Question

【題目】閱讀下面的材料，回答問題

胰島素的應用是糖尿病治療歷史上的一個里程碑。胰島素自1922年用于臨床以來，就成為治療糖尿病的特效藥物。目前全世界糖尿病患者已超過四億，為臨床提供充足、質(zhì)量可靠的胰島素制劑是現(xiàn)代生物制藥領域的一項重要工程。

人胰島素由胰島 β 細胞合成，核糖體上最初形成的是前胰島素原單鏈多肽，進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔后，信號肽被切除，形成胰島素原。高爾基體內(nèi)的特異性肽酶將胰島素原的 C 肽區(qū)域切除，A 鏈和 B 鏈通過二硫鍵形成共價交聯(lián)的活性胰島素（如圖）。

[Failed to download image : http://192.168.0.10:8086/QBM/2020/7/11/2503768099495936/2504264952176640/STEM/cff6da5af2614495a142daf6da14831a.png]

最初用于臨床的胰島素幾乎都是從豬、牛胰臟中提取的。豬、牛胰島素與人胰島素生理功能相似，但氨基酸序列有微小差異。接受動物胰島素治療的患者有5％～10％出現(xiàn)不同程度的過敏反應，抗動物胰島素抗體還可能對患者的胰島 β 細胞功能產(chǎn)生負面影響。

隨著基因工程技術的發(fā)展，重組人胰島素逐漸取代動物胰島素。早期的重組人胰島素生產(chǎn)，采用A、B鏈分別表達法。后來該方法被胰島素原表達法取代，即由大腸桿菌合成胰島素原，然后經(jīng)細胞外酶切獲得胰島素。1987年用酵母菌生產(chǎn)重組人胰島素的方法出現(xiàn)。重組人胰島素的結(jié)構(gòu)與人體自身分泌的胰島素結(jié)構(gòu)完全相同，但無法完全模擬生理胰島素曲線，容易導致血糖波動，甚至導致低血糖發(fā)生。

上世紀90年代，科學家通過改變胰島素的氨基酸序列和結(jié)構(gòu)，研制出能更好模擬生理胰島素分泌特點的胰島素類似物，包括速效胰島素和長效胰島素類似物。例如，將人胰島素 B 鏈第28位的脯氨酸替換為天門冬氨酸，可有效抑制胰島素單體的聚合，皮下注射這種速效胰島素類似物后，起效快（10-20分鐘起效）、血藥濃度峰值高、藥效消失快，已經(jīng)在臨床上廣泛應用。

（1）用豬胰島素進行治療，易誘導人體產(chǎn)生抗豬胰島素抗體，原因是_____。

（2）人胰島素基因有 2 個內(nèi)含子。利用大腸桿菌通過胰島素原法生產(chǎn)重組人胰島素，獲取目的基因時，不宜采用的方法是_____

a．直接從細胞內(nèi)總 DNA 中分離目的基因

b．用化學方法直接人工合成目的基因

c．以 mRNA 為模板逆轉(zhuǎn)錄合成目的基因

d．利用 PCR 擴增人胰島素原基因的編碼序列

（3）與大腸桿菌相比，利用酵母菌生產(chǎn)胰島素的優(yōu)勢有_____。

（4）重組人胰島素工程菌構(gòu)建完成后，還需要通過_____工程技術進行胰島素的生產(chǎn)。

（5）正常人胰島素的生理性分泌，可分為基礎胰島素分泌（24小時持續(xù)脈沖式分泌微量胰島素，維持空腹狀態(tài)下血糖穩(wěn)定）和進餐后的胰島素分泌。能更好地模擬餐時生理胰島素曲線的是_____（選填速效或長效）胰島素類似物。

（6）請寫出通過蛋白質(zhì)工程，構(gòu)建胰島素類似物工程菌的基本過程_______________________。

Answer 1

【答案】豬胰島素可作為抗原，引起人體產(chǎn)生體液免疫 a 酵母菌為真核細胞，含有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體，可對核糖體合成的蛋白質(zhì)進行加工 發(fā)酵 速效 從預期胰島素類似物的功能出發(fā)→設計預期的胰島素類似物的結(jié)構(gòu)→推測應用的氨基酸序列→找到相對應的脫氧核苷酸序列→合成胰島素類似物基因→將獲得的目的基因與質(zhì)粒構(gòu)建形成基因表達載體→將重組質(zhì)粒導入大腸桿菌→獲得工程菌

【解析】

利用蛋白質(zhì)工程生產(chǎn)目的蛋白的步驟：預期蛋白質(zhì)供能→設計預期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應有的氨基酸序列→找到相對應的脫氧核苷酸序列→合成DNA→表達出蛋白質(zhì)。

（1）豬胰島素可以作為抗原，引起人體產(chǎn)生體液免疫，從而產(chǎn)生抗豬胰島素抗體。
（2）a．人胰島素基因有 2 個內(nèi)含子，而大腸桿菌的基因沒有內(nèi)含子，為了使目的基因能夠在大腸桿菌中表達出正確的蛋白質(zhì)，獲取的目的基因不應該含有內(nèi)含子，而直接從細胞內(nèi)總 DNA 中分離的目的基因含有內(nèi)含子，a符合題意；
b．用化學方法直接人工合成的目的基因不含內(nèi)含子，可在大腸桿菌內(nèi)準確表達，b不符合題意；
c．以mRNA為模板逆轉(zhuǎn)錄合成的目的基因不含內(nèi)含子，可在大腸桿菌內(nèi)準確表達，c不符合題意；
d．利用PCR擴增人胰島素原基因的編碼序列，獲得的目的基因不含內(nèi)含子，可在大腸桿菌內(nèi)準確表達，d不符合題意。
故選a。
（3）與大腸桿菌細胞相比，酵母菌細胞屬于真核細胞，作為受體細胞生產(chǎn)胰島素的優(yōu)勢是其含有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體，可對核糖體合成的胰島素進行加工，使其具備生物活性。
（4）重組人胰島素工程菌構(gòu)建完成后，進行大規(guī)模培養(yǎng)生產(chǎn)胰島素還需要采用發(fā)酵工程技術。
（5）用餐后，血糖濃度升高，胰島素分泌增加，根據(jù)“皮下注射這種速效胰島素類似物后，起效快（10-20分鐘起效）、血藥濃度峰值高、藥效消失快”，可知能更好地模擬餐時生理胰島素曲線的是速效胰島素類似物。
（6）通過蛋白質(zhì)工程，構(gòu)建胰島素類似物工程菌的基本過程為：從預期胰島素類似物的功能出發(fā)→設計預期的胰島素類似物的結(jié)構(gòu)→推測應用的氨基酸序列→找到相對應的脫氧核苷酸序列→合成胰島素類似物基因→將獲得的目的基因與質(zhì)粒構(gòu)建形成基因表達載體→將重組質(zhì)粒導入大腸桿菌→獲得工程菌。