人教版教材word版必修1生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者-蛋白質(zhì)

生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者—蛋白質(zhì)問題探討當(dāng)你購(gòu)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。1.你能說出多少中富含蛋白質(zhì)的食品？2.你知道蛋白質(zhì)在生命活動(dòng)中的作用有哪些嗎？3.為什么有些食品中要添加某些氨基酸？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。氨基酸及其種類氨基酸(aminoacid)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種。氨基酸的結(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)。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（圖2-3）。各種氨基酸之間的區(qū)別在于R基的不同，如甘氨酸上的R基是一個(gè)氫原子(-H)，丙氨酸上的R基是一個(gè)甲基(-CH3)。與生活的聯(lián)系有8種氨基酸是人體細(xì)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，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(yíng)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)1010—1012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64S00,兔肌球蛋白相對(duì)分子質(zhì)量為470000，組成它們的氨基酸數(shù)量更多。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(zhǎng)鏈，可以寫出多少條互不相同的長(zhǎng)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)。問題：n個(gè)氨基酸形成一條肽鏈時(shí)，脫掉幾個(gè)水分子？形成幾個(gè)肽鍵？如果n個(gè)氨基酸形成m條肽鏈呢？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(—NH2)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(—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)。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3章和《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)。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)，蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者。練習(xí)：一、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：答[]3.胰島素分子有A,B兩條肽鏈，A鏈有21個(gè)氨基酸，B鏈有30個(gè)氨基酸，胰島素分子中肽鍵的數(shù)目是: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(guó)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)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(guó)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(guó)科學(xué)家提出人工合成胰島素的設(shè)想。當(dāng)時(shí)國(guó)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種、51個(gè)氨基酸、兩條肽鏈組成。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。然后再分別合成兩條鏈，最后將兩條人工鏈合在一起。經(jīng)過6年零9個(gè)月的不懈努力，我國(guó)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(guó)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。科學(xué)前沿國(guó)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(guó)際性科技工程—“人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃”(簡(jiǎn)稱HPP)宣布正式啟動(dòng)。首批行動(dòng)計(jì)劃包括由我國(guó)科學(xué)家牽頭的“人類肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃”和由美國(guó)科學(xué)家牽頭的“人類血漿蛋白質(zhì)組計(jì)劃”。“國(guó)際人類蛋白質(zhì)組”組織的總部設(shè)在我國(guó)首都北京。這是我國(guó)科學(xué)家第一次領(lǐng)銜國(guó)際重大科研協(xié)作計(jì)劃。我國(guó)是肝病多發(fā)的國(guó)家之一，每年死于肝病的人都有數(shù)十萬之多，乙型肝炎病毒攜帶者占人口的比例