Question

【题目】阅读下面的材料，回答问题

胰岛素的应用是糖尿病治疗历史上的一个里程碑。胰岛素自1922年用于临床以来，就成为治疗糖尿病的特效药物。目前全世界糖尿病患者已超过四亿，为临床提供充足、质量可靠的胰岛素制剂是现代生物制药领域的一项重要工程。

人胰岛素由胰岛 β 细胞合成，核糖体上最初形成的是前胰岛素原单链多肽，进入内质网腔后，信号肽被切除，形成胰岛素原。高尔基体内的特异性肽酶将胰岛素原的 C 肽区域切除，A 链和 B 链通过二硫键形成共价交联的活性胰岛素（如图）。

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最初用于临床的胰岛素几乎都是从猪、牛胰脏中提取的。猪、牛胰岛素与人胰岛素生理功能相似，但氨基酸序列有微小差异。接受动物胰岛素治疗的患者有5％～10％出现不同程度的过敏反应，抗动物胰岛素抗体还可能对患者的胰岛 β 细胞功能产生负面影响。

随着基因工程技术的发展，重组人胰岛素逐渐取代动物胰岛素。早期的重组人胰岛素生产，采用A、B链分别表达法。后来该方法被胰岛素原表达法取代，即由大肠杆菌合成胰岛素原，然后经细胞外酶切获得胰岛素。1987年用酵母菌生产重组人胰岛素的方法出现。重组人胰岛素的结构与人体自身分泌的胰岛素结构完全相同，但无法完全模拟生理胰岛素曲线，容易导致血糖波动，甚至导致低血糖发生。

上世纪90年代，科学家通过改变胰岛素的氨基酸序列和结构，研制出能更好模拟生理胰岛素分泌特点的胰岛素类似物，包括速效胰岛素和长效胰岛素类似物。例如，将人胰岛素 B 链第28位的脯氨酸替换为天门冬氨酸，可有效抑制胰岛素单体的聚合，皮下注射这种速效胰岛素类似物后，起效快（10-20分钟起效）、血药浓度峰值高、药效消失快，已经在临床上广泛应用。

（1）用猪胰岛素进行治疗，易诱导人体产生抗猪胰岛素抗体，原因是_____。

（2）人胰岛素基因有 2 个内含子。利用大肠杆菌通过胰岛素原法生产重组人胰岛素，获取目的基因时，不宜采用的方法是_____

a．直接从细胞内总 DNA 中分离目的基因

b．用化学方法直接人工合成目的基因

c．以 mRNA 为模板逆转录合成目的基因

d．利用 PCR 扩增人胰岛素原基因的编码序列

（3）与大肠杆菌相比，利用酵母菌生产胰岛素的优势有_____。

（4）重组人胰岛素工程菌构建完成后，还需要通过_____工程技术进行胰岛素的生产。

（5）正常人胰岛素的生理性分泌，可分为基础胰岛素分泌（24小时持续脉冲式分泌微量胰岛素，维持空腹状态下血糖稳定）和进餐后的胰岛素分泌。能更好地模拟餐时生理胰岛素曲线的是_____（选填速效或长效）胰岛素类似物。

（6）请写出通过蛋白质工程，构建胰岛素类似物工程菌的基本过程_______________________。

Answer 1

【答案】猪胰岛素可作为抗原，引起人体产生体液免疫 a 酵母菌为真核细胞，含有内质网和高尔基体，可对核糖体合成的蛋白质进行加工 发酵 速效 从预期胰岛素类似物的功能出发→设计预期的胰岛素类似物的结构→推测应用的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列→合成胰岛素类似物基因→将获得的目的基因与质粒构建形成基因表达载体→将重组质粒导入大肠杆菌→获得工程菌

【解析】

利用蛋白质工程生产目的蛋白的步骤：预期蛋白质供能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质。

（1）猪胰岛素可以作为抗原，引起人体产生体液免疫，从而产生抗猪胰岛素抗体。
（2）a．人胰岛素基因有 2 个内含子，而大肠杆菌的基因没有内含子，为了使目的基因能够在大肠杆菌中表达出正确的蛋白质，获取的目的基因不应该含有内含子，而直接从细胞内总 DNA 中分离的目的基因含有内含子，a符合题意；
b．用化学方法直接人工合成的目的基因不含内含子，可在大肠杆菌内准确表达，b不符合题意；
c．以mRNA为模板逆转录合成的目的基因不含内含子，可在大肠杆菌内准确表达，c不符合题意；
d．利用PCR扩增人胰岛素原基因的编码序列，获得的目的基因不含内含子，可在大肠杆菌内准确表达，d不符合题意。
故选a。
（3）与大肠杆菌细胞相比，酵母菌细胞属于真核细胞，作为受体细胞生产胰岛素的优势是其含有内质网和高尔基体，可对核糖体合成的胰岛素进行加工，使其具备生物活性。
（4）重组人胰岛素工程菌构建完成后，进行大规模培养生产胰岛素还需要采用发酵工程技术。
（5）用餐后，血糖浓度升高，胰岛素分泌增加，根据“皮下注射这种速效胰岛素类似物后，起效快（10-20分钟起效）、血药浓度峰值高、药效消失快”，可知能更好地模拟餐时生理胰岛素曲线的是速效胰岛素类似物。
（6）通过蛋白质工程，构建胰岛素类似物工程菌的基本过程为：从预期胰岛素类似物的功能出发→设计预期的胰岛素类似物的结构→推测应用的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列→合成胰岛素类似物基因→将获得的目的基因与质粒构建形成基因表达载体→将重组质粒导入大肠杆菌→获得工程菌。