第2章 第2節(jié) 生命活動的主要承擔(dān)者

第2章第2節(jié)生命活動的主要承擔(dān)者一蛋白質(zhì)問題探討富含蛋白質(zhì)的食品有大豆制品，如豆?jié){、豆腐、腐竹；奶類制品，如奶粉、酸奶、袋裝奶;還有肉、蛋類食品，如烤肉、肉腸、雞蛋，等等。在生物的生命活動中，有些蛋白質(zhì)是構(gòu)成細胞和生物體的結(jié)構(gòu)成分，如結(jié)構(gòu)蛋白；有些蛋白質(zhì)能夠調(diào)節(jié)生命活動，如胰島素；有些蛋白質(zhì)有催化作用，如絕大多數(shù)酶都是蛋白質(zhì)；有些蛋白質(zhì)具有運輸載體的功能，如紅細胞中的血紅蛋白；有些蛋白質(zhì)有免疫功能，如人體內(nèi)的抗體。有些食品中要添加某些氨基酸。因為氨基酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的基本單位，在人體內(nèi)約有20種氨基酸，其中有8種是人體需要而不能自己合成的，必須從外界環(huán)境獲得，如賴氨酸、苯丙氨酸等，它們被稱為必需氨基酸。所以有些食品中要添加賴氨酸或苯丙氨酸等人體必需的氨基酸。組成細胞的有機物中含量最多的就是蛋快。我們平時所吃的食物中，一般都含有蛋白質(zhì)，但是，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。一、氨基酸及其種類種類氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本單位。在生物體中組成蛋白質(zhì)的氨基酸約有20>結(jié)構(gòu)及特點（1）實例思考討論分析比較圖中三種氨基酸，可以看出，每個氨基酸都有氨基（圖中a）和羧基（圖中b），并且都有一個氨基和一個羧基連接在同一個碳原子上。（對應(yīng)教材“思考與討論”第1題）從圖中三種氨基酸可以看出，“氨基酸”這一名詞代表了氨基酸分子結(jié)構(gòu)中主要的部分一一氨基和羧基。（對應(yīng)教材“思考與討論”第2題）（2）歸納結(jié)構(gòu)及特點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氨基（頊和一個羧基（-CM），并且都有一個氨基和一個羧基連接在同一個碳原子上。這個碳原子還連接一個氫原子和一個側(cè)鏈基團，這個側(cè)鏈基團用R表示（如右圖）。各種氨基酸之間的區(qū)別在于R基的不同，如圖中三種氨基酸的R基依次為—CHCH3CH3、—CH3和一H。與生活的聯(lián)系（1）必需氨基酸和非必需氨基酸組成人體細胞的氨基酸中，有8種氨基酸是人體細胞不能合成的（嬰兒有9種，比成人多的一種是組氨酸），必須從外界環(huán)境中直接獲取，這些氨基酸叫做必需氨基酸，另外12種氨基酸是人體細胞能夠合成的，叫做非必需氨基酸。（2）應(yīng)用在評價各種食物中蛋白質(zhì)成分的營養(yǎng)價值時，人們格外注重其中必需氨基酸的種類和含量。二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及其多樣性（學(xué)習(xí)線索：蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)層次T蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性T與生活的聯(lián)系）蛋白質(zhì)是以氨基酸為基本單位構(gòu)成的生物大分王1.蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)層次：氨基酸脫水縮食多肽盤曲、折疊*蛋白質(zhì)猊甚酸兒條肽性助曲折疊形成董1'1喧一條肽觥盤曲折鴦形成漆白明圖2-4由氨基酸形成毒11質(zhì)的小意圖觀察圖2-4,可看出，從氨基酸到蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次大致有:氨基酸一二肽一三肽一……一多肽，一條多肽鏈盤曲折疊形成蛋白質(zhì)，或幾條多肽鏈折疊形成蛋白質(zhì)。（對應(yīng)教材討論第1題）進入人體消化道的蛋白質(zhì)食物，要經(jīng)過胃蛋白酶、胰蛋白酶、腸蛋白酶、腸肽酶等多種水解酶的作用，才能分解為氨基酸。這些氨基酸進入細胞后，要形成二肽、三肽到多肽，由多肽構(gòu)成人體的蛋白質(zhì)。人體的蛋白質(zhì)與食物中的蛋白質(zhì)不一樣，具有完成人體生命活動的結(jié)構(gòu)和功能。（對應(yīng)教材討論第2題）（1）氨基酸脫水縮含多肽氨基酸分子互相結(jié)合的方式是:一個氨基酸分子的相基（-COOH）和另一個氨基酸分子的氨基（一NH2）相連接，同時脫去一分子水，這種結(jié)合方式叫做脫水縮合。連接兩個氨基酸分子的化學(xué)鍵（—NH—CO—）叫做肽鍵。由兩個氨基酸分子縮合而成的化合物，叫做二肽（圖2-5）。以此類推，由多個氨基酸分子縮合而成的，含有多個肽鍵的化合物，叫多肽。多肽通常呈鏈狀結(jié)構(gòu)，叫做肽鏈。TOC\o"1-5"\h\zII——rHA—C—C—OHH一N—C—COOH

in1JII虬OH&縮合h廄謎y一[Ro]+H.N-C—C-N^C-COOH*。H芯ITI二肽圖只-5氯基俄脫丁K縮背示意圖根據(jù)上述規(guī)律，n個氨基酸形成一條肽鏈時，脫掉n-1個水分子，形成n-1個肽鍵。同理，n個氨基酸形成m條肽鏈時，脫掉n-m個水分子，形成n-m個肽鍵。（對應(yīng)教材旁欄思考題）（2）多肽――虹逝疊蛋白質(zhì)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，也不在同一個平面上，形成更為復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性如果用20個不同的字母分別代表20種氨基酸，寫出由10個氨基酸組成的長鏈，可以寫出201條互不相同的長鏈。一個蛋白質(zhì)分子往往含有成百上千個氨基酸，氨基酸的種類、數(shù)量、排列順序以及蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的不同是蛋白質(zhì)多種多樣的原因。（對應(yīng)教材討論第3題）在細胞內(nèi)，每種氨基酸的數(shù)目成百上千，氨基酸形成肽鏈時，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。這就是細胞中蛋白質(zhì)種類繁多的原因?！局R鏈接】蛋白質(zhì)中氨基酸有這樣或那樣的排列順序，這是由細胞核中貯存的遺傳信息決定的。與生活的聯(lián)系：在雞蛋清中加入一些食鹽，就會看到白色的絮狀物，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?！局R鏈接】蛋白質(zhì)的鹽析與變性的對比鹽析變性概念蛋白質(zhì)在某些鹽的濃溶液中溶解度降低而析出蛋白質(zhì)在熱、酸、堿等條件下性質(zhì)發(fā)生改變而凝結(jié)特征可逆不可逆實質(zhì)溶解度降低結(jié)構(gòu)、性質(zhì)發(fā)生改變條件堿金屬、鎂、鋁等輕金屬或銨鹽等的濃溶液加熱，紫外線、X射線，強酸、強堿，重金屬（如鉛、銅和汞等）的鹽類，甲醛、酒精、苯酚、苯甲酸等用途分離提純蛋白質(zhì)殺菌、消毒蛋白質(zhì)的變性作用如果不過于激烈，蛋白質(zhì)分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化不大，變性就是可逆的。例如，胃蛋白酶加熱到80?100^時會失去溶解性，并喪失消化蛋白質(zhì)的能力，但如果再將溫度降到37°C，它會恢復(fù)溶解性與消化蛋白質(zhì)的能力。蛋白質(zhì)的變性作用并不都是可逆的，隨著變性時間的增加，條件的加劇，變性的程度也會加深，如豆腐就是大豆蛋白在煮沸和加鹽的條件下形成的變性蛋白的凝固體。這樣的變性作用是不可逆的。三、蛋白質(zhì)的功能（學(xué)習(xí)線索：蛋白質(zhì)主要功能示例T蛋白質(zhì)主要功能歸納1.蛋白質(zhì)主要功能實例蛆合順序：①一e②一c③一d④一b⑤一a2.蛋白質(zhì)主要功能歸納蛋白質(zhì)是構(gòu)成細胞和生物體結(jié)構(gòu)的重要物質(zhì)，具有催化、運輸、免疫、信息傳遞等許多功能。一切生命活動都離不開蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔(dān)者和體現(xiàn)者。每一種蛋白質(zhì)都有特定的生物學(xué)功能，這是由它們特定的結(jié)構(gòu)決定的。練習(xí)：一、基礎(chǔ)題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。（”）【點撥】蛋白質(zhì)初步水解產(chǎn)物是小分子多肽，最終水解產(chǎn)物是氨基酸，徹底氧化分解產(chǎn)物是二氧化碳、水和尿素。（2）兩個氨基酸是通過脫水縮合的方式結(jié)合在一起的。（”）下列物質(zhì)中，屬于構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸的是：（A）NHj—匚禺一COOH；XH—ClI,—CHOHt'NH：NH?—CH—〔CH’h—CQOHiCOOH口.HOOC—CH-CH.—CQOH,【點撥】解答本類題目的關(guān)鍵是熟記氨基酸的結(jié)構(gòu)通式如下圖所示

'提供“一H與相部貌燦曲的■CgH脫水溶合形成腕照可暨部分R基:決定甌基酸的神類段理化性質(zhì).提供"一QH"與相鄰喊星酸的—NHjt水酩告形成肱例找出氨基酸的共同體，即圖中“不變部分”(連接在同一碳原子上的一NH2、—'提供“一H與相部貌燦曲的■CgH脫水溶合形成腕照可暨部分R基:決定甌基酸的神類段理化性質(zhì).提供"一QH"與相鄰喊星酸的—NHjt水酩告形成肱例胰島素分子有A,B兩條肽鏈，A鏈有21個氨基酸，B鏈有30個氨基酸，胰島素分子中肽鍵的數(shù)目是：(B)A.48個；B.49個；C.50個；D.51個?！军c撥】根據(jù)“肽鍵數(shù)=失去水分子數(shù)=氨基酸數(shù)一肽鏈數(shù)”可得。二、拓展題人的紅細胞和心肌細胞的主要成分都是蛋白質(zhì)，但這兩種細胞的功能卻完全不同。請根據(jù)本節(jié)內(nèi)容對這種現(xiàn)象作出解釋。提示：紅細胞中的蛋白質(zhì)和心肌細胞中的蛋白質(zhì)，其氨基酸的種類、數(shù)量和排列順序以及蛋白質(zhì)分子的空間結(jié)構(gòu)都不同，它們的功能也不相同?！就卣埂坎煌锛巴簧锊煌毎械鞍踪|(zhì)不同的原因不同生物蛋白質(zhì)不同的根本原因是DNA(基因或遺傳信息)的特異性。因同一生物不同體細胞都是由一個受精卵分裂、分化形成的，故其DNA相同。但是，由于基因的選擇性表達，不同細胞表達的基因不同，產(chǎn)生的mRNA、蛋白質(zhì)不同。故同一生物不同細胞蛋白質(zhì)不同的直接原因是mRNA不同，根本原因是“基因的選擇性表達”。若直接從蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)分析，同一生物不同細胞蛋白質(zhì)不同，則是由于組成不同蛋白質(zhì)的氨基酸的種類、數(shù)量和排列順序以及蛋白質(zhì)分子的空間結(jié)構(gòu)都不同?？茖W(xué)史話“關(guān)鍵語句”世界上第一個人工合成蛋白質(zhì)的誕生早在19世紀初，人們已經(jīng)認識到，證明一種物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)最直接的方法，是在實驗室中直接合成這種分子。在探索過程中，科學(xué)家逐漸認識到，要想快速、準確地合成蛋白質(zhì)，首先要弄清蛋白質(zhì)中氨基酸的排列順序。后來，英國科學(xué)家桑格(F.Sanger)經(jīng)過10年的努力，終于在1953年測得了牛胰島素全部氨基酸的排列順序。20世紀初人們就發(fā)現(xiàn)胰島素能治療糖尿病。由于胰島素在牛、羊等動物體內(nèi)含量很少，很難通過提取來大量制備，因此，人們夢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。經(jīng)過6年零9個月的不懈努力，我國科學(xué)家終于在1965年完成了結(jié)晶牛胰島素的全部合成，更令人振奮的是，合成的胰島素具有與天然胰島素一樣的生物活性!中國科學(xué)家依靠集體的智慧和力量，摘取了第一頂人工合成蛋白質(zhì)的桂冠?？茖W(xué)前沿“關(guān)鍵語句”國際人類蛋白質(zhì)組計劃在人類基因組計劃完成后，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。如果人類能夠從個體、系統(tǒng)、器官、組織、細胞等生命系