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、質量可靠的胰島素制劑是現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，進入內質網腔后，信號肽被切除，形成胰島素原。高爾基體內的特異性肽酶將胰島素原的 C 肽區域切除，A 鏈和 B 鏈通過二硫鍵形成共價交聯的活性胰島素（如圖）。

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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 細胞功能產生負面影響。

隨著基因工程技術的發展，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，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，然后經細胞外酶切獲得胰島素。1987年用酵母菌生產重組人胰島素的方法出現。重組人胰島素的結構與人體自身分泌的胰島素結構完全相同，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構，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，已經在臨床上廣泛應用。

（1）用豬胰島素進行治療，易誘導人體產生抗豬胰島素抗體，原因是_____。

（2）人胰島素基因有 2 個內含子。利用大腸桿菌通過胰島素原法生產重組人胰島素，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，利用酵母菌生產胰島素的優勢有_____。

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

（5）正常人胰島素的生理性分泌，可分為基礎胰島素分泌（24小時持續脈沖式分泌微量胰島素，維持空腹狀態下血糖穩定）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）請寫出通過蛋白質工程，構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，引起人體產生體液免疫 a 酵母菌為真核細胞，含有內質網和高爾基體，可對核糖體合成的蛋白質進行加工 發酵 速效 從預期胰島素類似物的功能出發→設計預期的胰島素類似物的結構→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粒構建形成基因表達載體→將重組質粒導入大腸桿菌→獲得工程菌

【解析】

利用蛋白質工程生產目的蛋白的步驟：預期蛋白質供能→設計預期的蛋白質結構→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。

（1）豬胰島素可以作為抗原，引起人體產生體液免疫，從而產生抗豬胰島素抗體。
（2）a．人胰島素基因有 2 個內含子，而大腸桿菌的基因沒有內含子，為了使目的基因能夠在大腸桿菌中表達出正確的蛋白質，獲取的目的基因不應該含有內含子，而直接從細胞內總 DNA 中分離的目的基因含有內含子，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含子，可在大腸桿菌內準確表達，b不符合題意；
c．以mRNA為模板逆轉錄合成的目的基因不含內含子，可在大腸桿菌內準確表達，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含子，可在大腸桿菌內準確表達，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，作為受體細胞生產胰島素的優勢是其含有內質網和高爾基體，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建完成后，進行大規模培養生產胰島素還需要采用發酵工程技術。
（5）用餐后，血糖濃度升高，胰島素分泌增加，根據“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）通過蛋白質工程，構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→設計預期的胰島素類似物的結構→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粒構建形成基因表達載體→將重組質粒導入大腸桿菌→獲得工程菌。