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【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AB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_______________________

【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。
2a.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。

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