關注糖尿病健康 學好胰島素知識

浙江 楊重云

關注糖尿病健康 學好胰島素知識

浙江 楊重云

分析近幾年的各地高考試題，發現以“糖尿?。ㄒ葝u素）”為素材的試題頻頻出現，如2015年高考試題中，就有廣東卷第2題、重慶卷第6題、江蘇卷第28題和第32題、福建卷第2題、海南卷第31題、天津卷第3題等七題。

為什么“糖尿?。ㄒ葝u素）”成為高考命題的熱點呢？

我國糖尿病患病率在逐漸上升，糖尿病患者的人數已居世界第二位（僅次于美國），增加速度驚人，據初步統計我國糖尿病患者總數約3 600萬人，糖尿病對我國人民健康的影響日趨嚴重。治療糖尿病離不開胰島素。有關糖尿病和胰島素的內容在人教版3個必修模塊和選修3教材中都有涉及。胰島素是蛋白質，并且是一種分泌蛋白，因此與必修1教材中的蛋白質的結構和功能、細胞器的分工合作密切相聯系，與必修2教材中第四章基因的表達相聯系；青少年型糖尿病是多基因遺傳病，這與必修2中的人類遺傳病有關；糖尿病與血糖平衡的調節密切相關，這與必修3中通過激素的調節密切相聯系；20世紀80年代初，重組人胰島素作為第一種基因工程藥物投放市場，而基因工程藥物的生產又離不開細胞工程、胚胎工程，科學家利用蛋白質工程對胰島素進行改造，已使其成為速效型藥品，這些又與選修3內容密切相關。

有關“糖尿?。ㄒ葝u素）”的考查，也符合高考考綱中“綜合運用能力”的要求，“理論聯系實際，綜合運用所學知識解決自然界和社會生活中的一些生物學問題?！币簿褪钦f運用生物學上所學的有關“糖尿?。ㄒ葝u素）”的知識解決社會生活中“糖尿病”健康問題，符合高考考綱中“綜合運用能力”的要求。

筆者預測，2016年高考中，還將繼續對“糖尿?。ㄒ葝u素）”的考查，考查的題型既有選擇題的形式，也有非選擇題，并且很有可能從以下角度進行命題。

一、胰島素的本質

【例1】已知人胰島素含有兩條肽鏈，由51個氨基酸組成。下列關于人胰島素的敘述，錯誤的是 （ ）

A.胰島素以碳鏈為基本骨架

B.胰島素與雙縮脲試劑水浴加熱呈藍色

C.胰島素分子中至少含有51個氮原子

D.胰島素可以出現在內環境中

【答案】B

【解析】胰島素是蛋白質大分子，是以碳鏈為基本骨架的，A項正確；胰島素與雙縮脲試劑反應不需要水浴加熱，呈現的顏色是紫色，B項錯誤；由于每個氨基酸至少有一個氨基，氨基中含有一個氮原子，因此由51個氨基酸組成的胰島素至少含有51個氮原子，C項正確；胰島素由胰島B細胞合成與分泌的激素，通過體液運輸，在細胞外發揮作用，因此可以出現在內環境中，D項正確。

二、胰島素是一種分泌蛋白

【例2】如圖表示胰島素原加工成胰島素的過程，下列關于胰島素的合成、加工、運輸和分泌的敘述中錯誤的是（ ）

A.圖示過程發生在胰島B細胞的核糖體上

B.圖示過程需要蛋白酶，會產生另外一條多肽鏈

C.胰島素分泌不是主動運輸，但需要細胞呼吸提供ATP

D.胰島素的分泌過程會使細胞膜的表面積發生改變

【答案】A

【解析】胰島素原加工成胰島素應該發生在內質網和高爾基體上，而不是在核糖體上，A項錯誤；胰島素原加工成胰島素過程要使肽鏈斷開，需要蛋白酶，該過程還產生了另外一條多肽鏈，B項正確；胰島素分泌的方式是胞吐，需要細胞呼吸提供ATP，C項正確；胰島素的分泌過程會發生包裹著胰島素的囊泡與細胞膜的融合，因而會使細胞膜的表面積發生改變，D項正確。

三、胰島素基因的表達

【例3】胰島素的A、B兩條肽鏈是由一個基因編碼的。下列有關胰島素的敘述，正確的是 （ ）

A.胰島素基因的兩條DNA單鏈分別編碼A、B兩條肽鏈

B.胰島素基因轉錄過程會產生起始密碼和終止密碼

C.胰島素基因轉錄可以發生在胰島B細胞，也可以發生在胰島A細胞

D.胰島素基因可通過人肝細胞mRNA反轉錄獲得

【答案】B

【解析】基因在編碼蛋白質時，只是其中一條鏈為轉錄模板，而不是以兩條鏈分別為模板，A項錯誤；起始密碼和終止密碼都位于mRNA上，而mRNA是通過轉錄產生的，B項正確；由于基因的表達具有選擇性，胰島素基因轉錄只能發生在胰島B細胞，不可能發生在胰島A細胞，C項錯誤；由于胰島素基因只在胰島B細胞中表達，因此在肝細胞中無胰島素基因的轉錄產物mRNA，D項錯誤。

四、胰島素在血糖調節中的作用

【例4】摘除大白鼠的胰腺，將胰腺的一部分再植入大白鼠的皮下，該動物未出現糖尿病的病狀；一段時間后，將皮下的移植物（胰腺組織）除去，該大白鼠立即表現出血糖濃度升高，并出現了糖尿病癥狀；隨后注射一定量的胰島素，該大白鼠血糖水平恢復正常，且糖尿病癥狀消失。該實驗不能說明 （ ）

A.胰島素能降低血糖濃度

B.胰島素的產生與胰腺有關

C.胰島素是蛋白質類激素

D.胰島素能治療糖尿病

【答案】C

【解析】出現血糖濃度升高，出現糖尿病癥狀后，注射胰島素后，血糖水平會恢復正常，說明胰島素能降低血糖濃度，也能治療糖尿病，故A項、D項正確；將胰腺植入大鼠皮下不出現糖尿病癥狀，除去后出現血糖濃度升高，說明胰島素的產生與胰腺有關，故B項正確；本實驗無法說明胰島素是蛋白質類激素，C項錯誤。

【例5】血糖濃度保持平衡對機體生命活動具有重要作用，下圖為胰島素作用機理模式圖。下列說法正確的是（ ）

A.胰島素作為信息分子，可直接參與細胞內的代謝過程

B.胰島素受體由α亞基和β亞基組成，圖中β亞基可能屬于ATP合成酶

C.胰島素可以通過調控細胞膜上葡萄糖轉運蛋白的數量來調節血糖的濃度

D.葡萄糖轉運蛋白合成障礙者，可通過注射胰島素進行治療

【答案】C

【解析】胰島素作為信息分子，作用于靶細胞，不能直接參與細胞內的代謝過程，A項錯誤；胰島素受體由α亞基和β亞基組成，據圖分析，β亞基可能屬于ATP水解酶，B項錯誤；據圖分析，當胰島素和其受體結合后，使酶磷酸化，一方面促進蛋白質、脂肪、糖原合成，另一方面使細胞膜上的葡萄糖轉運蛋白增加，促進葡萄糖進入細胞，促進葡萄糖的利用，C項正確；葡萄糖轉運蛋白增加促進組織細胞對葡萄糖的攝?。ㄎ眨?，葡萄糖轉運蛋白合成障礙，注射胰島素，細胞也無法得到葡萄糖，D項錯誤。

五、糖尿病與免疫調節

【例6】Ⅰ型糖尿病可能因人的HLA－D基因發生突變，該突變基因的表達使胰島B細胞表面出現異常的HLA－D抗原，T細胞被其刺激并激活，最終攻擊并使胰島B細胞裂解死亡。下列相關敘述，不正確的是 （ ）

A.Ⅰ型糖尿病患者體內胰島素的含量較低

B.Ⅰ型糖尿病屬于自身免疫疾病

C.被該抗原刺激并激活的T細胞內會有新的蛋白質生成

D.突變的HLA－D基因內堿基對數一定發生了改變

【答案】D

【解析】Ⅰ型糖尿病患者體內，因胰島B細胞裂解死亡，所以體內胰島素含量應較低，A項正確；由于HLA－D抗原攻擊自身胰島B細胞而使人患I型糖尿病的，所以這種病屬于自身免疫疾病，B項正確；T細胞被抗原刺激并激活，會發生細胞分化，而細胞分化的實質是基因的選擇性表達，即細胞內有新的蛋白質生成，C項正確；基因突變的類型包括堿基對的增添、缺失和替換，而堿基對的替換類型，基因的堿基對數并沒有改變，D項錯誤。

六、生物工程技術生產胰島素

【例7】利用基因工程技術可使大腸桿菌生產人的胰島素。下列相關敘述，正確的是 （ ）

A.人和大腸桿菌在合成胰島素時，轉錄和翻譯的場所是相同的

B.DNA連接酶能把兩個黏性末端進行“縫合”

C.通過檢測，大腸桿菌中沒有胰島素產生則可判斷重組質粒未導入受體菌

D.在培養大腸桿菌工程菌過程中，獲得目的基因的工具酶有限制性核酸內切酶和DNA聚合酶

【答案】B

【解析】人的胰島素基因在細胞核中，因此轉錄發生在細胞核中，翻譯發生在細胞質中的核糖體上，而大腸桿菌是原核細胞，沒有細胞核，A項錯誤；DNA連接酶能夠使兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵，B項正確；通過檢測，大腸桿菌中沒有胰島素產生只能確定目的基因沒有翻譯成蛋白質，不能判斷重組質粒未導入受體菌，C項錯誤；獲得目的基因的工具酶有限制性核酸內切酶和DNA連接酶，D項錯誤。

【例8】圖1是利用基因工程生產人胰島素的主要流程圖，圖2是生產過程中所制備的帶有目的基因的供體DNA分子及運載體（質粒）的示意圖。箭頭所指為相應限制酶的識別位點，tetr表示四環素抗性基因，tetr上游有基因C，基因C的表達產物會阻斷tetr基因的表達。請回答下列問題：

（1）圖1中人的某種體細胞是_________。

（2）第②步中需要的酶是_________，第④步常用__________________來處理細菌。

（3）若圖1所示過程中以tetr為標記基因，則第③步中應選用限制酶__________________對供體DNA和質粒進行切割；為檢測轉化結果，將經第④步處理后的大腸桿菌培養液接種在含有_________的培養基上，長出的菌落就是導入重組質粒的菌落。

（4）檢測目的基因能否在大腸桿菌細胞中表達，常用的方法為_________。

【答案】（1）胰島B細胞 （2）反轉錄酶（逆轉錄酶）和DNA聚合酶 Ca2＋（3）BglⅠ和HindⅢ 四環素（4）抗原—抗體雜交

【解析】（1）由圖1分析可知，目的基因是胰島素基因，但是從圖中可知，在胰島B細胞中獲取一種核酸為原料來合成胰島素基因，是用反轉錄法來人工合成目的基因的，而能轉錄出mRNA的只有胰島B細胞，即圖1中人的某種體細胞是胰島B細胞。（2）反轉錄過程需要逆轉錄酶和DNA聚合酶?；蚬こ讨惺荏w細胞是微生物，可用一定濃度Ca2＋處理微生物，使其處于感受態，使其能吸收周圍環境中的DNA分子。（3）tetr表示四環素抗性基因，tetr上游有基因C，基因C的表達產物會阻斷tetr基因的表達，所以將目的基因插入基因C上會破壞其結構，這樣就不會阻礙tetr基因的表達，所以可用BglⅠ、HindⅢ切割。為檢測轉化結果，將經第④步處理后的大腸桿菌接種在含有四環素的培養基上，因為tetr表示四環素抗性基因，可以表達出四環素抗性蛋白抵抗四環素，長出的菌落就是成功插入目的基因的菌落。（4）檢測目的基因能否在大腸桿菌細胞中表達，常用的方法為抗原－抗體雜交法。

有關糖尿?。ㄒ葝u素）的考查試題，能真正體現“源于教材，高于教材”的高考命題策略。在最后的復習階段，希望同學們抽一定時間，把與“糖尿?。ㄒ葝u素）”有關的教材內容能認真地閱讀一遍，并進行聯想，使有關“糖尿?。ㄒ葝u素）”的知識整合并系統化，發現其中的規律，建構起完整的知識網絡。

（作者單位：浙江省舟山中學）