备课素材：生长因子、生长激素和胰岛素-2023-2024学年高二上学期生物人教版选择性必修1

生长因子、生长激素和胰岛素 先看一道试题： 生长激素对软骨细胞生长有促进作用，调节过程如图所示。回答下列问题： （1）根据示意图，可以确定软骨细胞具有               （填“GH受体”“IGF-1受体”或“GH受体和IGF-1受体”）。 （2）研究人员将正常小鼠和IGF-1基因缺失小鼠分组饲养后，检测体内GH水平。据图预测，IGF-1基因缺失小鼠体内GH水平应         （填“低于”“等于”或“高于”）正常小鼠，理由是                     。 （3）研究人员拟以无生长激素受体的小鼠软骨细胞为实验材料，在细胞培养液中添加不同物质分组离体培养，验证生长激素可通过刺激肝脏产生IGF-1促进软骨细胞生长。实验设计如表所示，A组为对照组。 实验结果预测及分析：①A组比较，在B、C和D组中，软骨细胞生长无明显变化的是             组。②若E组培养的软骨细胞较A组生长明显加快，结合本实验目的，推测E组培养液中添加物质是                               。 答案：（1）GH受体和IGF-1受体；（2）高于；IGF‐1基因缺失小鼠的肝脏不会分泌胰岛素样生长因子1（或IGF-1），不会反馈抑制垂体分泌生长激素；（3）①B、D；②正常小鼠不切除垂体的血清。 解析：（1）根据示意图可知，生长激素（GH）和胰岛素样生长因子1（IGF-1）都可以促进软骨细胞生长，因此可以确定软骨细胞具有受体和受体两种。（2）由图可知，胰岛素样生长因子1会抑制垂体分泌生长激素，因此若缺少IGF‐1基因，则IGF-1无法由肝脏产生，缺少IGF-1，不会反馈抑制垂体分泌生长激素，因此会比正常小鼠体内水平高。（3）①由题干可知，该实验材料为无生长激素受体的小鼠软骨细胞，实验小鼠的受体是好的，因此可以促进软骨细胞生长。无添加物质，因此软骨细胞生长无明显变化；添加GH，由于该实验小鼠没有生长激素受体，加入无效应，因此软骨细胞生长无明显变化，加入了IGF-1会促进软骨细胞生长，因此软骨细胞有生长，加入正常小鼠去垂体后的血清，去除垂体无法分泌生长激素，也无法产生，因此与A组类似情况，因此软骨细胞生长无明显变化，因此与A组比较，软骨细胞生长无明显变化的是B和D组。②若E组培养的软骨细胞较A组生长明显加快，该实验的目的是为了证明生长激素可以通过刺激肝脏产生IGF-1促进软骨细胞生长，由于A组无添加，因此要比A组生长快，则需要添加正常小鼠不切除垂体的血清或IGF-1。 这是2021年湖南高考试题，涉及“生长因子（IGF-1）”的调节机理，教材没有提到。 那么，生长因子是什么？与生长激素、胰岛素有什么关系？ 胰岛素样生长因子(insulin-like growth factors,简称IGFs)是一类多功能细胞增殖调控因子。在细胞的分化、增殖、个体的生长发育中具有重要的促进作用。 胰岛素样生长因子的发现： 1957年Salmon和Daughaday在研究生长激素(growth hormone,简称GH)的过程中，首先发现给予切除垂体的大鼠GH后其血清能刺激S渗入体外培养的软骨中，但培养液中直接加入GH却没有作用，故认为GH本身不能直接刺激软骨生长，而是通过一种“硫酸化因子”起作用的，这种因子后来被称为生长调节素。1963年Froesh等发现血清中对肌肉和脂肪细胞的胰岛素样作用只有小部分被胰岛素的抗血清抑制，剩下不被抑制的胰岛素样活性可溶于酸化的乙醇中，并命名为NSILAS即不被抑制的胰岛素样活性(nonsuppressible insulin-like activity)。1972年Pieron和Temin从牛血清中纯化出一种能刺激细胞分裂的因子，命名为“增殖刺激活性”。在上述三个实验完成后，人们发现了上面三种物质所具有的不可抑制的胰岛素样活性及生长刺激作用。随着分子生物学技术的发展，1978年人们纯化了两种形式的NSILA(Ⅰ、Ⅱ)并发现其结构与胰岛素原相似，分别命名为胰岛素样生长因子Ⅰ、Ⅱ(IGFⅠ、Ⅱ)以强调它们与胰岛素结构的同源性。同时证实了“硫酸化因子”和“增殖刺激活性”与IGF为同一蛋白多肽家族的成员。 IGFs家族由两种低分子多肽(IGF-Ⅰ、IGF-Ⅱ)、两类特异性受体及六种结合蛋白组成。IGF-Ⅰ是一个有70个氨基酸的单链碱性蛋白，分子量7649Da，耐热；而IGF-Ⅱ则为一含67个氨基酸的单链弱酸性蛋白，分子量为7471Da,对0.1%SDS稳定。两者70%以上同源，与人类胰岛素原的结构和功能约50%相似。IGFs的生物学功能是通过与特异性的靶细胞表面的受体结合而实现的。目前已发现结构完全不同的两种IGF受体：IGF-Ⅰ受体和IGF-Ⅱ受体(即甘露糖-6磷酸受体)分别又称Ⅰ型受体，Ⅱ型受体。