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化学变化可以加速胰岛素的利用

健康 89xy 1周前 (10-17) 15次浏览

科学家们认为,胰岛素的一个小的化学变化使分子反应更快,同时保持其在生物体中的功能。在《生物化学杂志》上,研究人员描述了他们如何用计算机模拟预测这种效应,然后用实验室实验证实这一点。

化学变化可以加速胰岛素的利用

研究人员发现,胰岛素类似物(绿色)的作用更快,而不会降低与胰岛素受体(浅蓝色)的结合能力。
图像信用:巴塞尔大学化学系

来自瑞士、美国和澳大利亚的研究人员发现,他们可以通过用分子结构中的碘原子替换单个氢原子,加快胰岛素从复杂结构中拆卸和释放到可用形式。

胰岛素是一种通过向细胞传递信号来调节血糖的小蛋白质。在身体中,它以两种形式存在:一种用于储存的复杂形式,一种用于行动的简单形式。

在储存形式中,胰岛素是由六个相同的分子组成的锌结合复合物,称为六聚体。简单的活性形式是未结合的单分子或单体。

当身体需要胰岛素来调节血糖时,六聚体分解成单体。

然后,胰岛素分子必须与位于细胞表面的伴侣分子——即胰岛素受体——结合。这种结合使得来自胰岛素的信号进入细胞。

一段时间以来,研究人员一直在尝试控制这种分解过程的方法,以改善糖尿病的治疗。糖尿病是一种在苏林生产受到损害或身体不能正常使用时发生的疾病。

蛋白质工程

研究人员使用各种方法探索和发现用自然界不存在的分子对抗疾病的新方法。这包括创造天然化合物的合成版本或类似物。

蛋白质工程涉及仅使用计算机或通过实验室进化来改变蛋白质的结构和功能,蛋白质是生物体的化学主力。

一个有希望的应用领域是开发设计药物来预防几种流感病毒。

在这项新的研究中,瑞士巴塞尔大学的化学教授马库斯·默威利(Markus Meuwly)和他的同事们通过战略性地替换天然胰岛素分子结构中的单个原子,对各种胰岛素类似物进行了实验。

优化药物化合物的有效途径

基于量子化学和分子动力学的计算机模拟,模拟了人体内涉及胰岛素的过程,使研究小组能够观察到类似物的特性。

然后,他们进行了实验室实验,以证实在计算机模拟中观察到的特性。这些实验使用了结晶学和核磁共振等方法。

研究人员发现,将一个氢原子换成一个碘原子可以提高胰岛素的利用率,但不会改变其对胰岛素受体的亲和力。

研究人员说,很有可能他们的胰岛素类似物——与天然胰岛素只有一个原子的不同——具有作为新药的临床潜力。

研究人员补充说,使用卤素原子(包括氟、氯、溴和碘)是优化药物化学化合物的一种有前途的方法,他们补充说:

“受量子化学和分子动力学的启发,这种‘卤素工程’有望将药物化学的原理扩展到蛋白质。”

发现如何用一种新的蛋白质来预防糖尿病和肥胖症。


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