備課資料(生命活動的主要承擔者——蛋白質) (2)

1、備課資料1.蛋白質在人體內的主要功能（1）構成酶、激素、抗體以及機體組織。（2）促進人體生長發(fā)育。（3）維持滲透壓。（4）供給人體部分能量。人體每天需要通過食物攝入一定量的蛋白質，用以機體生長、更新、組織修補以及各種生理功能的需要。也就是說，生命的產(chǎn)生、存在與消亡，無一不與蛋白質有關。人體的神經(jīng)、肌肉、血液、骨骼，甚至沒有一處不含蛋白質，一個幾千克重的嬰兒長成為一個幾十千克重的大人，體內各種組織成分的自我更新都離不開蛋白質。人體的新陳代謝是通過成千上萬種化學反應來實現(xiàn)的，而這些反應都需要酶來催化，酶能在正常體溫下，廣泛參加人體各種各樣的生命活動。如肌肉收縮、血液循環(huán)、消化、生長、發(fā)育和繁殖以及

2、各種各樣的思維活動。如果沒有酶的參加，生命活動就無法進行。而這些具有各種各樣特異作用的酶，和調節(jié)生理功能的一些激素一樣，本身也是蛋白質。由此可見，在生命活動中蛋白質是無處不存在的，而且具有多種多樣的重要功能。生物體一旦失去蛋白質，那么一切生命活動即將停止，生命終結。所以說，蛋白質是生命物質。一個人每天需要多少蛋白質，要根據(jù)年齡、性別、勞動條件和健康情況而定，并因食物來源而有所不同。例如，一個65千克的健康成年男子，根據(jù)其體力勞動強度的不同，每天約需要蛋白質75100克。一般成年女子略微少些。而兒童、青少年在生長發(fā)育期，以及婦女懷孕和授乳期間所需要的蛋白質便多些。至于人在生病的情況下，如燒傷、骨

3、折、感染、腎炎等，患者的蛋白質需要量可根據(jù)病情作相應增減。一個體重65千克，從事較輕勞動的成年男子，可以從他每天所吃的主副食（糧食500克，肉100克，蛋一個，豆制品50克，蔬菜500克）中獲得所需要的75克蛋白質。根據(jù)需要與可能，他還可以適當?shù)卣{劑副食，如增加些乳、蛋、肉類、豆制品、花生等提高蛋白質的質和量。如果調配得當，充分發(fā)揮各種植物蛋白質的“互補作用”，少加甚至不加動物性食品也可保證蛋白質的需要。其他兒童、青少年、成年、老年男女以及孕婦、產(chǎn)婦和病人可以此為參考，調劑每天的主副食，酌情增減蛋白質的攝入量。我們選擇蛋白質食物，首先應考慮蛋白質含量的多少。如果食物中蛋白質含量很少，即使營養(yǎng)價

4、值很高，也不能滿足人體需要。在常用的每100克食物中，肉類含蛋白質1020克，魚類含1520克，全蛋含1315克，豆類含2030克，谷類含812克，蔬菜、水果含12克。動物性食物比植物性食物含量多，豆類含量很多，質量上比動物性食物也不差。判斷蛋白質質的優(yōu)劣有三點：（1）蛋白質被人體消化、吸收得越徹底，其營養(yǎng)價值就越高。整粒大豆的消化率為60%，做成豆腐、豆?jié){后可提高到90%，其他蛋白質在煮熟后吸收率也能提高，如乳類為98%，肉類為93%，蛋類為98%，米飯為82%。（2）被人體吸收后的蛋白質，利用的程度有高有低，利用程度越高，其營養(yǎng)價值也越高。利用的程度高低，叫蛋白質的生理價值。常用食物蛋白質

5、的生理價值是：雞蛋94%，牛奶85%，魚肉83%，蝦77%，牛肉76%，大米77%，白菜76%，小麥67%。動物蛋白質的生理價值一般比植物蛋白質高。（3）看所含必需氨基酸是否豐富，種類是否齊全，比例是否適當。種類齊全、數(shù)量充足、比例適當，叫完全蛋白質，如動物蛋白質和豆類蛋白質。種類齊全，但比例不適當，叫半完全蛋白質，在谷物中含量較多。種類不全，叫不完全蛋白質，如肉皮中的膠質蛋白，平米中的平米膠蛋白。將兩種以上的食物混合食用，使含的氨基酸相互補充，能更好地適合人體的需求。多吃蛋白質也不好，會增加腎臟負擔，增加額外的熱能消耗，不經(jīng)濟。所以，要合理食用蛋白質。2.蛋白質的主要生理功能蛋白質是一切生命

6、的物質基礎，這不僅是因為蛋白質是構成機體組織器官的基本成分，更重要的是蛋白質本身不斷地進行合成與分解。這種合成、分解的對立統(tǒng)一過程，推動生命活動，調節(jié)機體正常生理功能，保證機體的生長、發(fā)育、繁殖、遺傳及修補損傷的組織。根據(jù)現(xiàn)代的生物學觀點，蛋白質和核酸是生命的主要物質基礎。蛋白質的生理功能：蛋白質是構成組織和細胞的重要成分，如肌肉、骨骼及內臟主要由蛋白質組成。一切細胞的原生質都以蛋白質為主，動物的細胞膜及細胞間質也主要由蛋白質組成。用于更新和修補組織細胞。參與物質代謝及生理功能的調控。氧化供能。1克蛋白質在體內氧化供能約1.67104焦耳。其他功能。如多功能血漿蛋白質的生理功能。組成蛋白質的氨

7、基酸有20余種，體內只能合成一部分，其余則須由食物蛋白質供給。體內不能合成或合成速度太慢的氨基酸都必須由食物蛋白質供給，故又稱為“必需氨基酸”。體內能自己合成的氨基酸則不必由食物蛋白質供給的又稱為“非必需氨基酸”。在體內合成蛋白質的許多氨基酸中，有8種必需氨基酸須食物供給，即賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸、亮氨酸、異亮氨酸及纈氨酸。食物中含有的必需氨基酸越多，其營養(yǎng)價值越高。動物蛋白如肉類、蛋、乳均含8種必需氨基酸，又稱優(yōu)質蛋白；植物蛋白如豆類蛋白質所含的必需氨基酸是不全的。但若把玉米、小米及大豆三種植物蛋白質混合組成的面食，其營養(yǎng)價值則明顯提高。這種把幾種營養(yǎng)價值較低的蛋白質，混合

8、后使其營養(yǎng)價值提高的作用又稱為不同蛋白質的互補作用。3.蛋白質工程及進展簡單地講，蛋白質工程就是根據(jù)蛋白質的精細結構和生物活力的作用機制之間的關系，利用基因工程的手段，按照人類自身的需要，定向地改造天然的蛋白質，甚至于創(chuàng)造新的、自然界本不存在的、具有優(yōu)良特性的蛋白質分子。蛋白質工程在誕生之日起就與基因工程密不可分?；蚬こ淌峭ㄟ^基因操作把外源基因轉入適當?shù)纳矬w內，并在其中進行表達，它的產(chǎn)品還是該基因編碼的天然存在的蛋白質。蛋白質工程則更進一步根據(jù)分子設計的方案，通過對天然蛋白質的基因進行改造，來實現(xiàn)對其所編碼的蛋白質的改造，它的產(chǎn)品已不再是天然的蛋白質，而是經(jīng)過改造的，具有了人類所需要的優(yōu)點

9、的蛋白質。天然蛋白質都是通過漫長的進化過程自然選擇而來的，而蛋白質工程對天然蛋白質的改造，好比是在實驗室里加快了的進化過程，期望能更快、更有效地為人類的需要服務。對蛋白質的研究與改造：蛋白質是重要的生物大分子，參與生命體系幾乎所有的過程。血紅蛋白在紅血球中載氧，膠原蛋白組成皮膚的大部分，各種酶催化生命活動中眾多的反應。具有如此繁多功能的蛋白質，在組成和結構上有一些規(guī)律，使得人們可以著手對它進行研究和改造。蛋白質都是由一類叫做氨基酸的小分子化合物構成，這些氨基酸按特定的排列順序首尾相連，形成特定長度的肽鏈。在生理條件下，由于肽鏈內部相鄰氨基酸殘基之間的相互作用，以及在順序上相隔較遠，但在空間上相

10、互接近的氨基酸殘基之間的相互作用，使得肽鏈總是傾向于采取一種能量最低的空間結構，來達到穩(wěn)定存在的形式。這樣的特定的空間結構，與蛋白質特有的功能密切相關。綜合上面所說的，可以發(fā)現(xiàn)蛋白質的空間結構是由其氨基酸的組成和排列順序決定的。有了這樣一個規(guī)律，就可以通過改變蛋白質的氨基酸組成和排列順序來改變其空間結構，進而影響蛋白質的功能。當前，蛋白質工程是發(fā)展較好、較快的分子工程。這是因為在進行蛋白質分子設計后，已可應用高效的基因工程來進行蛋白質的合成。最早的蛋白工程是福什特（Forsht）等在19821985年間對酪氨酰tRNA合成酶的分子改造工作。他根據(jù)XRD（X射線衍射）實測該酶與底物結合部位結構，

11、用定位突變技術改變與底物結合的氨基酸殘基，并用動力學方法測量所得變體酶的活性，深入探討了酶與底物的作用機制。佩里（Perry）1984年通過將溶菌酶中Ile（3）改成Cys（3），并進一步氧化生成Cys（3）Cys（97）二硫鍵，使酶熱穩(wěn)定性提高，顯著改進了這種食品工業(yè)用酶的應用價值。1987年福什特通過將枯草桿菌蛋白酶分子表面的Asp（99）和Glu（156）改成Lys，而導致了活性中心His（64）質子pKa從7下降到6，使酶在pH6時的活力提高10倍。工業(yè)用酶最佳pH的改變預示可帶來巨大經(jīng)濟效益。蛋白工程還可對酶的催化活性、底物專一性、抗氧化性、熱變性、堿變性等加以改變。由此可以看出蛋白工程的威力及其光輝前景。上述各例是通過對關鍵氨基酸殘基的置換與增刪進行蛋白工程的一類方法。另一類是以某個典型的折疊進行“從頭設計”的方法。1988年杜邦公司宣布，成功設計并合成了由四段反平行螺旋組成為73個氨基殘基的成果。這顯示，按人們預期要求，通過從頭設計以折疊成新蛋白的目標已是可望又可及了。預測結構的模型法，在奠定分子生物學基礎時起過重大作用。蛋白的一級