什么是氨基酸的等电点
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生物化学与分子生物学:蛋白质主要由碳、氢、氧、氮、硫组成,有些蛋白质还含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼,个别还含有碘。各种蛋白质的含氮量很接近,平均为16%。
氨基酸根据其侧链的结构和理化性质可分为五类:非极性脂肪族氨基酸、极性中性氨基酸、芳香族氨基酸、酸性氨基酸、碱性氨基酸。非极性脂肪族氨基酸:甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、脯氨酸、甲硫氨酸;极性中性氨基酸:丝氨酸、半胱氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、苏氨酸;含芳香环的氨基酸:苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸;酸性氨基酸:天门冬氨酸、谷氨酸、;碱性氨基酸;精氨酸、赖氨酸、组氨酸。
在某一PH的溶液中,氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等,成为兼性离子,呈电中性,此时溶液的PH称为该氨基酸的等电点。
含共轭双键的氨基酸具有紫外线吸收性质。
茚三酮反应是指茚三酮水合物在弱酸性溶液中与氨基酸共加热时,氨基酸被氧化脱氨、脱羧,而茚三酮水合物被还原,其还原物可与氨基酸加热分解产生的氨结合,再与另一份子茚三酮缩合成为蓝紫色化合物,此化合物最大吸收峰在570nm波长处。由于此吸收峰值的大小与氨基酸释放出来的氨量成正比,因此可作为氨基酸定量分析方法。
由2-20个氨基酸相连成的肽成为寡肽,而更多的氨基酸相连成的肽称为多肽。多肽链有两端,其游离a-氨基的一端称为氨基末端或N-端,游离a-羧基的一端称为羧基末端或C-端。肽链中的氨基酸分子因脱水缩合而基团不全,成为氨基酸残基。
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糖友的福利来了!2种新胰岛素:高浓度胰岛素和一周一次的胰岛素
对于糖尿病患者来说,胰岛素一定不会陌生,但现实中不少糖尿病患者是比较抗拒注射胰岛素的,原因有两个:一是误认为注射胰岛素后就不能停用了;二是目前大多数的胰岛素都需要每天注射2-4次,许多糖尿病人认为使用起来比较麻烦。
但如果告诉大家,有一种胰岛素,只需要注射液很小的剂量,或者每周只需要注射一次,便可平稳控制血糖,这种胰岛素对糖尿病患者是不是很有吸引力呢?现在,这种新型胰岛素即将要与我们见面了,今天我们一起来提前了解一下吧。
1.甘精胰岛素注射液U300
甘精胰岛素注射液U300是其中一个即将上市的高浓度长效胰岛素。甘精胰岛素由于添加了带正电荷的氨基酸,使等电点升高,因此注射后在人体内不易溶解,可在皮下形成结晶,缓慢溶解,促使胰岛素二聚体和单体缓慢释放到组织和血液中,从而起到长效作用。
甘精胰岛素另一个优点就是降糖作用平稳,没有明显的峰谷浓度,因此也很少会引起低血糖,尤其是夜间低血糖。目前我们使用的甘精胰岛素注射液主要为U100(Gla-100),也就是每毫升注射液中含有100单位甘精胰岛素,每天只需要注射液1次,作用可持续24小时,可在睡前注射,也避免了对日常社交活动的影响。
而今天我们要隆重介绍的是甘精胰岛素的升级版——U300(Gla-300),也就是每毫升注射液中含300单位甘精胰岛素,Gla-300除了具有原来Gla-100的所有优点以外,由于浓度更高,因此注射剂量更小,却具有更长的药物维持时间,有研究结果显示,Gla-300连续注射8天,能够维持血糖稳定长达30h,而Gla-100最长只能维持25h。不仅如此,与Gla-100相比,Gla-300的血糖控制更优,低血糖发生率更低。
2.一周仅需打一次的icodec胰岛素
一直以来,科学家都在研发新型胰岛素,试图解决频繁注射的麻烦,2020年,好消息传来,科学家通过修饰胰岛素分子研发出icodec,注射后,icodec即可与白蛋白牢固、可逆结合,形成“循环存储库”,半衰期长达196小时!这一新型胰岛素可以一周注射一次,满足糖友的胰岛素需求。
世界权威医学期刊《新英格兰医学杂志》上的2期临床试验结果显示,对未经胰岛素治疗的2型糖尿病成人患者使用icodec胰岛素的降血糖效果和安全性,与每日注射一次甘精胰岛素U100的患者相似。
目前icodec胰岛素注射液在中国获批临床,希望这将加速该产品的全球开发计划,并实现中国与全球同步上市,从而惠及更多糖尿病患者。
当然,由于这些新型胰岛素研发成本高,上市后在价格方面可能会偏高,但由于我国药品集中采购和国家谈判的深入开展,这些药物在不久的将来也会以一个亲民的价格供广大糖尿病患者使用,让我们拭目以待吧。
参考文献:
[1]袁晨光.甘精胰岛素注射液U300配制及质量研究[D].广东:华南理工大学,2020:6-8.
糖友的福利来了!2种新胰岛素:高浓度胰岛素和一周一次的胰岛素
南京大学龙亿涛教授团队在纳米孔道中的单分子特征离子指纹图谱研究进展
纳米孔道是一种自然界广泛存在的可运输离子、水分子和生物分子的纳米级孔道。生物纳米孔道可由天然的蛋白质构成。近年来,研究人员利用电场力将单个分子牵引至单个生物纳米孔道内,排开孔道内的部分离子,进而产生特征的离子流阻断信号反应了单分子的化学组成、质量、结构等信息,这便是纳米孔道单分子电化学的基本原理。纳米孔道内壁氨基酸残基、质子、离子及单个传输分子之间发生的协同弱相互作用还会引起限域空间内几十个离子的瞬态变化,其产生的极微小的离子流信号常常被掩盖在纳米孔道的电流噪声中,使得这些单分子特征信息无法获取。
龙亿涛教授团队多年聚焦于对电化学高精度测量仪器的研制,通过新的复杂信息提取方式,获取了纳米孔道离子流信号的瞬时频率,发展了单分子时频谱学分析技术,阐明了纳米孔道电流中低频域区频率特征值的物理化学特性,提出了单分子频率指纹图谱的数学模型,建立起孔道内离子指纹图谱的谱学分析方法,实现了对突变Aerolysin纳米孔道内离子相互作用网络特性的预测。
图1. 纳米孔道中的单分子特征离子指纹图谱分析方法 (A)纳米孔道单分子电化学测量原理图(左);单个模型分子poly(dA)4通过Aerolysin纳米孔道产生的离子流特征信号(右上),及该信号被经验模态分解(EEMD)后获得的本征模态函数(IMF);(B)经希尔伯特-黄瞬时频率分析变换后的单分子特征离子频率谱图;(C)低频域区下单分子特征离子频率谱图。
?研究团队将单个单个模型生物分子poly(dA)4穿过Aerolysin蛋白质孔道所获得的离子流电号经过经验模态分解(EMD)及希尔伯特谱分析(HAS),获得了信号在整个测量频率相应范围内的单分子特征离子频率谱图,提取了特征峰值频率(fm)和峰值振幅(am)。通过研究不同pH、电解质浓度及类型、外加电压、温度等条件下的单分子特征频率指纹图谱变化,发现离子、单个传输分子、纳米孔道内壁氨基酸残基间的可逆平衡调节了质子、离子与纳米孔道的结合/解离过程,影响了离子流电信号的低频组分。进一步,研究团队总结了特征频率的物理化学特性,即fm反映了纳米孔道内离子与孔道内壁氨基酸残基间的解离速率,am描述了纳米孔道内壁氨基酸残基在限域相互作用网络下的结合离子数目。
图2. 特征峰值频率(fm)和峰值振幅(am)的影响因素研究 (A) pH;(B)离子强度;(C)离子种类;(D)实验温度;(E) 施加电压。揭示离子相互作用网络的峰值频率(上)和峰值振幅(下)。
图3. 单分子特征离子指纹图谱及预测研究 (A)系列238位点突变型AeL纳米孔道238(左)及特征峰值频率(fm)的相关性分析(右);(B)特征峰值频率(fm)与突变氨基酸等电点,单分子阻断时间,突变氨基酸范德华体积间的非线性依赖关系;(C) 238位点突变型AeL纳米孔道的单分子特征离子指纹图谱预测模型。
为进一步验证单分子特征离子指纹图谱的普适性,研究人员构建了系列238位点突变型Aerolysin纳米孔道,改变了纳米孔道灵敏探测区域内氨基酸残基与单个生物分子的相互作用,归纳了氨基酸残基的化学特性对频率指纹特性的影响规律。实验结果显示,在无分析物存在于纳米孔道的情况下,特征峰值频率(fm)与体系电导相关;而在有单个分子通过纳米孔道的时候,特征峰值频率(fm)与突变位点氨基酸残基化学性质的相关性显著增加。进一步,利用多元回归分析建立了单分子频率指纹图谱经验模型,描述了离子指纹图谱特征fm和氨基酸残基电性、范德华体积、亲疏水性等物理化学特征间的关系,实现了对突变型纳米孔道离子指纹图谱频率特征的预测。该方法有助于精准探测纳米孔道单分子动态相互作用,实现纳米孔道单分子蛋白质测序。
?相关成果以“Single-Molecule Frequency Fingerprint for Ion Interaction Networks in a Confined Nanopore”为题(VIP Paper),发表于《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)文章链接:网页链接
该工作得到了国家自然科学重大科研仪器研制项目及优秀青年基金项目、南京大学化学和生物医药创新研究院的支持,南京大学化学专业博士研究生李欣怡为论文的第一作者,应佚伦教授和龙亿涛教授为论文的通讯作者。
来源:南京大学
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