原核生物只有核糖体如何合成有空间结构的蛋白质？ 第1页

原核生物合成的一部分蛋白质可以自我折叠出空间结构。原核生物体内的一些分子可以促进相应的折叠过程。

这并不限制在原核生物范围内。多数蛋白质可以依靠本身氨基酸序列的性质进行自我折叠（在给定条件下自动趋向于能量最低的构象或能量较低的亚稳态构象），为了正确折叠到细胞生命活动所需的构象，许多蛋白质需要特定分子的帮助。

目前，还没有开发出让人胰岛素在大肠杆菌细胞内高效地自我折叠的技术，这很大程度上是因为那需要改的基因太多、无法期待比现在的方法便宜。

人胰岛素分子由 A、B 两条肽链组成，A 链有 21 个氨基酸，B 链有 30 个氨基酸，A7（Cys）-B7（Cys）、A20（Cys）-B19（Cys）四个半胱氨酸中的巯基形成两个二硫键，使 A、B 两链连接起来；A 链中的 A6（Cys）与 A11（Cys）之间也存在一个二硫键。

人胰岛 β 细胞分泌由 84 个氨基酸组成的长链多肽“胰岛素原”，在胰岛素原转化酶（PC1 和 PC2）与羧肽酶 E 的作用下将胰岛素原中间的 C 肽（连接肽）切下、将胰岛素原的羧基端部分（A 链）和氨基端部分（B 链）通过上述两个二硫键结合在一起形成人胰岛素分子。

基因工程改造的大肠杆菌合成的“含有人胰岛素序列或人胰岛素原序列的肽链”，在氨基酸序列上有和人胰岛素不同的部分。对这些肽链进行分离提纯（可以是破坏性提取包涵体，也已经研发出让大肠杆菌的细菌分泌系统主动将这些肽链分泌出来的手段），剪掉不同的部分，在体外折叠成人们想要的空间结构，就是题目中所说的“人工再加工”。

用大肠杆菌生产人胰岛素的方法主要有两种：

一、A、B 链分别表达

将人胰岛素 A 链与 B 链对应的 DNA 序列分别插入两种工程用大肠杆菌的表达型质粒，分别合成 β-半乳糖苷酶-人胰岛素 A 链、β-半乳糖苷酶-人胰岛素 B 链，大规模发酵生产、分离提纯，以溴化氰切断上述肽链中各处甲硫氨酸残基的 C 端^[1]，即可分别获得未折叠的人胰岛素 A 链与 B 链。将其纯化后按一定比例混合起来配对并折叠。由于配对成功率低到 10%~20%，这种方法生产的人胰岛素比较贵。

二、人胰岛素原表达

将人胰岛素原对应的 DNA 序列插入工程用大肠杆菌的表达型质粒，合成 β-半乳糖苷酶-人胰岛素原链，大规模发酵生产、分离提纯，以溴化氰切掉 β-半乳糖苷酶，即可获得未折叠的人胰岛素原。将其纯化后进行体外折叠。胰岛素原分子中间的 C 肽链可促使其形成人们所需的空间构象，二硫键正确配对的概率高达 80% 以上，但折叠后需要用胰蛋白酶切掉 C 肽链、用高浓度羧肽酶 B 切掉多余的精氨酸残基。尽管多用了两种酶，这种方法仍然比较便宜。

总之，题目反映的是生物教学上存在的实际问题，需要相应的改革来处理。

参考

1. ^ β-半乳糖苷酶含有多个甲硫氨酸残基并以这种残基跟人胰岛素 A、B 链连接，会被溴化氰解体成小碎片，而人胰岛素 A 链和 B 链不含甲硫氨酸残基。