2.2生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者——蛋白質(zhì)

1、第2節(jié)生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者一蛋白質(zhì)問題探討你能說出多少中富含蛋白質(zhì)的食品？ 你知道蛋白質(zhì)在生命活動(dòng)中的作用有哪些嗎?為什么有些食品中要添加某些氨基酸？1.飛O當(dāng)你購買某些食品時(shí)，包裝上常附有食品成分說明。你 會(huì)發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)是很多食品的重要成分，有時(shí)你還會(huì)看到添加 氨基酸的食品。2.3.本節(jié)聚焦1. 氨基酸的結(jié)構(gòu)有什么特點(diǎn)？2. 為什么細(xì)胞中蛋白質(zhì)的種類如此多樣？3. 為什么說蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者?組成細(xì)胞的有機(jī)物中含量最多的就是蛋白質(zhì)（Protein）?！皃rotein ”一詞源自拉丁文"proteus”，意思是“首要的物質(zhì)”。我們平時(shí)所吃的食物中，一般都含有蛋白質(zhì)，肉、蛋、奶

2、和大豆制品中蛋白質(zhì)含量尤其 豐富。蛋白質(zhì)必需經(jīng)過消化，成為各種氨基酸，才能被人體吸收和利用。氨基酸及其種類20種。氨基酸的氨基酸（amino acid）是組成蛋白質(zhì)的基本單位。在生物體中組成蛋白質(zhì)的氨基酸約有 結(jié)構(gòu)有什么特點(diǎn)呢？思考與討論觀察下列幾種氨基酸的結(jié)構(gòu)。OIIC-= OH甘氨酸H OI IIH,N-C- C-OHCHCH, CH 繃氨酸1LN-C-0IIC-OH丙氨酸側(cè)鏈基團(tuán)1. 這些氨基酸的結(jié)構(gòu)具有什么共同特點(diǎn)？2“氨基酸”這一名詞與其分子結(jié)構(gòu)有對(duì)應(yīng)關(guān)系嗎?其他氨基酸的分子結(jié)構(gòu)與以上4種相似，即每種氨基酸分子至少都含有一個(gè)氨基（-NH2）和一個(gè)羧基（-COOH）,并且都有一個(gè)氨基和

3、 一個(gè)羧基連接在同一個(gè)碳原子上。這個(gè)碳原子還連接一個(gè)氫原子和一個(gè)側(cè)鏈基團(tuán)，這個(gè)側(cè)鏈基團(tuán)用 R表示 的區(qū)別在于R基的不同，如甘氨酸上的 氨酸上的R基是一個(gè)甲基（-CH3）。（圖2-3 ）。各種氨基酸之間 R基是一個(gè)氫原子（-H），丙氨基圖230IIC-OH竣基氨基酸分子結(jié)構(gòu)通式與生活的聯(lián)系（嬰兒有9種，比成人多的一種是組氨酸），必須從外界環(huán)境中直有8種氨基酸是人體細(xì)胞不能合成的接獲取，這些氨基酸叫做必需氨基酸，如賴氨酸、苯丙氨酸等。因此，在評(píng)價(jià)各種食物中蛋白質(zhì)成分的營 養(yǎng)價(jià)值時(shí)，人們格外注重其中必需氨基酸的種類和含量。例如，谷類蛋白質(zhì)，尤其是玉米的蛋白質(zhì)中缺少 賴氨酸，因此以玉米為主食的人群，特

4、別是兒童應(yīng)額外補(bǔ)充賴氨酸。經(jīng)常食用奶制品、肉類、蛋類和大豆 制品，一般是不會(huì)缺乏必需氨基酸的。另外 12種氨基酸是人體細(xì)胞能夠合成的，叫做非必需氨基酸。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及其多樣性蛋白質(zhì)是以氨基酸為基本單位構(gòu)成的生物大分子。據(jù)估計(jì)，生物界的蛋白質(zhì)種類多達(dá)10101012種,它們參與組成細(xì)胞和生物體的各種結(jié)構(gòu)，執(zhí)行多種多樣的功能。20種氨基酸是怎樣構(gòu)成種類如此眾多的蛋白質(zhì)的呢？請(qǐng)仔細(xì)觀察下面由氨基酸形成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的蛋白質(zhì)的示意圖。相關(guān)信息牛胰島素由51個(gè)氨基酸組成，相對(duì)分子質(zhì)量為5700。人血紅蛋白相對(duì)分子質(zhì)量為64 S00 ,兔肌球蛋白相對(duì)分子質(zhì)量為 470 000 ,組成它們的氨基酸數(shù)量更多。氮基酸=

5、'ra I .三肽Ia幾條肽鏈盤曲 折疊形成果口質(zhì)一條肽鏈盤曲折疊形成蛋白質(zhì)圖2-4 山氨斗酸形成蛋口庾的示意圖思考與討論1. 觀察圖2-4，說說從氨基酸到蛋白質(zhì)大致有哪些結(jié)構(gòu)層次。2. 進(jìn)入人體消化道的蛋白質(zhì)食物，要經(jīng)過哪些消化酶的作用才能分解為氨基酸？這些氨基酸進(jìn)入人體 細(xì)胞后，需要經(jīng)過怎樣的過程才能轉(zhuǎn)變?yōu)槿梭w的蛋白質(zhì)？人體的蛋白質(zhì)和食物中的蛋白質(zhì)一樣嗎？3. 如果用20個(gè)不同的字母分別代表 20種氨基酸，寫出由10個(gè)氨基酸組成的長鏈，可以寫出多少條互不相同的長鏈？嘗試說出蛋白質(zhì)種類眾多的原因（提示：一個(gè)蛋白質(zhì)分子往往含有成百上千個(gè)氨基酸n個(gè)氨基酸形成 m條肽鏈呢?問題：n個(gè)氨基酸

6、形成一條肽鏈時(shí)，脫掉幾個(gè)水分子？形成幾個(gè)肽鍵？如果氨基酸分子互相結(jié)合的方式是 ：一個(gè)氨基酸分子的羧基（-COOH）和另一個(gè)氨基酸分子的氨基 （一NH）相 連接，同時(shí)脫去一分子水，這種結(jié)合方式叫做脫水縮合。連接兩個(gè)氨基酸分子的化學(xué)鍵（一NH-CO-）叫做肽鍵。由兩個(gè)氨基酸分子縮合而成的化合物，叫做二肽（圖2-5）。Ac IIII orL1JH,I1OH HIIC0OHf*>縮合肽鍵<it二6気匚罕戈'蠢;黍空t； C 一 NI 11 IROHC COOHR.二肚圖2-5飆S曲脫水縮倉示意圏圖2-6某種胰島素空間結(jié)構(gòu)不意圖以此類推，由多個(gè)氨基酸分子縮合而成的，含有多個(gè)肽鍵的化合

7、物，叫做多肽。多肽通常呈鏈狀結(jié)構(gòu),叫做肽鏈。肽鏈能盤曲、折疊，形成有一定空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)分子。許多蛋白質(zhì)分子含有幾條肽鏈，它們 通過一定的化學(xué)鍵互相結(jié)合在一起。這些肽鏈不呈直線，也不在同一個(gè)平面上， 形成更為復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)。例如，胰島素是一種蛋白質(zhì)，含兩條肽鏈，它的空間結(jié)構(gòu)如圖2-6。在細(xì)胞內(nèi)，每種氨基酸的數(shù)目成百上千，氨基酸形成肽鏈時(shí)，不同種類氨基酸的排列順序千變?nèi)f化， 肽鏈的盤曲、折疊方式及其形成的空間結(jié)構(gòu)千差萬別，因此，蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)是極其多樣的。這就是細(xì) 胞中蛋白質(zhì)種類繁多的原因。?知識(shí)鏈接為什么蛋白質(zhì)中氨基酸有這樣或那樣的排列順序？這是由細(xì)胞核中貯存的遺傳信息決定的。參見本書第 章

8、和遺傳與進(jìn)化第 4章。與生活的聯(lián)系：在雞蛋清中加入一些食鹽， 就會(huì)看到白色的絮狀物， 這是在食鹽的作用下析出的蛋白質(zhì)。兌水稀釋后,你會(huì)發(fā)現(xiàn)絮狀物消失。在上述過程中，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化。但是把雞蛋煮熟后，蛋白質(zhì)發(fā)生變性， 就不能恢復(fù)原來的狀態(tài)了。原因是高溫使蛋白質(zhì)分子的空間結(jié)構(gòu)變得伸展、松散，容易被蛋白酶水解。因 此，吃熟雞蛋容易消化。蛋白質(zhì)的功能蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)多種多樣，在細(xì)胞中承擔(dān)的功能也是多種多樣的（圖 2-7）。冇吐賃門質(zhì)冇免柱功褪*人悴內(nèi) 的抗體星邁口慣，町以戰(zhàn)助人律 扌氐踰戰(zhàn)萌利病議等拉，直的但雪.右些輩白慣起佶總嗆蟲作用，能夠開 節(jié)他戸的生勵(lì)詁動(dòng).則:稲狷盎（圖中 央赳L1域的部分

9、測(cè)咆井泌技,倉k自些蛋白質(zhì)具右疋輸戦體的 功能 <示懇01,孔壇編軌幾m 2-7 飯門.質(zhì)的主袈幼能不迥9.Slnn_X' V、.iWi y匯:卜f >M *瀘k :嗨iT $至仃質(zhì)星構(gòu)疲細(xì)世麗生鞫體夕古構(gòu)的或翌靭也 詢?yōu)榻o當(dāng)?shù)鞍?。倒軸.羽. 1【肉.対J悚送蛙為盛井主安是血白貢”對(duì)于圖2-7，你還能作出補(bǔ)充嗎？蛋白質(zhì)的功能還有許多?？梢哉f，一切生命活動(dòng)都離不開蛋白質(zhì)，練習(xí)：、基礎(chǔ)題1. 判斷下列表述是否正確。（1）蛋白質(zhì)水解的最終產(chǎn)物是氨基酸。（）（2）兩個(gè)氨基酸是通過脫水縮合的方式結(jié)合在一起的。2. 下列物質(zhì)中，屬于構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸的是：玫；：.，:主:.屯.：

10、9;細(xì)M的化學(xué)冃莊離不幵®的借化. 泄大名數(shù)璽和楚屋門質(zhì)（匕ffi所示為 蛋白醐冷晶蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者。A,NHj-CH, COOH.ENH, CH.4CH.OH,NH.C.NH廠-CH-一 （CH；）；-COOHtCOOHD. HOOC 匸H CH一COOH。3.胰島素分子有A, B兩條肽鏈，A鏈有21個(gè)氨基酸, 目是：A.48B.49C. 50D. 51答B(yǎng)鏈有30個(gè)氨基酸，胰島素分子中肽鍵的數(shù)個(gè); 個(gè); 個(gè); 個(gè)。答二、拓展題人的紅細(xì)胞和心肌細(xì)胞的主要成分都是蛋白質(zhì)，但這兩種細(xì)胞的功能卻完全不同。請(qǐng)根據(jù)本節(jié)內(nèi)容 對(duì)這種現(xiàn)象作出解釋?？茖W(xué)史話世界上第一個(gè)人工合成蛋白質(zhì)的

11、誕生早在 19 世紀(jì)初，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，證明一種物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)最直接的方法，是在實(shí)驗(yàn)室中直接合成 這種分子。 19 世紀(jì)中葉，科學(xué)家陸續(xù)用無機(jī)物合成了一些有機(jī)物，但是還不能合成蛋白質(zhì)。1886 年，俄國一位科學(xué)家嘗試用氨基酸“裝配”蛋白質(zhì)。他先將蛋白質(zhì)分解，把得到的氨基酸放進(jìn)試管里，加進(jìn)一些 促進(jìn)蛋白質(zhì)合成的物質(zhì)。過一段時(shí)間后，試管里出現(xiàn)了乳白色的沉淀物。當(dāng)時(shí)整個(gè)科學(xué)界轟動(dòng)了，以為找 到了人工合成蛋白質(zhì)的方法，實(shí)際上這些沉淀物只是一些氨基酸分子隨機(jī)連接形成的多肽。在探索過程中，科學(xué)家逐漸認(rèn)識(shí)到，要想快速、準(zhǔn)確地合成蛋白質(zhì)，首先要弄清蛋白質(zhì)中氨基酸的 排列順序。例如，一個(gè)由 20種、 500 個(gè)

12、氨基酸組成的蛋白質(zhì)，它的氨基酸的排列順序就可能是20500種.也就是說 . 如果不清楚氨基酸的排列順序，可能需要拼接20500次，才有可能獲得所需要的蛋白質(zhì)。后來，英國科學(xué)家桑格 (F. Sanger) 經(jīng)過 10 年的努力，終于在 1953 年測(cè)得了牛胰島素全部氨基酸的排列順序。20 世紀(jì)初人們就發(fā)現(xiàn)胰島素能治療糖尿病。由于胰島素在牛、羊等動(dòng)物體內(nèi)含量很少，很難通過提取 來大量制備，因此，人們夢(mèng)想著有一天能用人工方法合成胰島素。1958年，我國科學(xué)家提出人工合成胰島素的設(shè)想。當(dāng)時(shí)國際上最高的科研水平。也只能合成由 19 個(gè) 氨基酸組成的多肽。胰島素雖然是相對(duì)分子質(zhì)量較小的蛋白質(zhì)，但是也由17

13、種、 51 個(gè)氨基酸、兩條肽鏈然后再分別合成兩條鏈， 最后將兩條人工鏈合在一起。1965 年完成了結(jié)晶牛胰島素的全部合成，更令人振奮! 中國科學(xué)家依靠集體的智慧和力量，摘取了第一組成。這項(xiàng)艱巨的任務(wù)由北京和上海兩地的科研小組共同承擔(dān)。經(jīng)過集體研究，科研人員決定先把天然胰 島素的兩條鏈拆開， 摸索將兩條鏈合在一起的方法。 經(jīng)過 6 年零 9 個(gè)月的不懈努力，我國科學(xué)家終于在 的是，合成的胰島素具有與天然胰島素一樣的生物活性 頂人工合成蛋白質(zhì)的桂冠?？茖W(xué)前沿國際人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃在人類基因組計(jì)劃完成后，人類基因組絕大部分基因及其功能，都有待于在蛋白質(zhì)層面予以揭示和闡 明。如果人類能夠從個(gè)體、系統(tǒng)、器官、組織、細(xì)胞等生命系統(tǒng)的各個(gè)層次，研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能， 就有可能找到連接基因、蛋白質(zhì)與發(fā)育及有關(guān)疾病的紐帶，真正揭開人體的奧秘。2003年 12月15日，繼人類基因組計(jì)劃之后的又一項(xiàng)大規(guī)模的國際性科技工程“人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃”(簡稱HPP)宣布正式啟動(dòng)。首批行動(dòng)計(jì)劃包括由我國科學(xué)家牽頭的“人類肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃”和由美國科學(xué)家牽頭的“人類血漿蛋白質(zhì)組計(jì)劃” ?！皣H人類蛋白質(zhì)組”組織的總部設(shè)在我國首都北京。這是我國科 學(xué)家第一次領(lǐng)銜國際重大科研協(xié)作計(jì)劃。我國是肝病多發(fā)的國家之一，每年死于肝病的人都有數(shù)十萬