岛素在离子交换色谱分离中的保留规律研究

课题性质

radic; 基础研究 应用课题 设计型 调研综述 理论研究

拟研究解决的问题：

研究手段：

文献综述：

INS1802_胰岛素在离子交换色谱分离中的保留规律

1.猪胰岛素S柱纯化过程中离子交换色谱纯化分离中保留方程的研究

1.1 层析柱死时间及梯度延迟时间的测定

1.2 流动相pH值对保留规律的影响

1.3 乙醇浓度对保留规律的影响

1.4 确定最佳条件后不同梯度条件下的保留规律研究

2. 等度梯度条件下的验证

3. 流速对胰岛素在离子交换色谱纯化分离中保留规律的影响

4. 不同胰岛素上样量对峰展宽的影响

5. 猪胰岛素在WorkBeads 40S填料上离子交换模拟制备

6. 猪胰岛素在WorkBeads 100S及40S填料上离子交换小规模放大制备比较

7. 不同层析填料柱效及胰岛素在不同填料上分离效果总结

INS1802_胰岛素在离子交换色谱分离中的保留规律研究

摘要：糖尿病发病率的逐年上升使得治疗糖尿病的药物需求量逐年增加，胰岛素更是治疗糖尿病最有效也是几乎必须的一种药物。胰岛素是生物体内合成的唯一具有降低血糖作用的激素，经过多年的发展，胰岛素的生产已经从动物体内提取的天然胰岛素向半合成胰岛素、基因工程胰岛素转变。由于工艺复杂造价较高的原因，基因工程胰岛素的应用仍然需要进一步的发掘，现阶段动物胰岛素和半合成胰岛素仍然具相对价廉优势，因而对胰岛素的提纯仍然具有良好的商业价值。离子交换色谱法相对于其它蛋白分离方法而言操作简单，条件温和，因而广泛的应用于蛋白质的分离纯化当中。因而本实验采用离子交换色谱法对猪胰岛素粗品进行纯化并对其色谱条件进行摸索。

关键词：胰岛素；分离纯化；离子交换

胰岛素是最早发现的一种小分子蛋白类激素，相对分子质量为5700，具有降低人体血糖的作用。人胰岛素由两条肽链26种51各氨基酸构成，A链为11种21个氨基酸，B链有15种31个氨基酸，其中A7B7之间、A20B19之间的四个半胱氨酸中的巯基形成两个二硫键，使A、B两链连接起来。此外A链中A6与A11之间也存在一个二硫键。在1955年，科学家通过研究阐明了胰岛素序列的一级结构。1965年我国科学家成功合成了世界上首个具有生物活性的生物大分子——结晶牛胰岛素。

胰岛素具有十分庞大的市场，具有良好的商业价值。随着生活水平的提高，自1980年来，我国糖尿病患病率增长迅速，据估计， 2017年全球患病人数约为4.25亿我国是全球 糖尿病人数最多的国家，2017年糖尿病人数为1.14亿。糖尿病是由于体内胰岛素相对或绝对分泌不足,或因胰岛素的生物效应降低,而引起糖、脂肪和蛋白质代谢异常的一种慢性全身性代谢综合症,是环境和遗传两个因素长期共同作用的结果。糖尿病病人的血糖指数较高，而胰岛素为人体内唯一的能够降低血糖的激素。糖尿病无法彻底进行根治，需要持续使用胰岛素进行治疗，因而胰岛素的需求量十分庞大。现阶段市面上的胰岛素基本上分为三种，一种是直接从动物体内提取得到的胰岛素，还有通过对动物胰岛素进行修饰而得到的人胰岛素，称为半合成胰岛素，最后一类是通过基因工程进行发酵生产得到的，基因工程生产的胰岛素相较于普通的动物中提取的胰岛素有诸多优点，比如可以通过末端或者其他部位的修饰或者进行氨基酸的替换从而使得胰岛素可以做到长效或者速效的效果，然而，基因工程所生产胰岛素，工艺复杂，投资量大，患者治疗成本也就随之偏高，从而给患者带来的经济压力较大，因而在动物体内提取的天然胰岛素就成为许多患者进行糖尿病治疗的首选。而猪胰脏中提取的猪胰岛素和人胰岛素区别较小，纯化后可以直接供人体使用，我国相对于其他很多国家使用猪肉较多，拥有较多的生产猪的资源且猪胰岛素与人胰岛素仅有一个氨基酸的差别猪胰岛素B30位置为丙氨酸，而人B30位置为精氨酸，仅仅一个氨基酸的差距相较于有3个氨基酸差异的牛胰岛素不容易产生免疫排斥反应而导致无法使用甚至其他的后果。猪胰岛素的提取相对而言又十分容易，且可以通过半合成的方式合成高纯度的人胰岛素，因而使用猪胰岛素的提取分离纯化具有因而具有较大的市场价值。目前国内使用人胰岛素和动物胰岛素的比例为。比起人胰岛素每天元多钱的费用,使用国产动物胰岛素每天则只需花1-2元。国产动物胰岛素的提纯无疑是一个十分具有价值的项目。

离子交换色谱是发展最早的层析技术之一, 是以离子交换剂为固定相，依据流动相中的待分离组分离子与交换剂上的平衡离子进行可逆交换时结合力大小的差别而将混合物进行分离的一种色谱方法。常用离子交换剂包括离子交换树脂、离子交换交联葡聚糖、离子交换纤维素和离子交换琼脂糖等。 目前, 离子交换色谱已成为蛋白质分离纯化最常用的手段, 统计显示, 在蛋白质纯化方案中, 使用到离子交换层析的占 75%, 其次是亲和层析和凝胶过滤层析。

离子交换过程由吸附 、 淋洗 、 洗脱和再生等操作步骤组成.在每一步操作中, 溶液中的组分首先由溶液主体进入离子交换介质颗粒内部, 与固定在其表面的离子交换基团发生离子交换吸附 , 交换下的产物再由介质颗粒内部扩散进入溶液主体.

于生物大分子的分离分析,离子交换色谱主要有以下优点：流动相为盐水体系,操作条件温和,蛋白质等生物分子通过离子交换色谱分离时能够保持其活性状态;蛋白质在离子交换色谱上依据蛋白与配体间静电作用的不同而实现分离,作用温和;离子交换色谱的柱负载非常高；离子交换色谱既可以使用盐梯度也可以使用pH梯度洗脱改善选择性和分离速度,使方法具有更高的灵活性和选择性;流动相价格便宜,且易处理,对试剂纯度要求相对较低。因而运用离子交换色谱法对胰岛素粗品进行纯化具有一定的现实意义。

参考文献

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[2]亲和沉淀分离纯化胰岛素_康林[J].

[3]我国诊断糖尿病疾病经济负担趋势预测研究_王海鹏[J].

[4]不同方法提取猪胰岛素得率的比较_范树国[J]. 刊名缺失, 出版年缺失, 卷缺失(期缺失): 页码范围缺失.

[5]离子交换色谱在蛋白质分离中的应用_刘晓兰[J].

[6]新型离子交换色谱固定相的制备及应用_魏远隆[J].