備課資料(生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者——蛋白質(zhì)) (2)

1、備課資料1.蛋白質(zhì)在人體內(nèi)的主要功能（1）構(gòu)成酶、激素、抗體以及機(jī)體組織。（2）促進(jìn)人體生長(zhǎng)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(guò)食物攝入一定量的蛋白質(zhì)，用以機(jī)體生長(zhǎng)、更新、組織修補(bǔ)以及各種生理功能的需要。也就是說(shuō)，生命的產(chǎn)生、存在與消亡，無(wú)一不與蛋白質(zhì)有關(guān)。人體的神經(jīng)、肌肉、血液、骨骼，甚至沒(méi)有一處不含蛋白質(zhì)，一個(gè)幾千克重的嬰兒長(zhǎng)成為一個(gè)幾十千克重的大人，體內(nèi)各種組織成分的自我更新都離不開蛋白質(zhì)。人體的新陳代謝是通過(guò)成千上萬(wàn)種化學(xué)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而這些反應(yīng)都需要酶來(lái)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(dòng)。如肌肉收縮、血液循環(huán)、消化、生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖以及

2、各種各樣的思維活動(dòng)。如果沒(méi)有酶的參加，生命活動(dòng)就無(wú)法進(jìn)行。而這些具有各種各樣特異作用的酶，和調(diào)節(jié)生理功能的一些激素一樣，本身也是蛋白質(zhì)。由此可見，在生命活動(dòng)中蛋白質(zhì)是無(wú)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(zhì)，那么一切生命活動(dòng)即將停止，生命終結(jié)。所以說(shuō)，蛋白質(zhì)是生命物質(zhì)。一個(gè)人每天需要多少蛋白質(zhì)，要根據(jù)年齡、性別、勞動(dòng)條件和健康情況而定，并因食物來(lái)源而有所不同。例如，一個(gè)65千克的健康成年男子，根據(jù)其體力勞動(dòng)強(qiáng)度的不同，每天約需要蛋白質(zhì)75100克。一般成年女子略微少些。而兒童、青少年在生長(zhǎng)發(fā)育期，以及婦女懷孕和授乳期間所需要的蛋白質(zhì)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(zhì)需要量可根據(jù)病情作相應(yīng)增減。一個(gè)體重65千克，從事較輕勞動(dòng)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(gè)，豆制品50克，蔬菜500克）中獲得所需要的75克蛋白質(zhì)。根據(jù)需要與可能，他還可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)劑副食，如增加些乳、蛋、肉類、豆制品、花生等提高蛋白質(zhì)的質(zhì)和量。如果調(diào)配得當(dāng)，充分發(fā)揮各種植物蛋白質(zhì)的“互補(bǔ)作用”，少加甚至不加動(dòng)物性食品也可保證蛋白質(zhì)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(diào)劑每天的主副食，酌情增減蛋白質(zhì)的攝入量。我們選擇蛋白質(zhì)食物，首先應(yīng)考慮蛋白質(zhì)含量的多少。如果食物中蛋白質(zhì)含量很少，即使?fàn)I養(yǎng)價(jià)

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(zhì)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(dòng)物性食物比植物性食物含量多，豆類含量很多，質(zhì)量上比動(dòng)物性食物也不差。判斷蛋白質(zhì)質(zhì)的優(yōu)劣有三點(diǎn)：（1）蛋白質(zhì)被人體消化、吸收得越徹底，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)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(zhì)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(zhì)，利用的程度有高有低，利用程度越高，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值也越高。利用的程度高低，叫蛋白質(zhì)的生理價(jià)值。常用食物蛋白質(zhì)

5、的生理價(jià)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(dòng)物蛋白質(zhì)的生理價(jià)值一般比植物蛋白質(zhì)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(dāng)。種類齊全、數(shù)量充足、比例適當(dāng)，叫完全蛋白質(zhì)，如動(dòng)物蛋白質(zhì)和豆類蛋白質(zhì)。種類齊全，但比例不適當(dāng)，叫半完全蛋白質(zhì)，在谷物中含量較多。種類不全，叫不完全蛋白質(zhì)，如肉皮中的膠質(zhì)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(bǔ)充，能更好地適合人體的需求。多吃蛋白質(zhì)也不好，會(huì)增加腎臟負(fù)擔(dān)，增加額外的熱能消耗，不經(jīng)濟(jì)。所以，要合理食用蛋白質(zhì)。2.蛋白質(zhì)的主要生理功能蛋白質(zhì)是一切生命

6、的物質(zhì)基礎(chǔ)，這不僅是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)是構(gòu)成機(jī)體組織器官的基本成分，更重要的是蛋白質(zhì)本身不斷地進(jìn)行合成與分解。這種合成、分解的對(duì)立統(tǒng)一過(guò)程，推動(dòng)生命活動(dòng)，調(diào)節(jié)機(jī)體正常生理功能，保證機(jī)體的生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖、遺傳及修補(bǔ)損傷的組織。根據(jù)現(xiàn)代的生物學(xué)觀點(diǎn)，蛋白質(zhì)和核酸是生命的主要物質(zhì)基礎(chǔ)。蛋白質(zhì)的生理功能：蛋白質(zhì)是構(gòu)成組織和細(xì)胞的重要成分，如肌肉、骨骼及內(nèi)臟主要由蛋白質(zhì)組成。一切細(xì)胞的原生質(zhì)都以蛋白質(zhì)為主，動(dòng)物的細(xì)胞膜及細(xì)胞間質(zhì)也主要由蛋白質(zhì)組成。用于更新和修補(bǔ)組織細(xì)胞。參與物質(zhì)代謝及生理功能的調(diào)控。氧化供能。1克蛋白質(zhì)在體內(nèi)氧化供能約1.67104焦耳。其他功能。如多功能血漿蛋白質(zhì)的生理功能。組成蛋白質(zhì)的氨

7、基酸有20余種，體內(nèi)只能合成一部分，其余則須由食物蛋白質(zhì)供給。體內(nèi)不能合成或合成速度太慢的氨基酸都必須由食物蛋白質(zhì)供給，故又稱為“必需氨基酸”。體內(nèi)能自己合成的氨基酸則不必由食物蛋白質(zhì)供給的又稱為“非必需氨基酸”。在體內(nèi)合成蛋白質(zhì)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(yíng)養(yǎng)價(jià)值越高。動(dòng)物蛋白如肉類、蛋、乳均含8種必需氨基酸，又稱優(yōu)質(zhì)蛋白；植物蛋白如豆類蛋白質(zhì)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(zhì)混合組成的面食，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值則明顯提高。這種把幾種營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較低的蛋白質(zhì)，混合

8、后使其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值提高的作用又稱為不同蛋白質(zhì)的互補(bǔ)作用。3.蛋白質(zhì)工程及進(jìn)展簡(jiǎn)單地講，蛋白質(zhì)工程就是根據(jù)蛋白質(zhì)的精細(xì)結(jié)構(gòu)和生物活力的作用機(jī)制之間的關(guān)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(zhì)，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(zhì)分子。蛋白質(zhì)工程在誕生之日起就與基因工程密不可分。基因工程是通過(guò)基因操作把外源基因轉(zhuǎn)入適當(dāng)?shù)纳矬w內(nèi)，并在其中進(jìn)行表達(dá)，它的產(chǎn)品還是該基因編碼的天然存在的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程則更進(jìn)一步根據(jù)分子設(shè)計(jì)的方案，通過(guò)對(duì)天然蛋白質(zhì)的基因進(jìn)行改造，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)其所編碼的蛋白質(zhì)的改造，它的產(chǎn)品已不再是天然的蛋白質(zhì)，而是經(jīng)過(guò)改造的，具有了人類所需要的優(yōu)點(diǎn)

9、的蛋白質(zhì)。天然蛋白質(zhì)都是通過(guò)漫長(zhǎng)的進(jìn)化過(guò)程自然選擇而來(lái)的，而蛋白質(zhì)工程對(duì)天然蛋白質(zhì)的改造，好比是在實(shí)驗(yàn)室里加快了的進(jìn)化過(guò)程，期望能更快、更有效地為人類的需要服務(wù)。對(duì)蛋白質(zhì)的研究與改造：蛋白質(zhì)是重要的生物大分子，參與生命體系幾乎所有的過(guò)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(dòng)中眾多的反應(yīng)。具有如此繁多功能的蛋白質(zhì)，在組成和結(jié)構(gòu)上有一些規(guī)律，使得人們可以著手對(duì)它進(jìn)行研究和改造。蛋白質(zhì)都是由一類叫做氨基酸的小分子化合物構(gòu)成，這些氨基酸按特定的排列順序首尾相連，形成特定長(zhǎng)度的肽鏈。在生理?xiàng)l件下，由于肽鏈內(nèi)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(yuǎn)，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(jié)構(gòu)，來(lái)達(dá)到穩(wěn)定存在的形式。這樣的特定的空間結(jié)構(gòu)，與蛋白質(zhì)特有的功能密切相關(guān)。綜合上面所說(shuō)的，可以發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)是由其氨基酸的組成和排列順序決定的。有了這樣一個(gè)規(guī)律，就可以通過(guò)改變蛋白質(zhì)的氨基酸組成和排列順序來(lái)改變其空間結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響蛋白質(zhì)的功能。當(dāng)前，蛋白質(zhì)工程是發(fā)展較好、較快的分子工程。這是因?yàn)樵谶M(jìn)行蛋白質(zhì)分子設(shè)計(jì)后，已可應(yīng)用高效的基因工程來(lái)進(jìn)行蛋白質(zhì)的合成。最早的蛋白工程是福什特（Forsht）等在19821985年間對(duì)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(shí)測(cè)該酶與底物結(jié)合部位結(jié)構(gòu)，

11、用定位突變技術(shù)改變與底物結(jié)合的氨基酸殘基，并用動(dòng)力學(xué)方法測(cè)量所得變體酶的活性，深入探討了酶與底物的作用機(jī)制。佩里（Perry）1984年通過(guò)將溶菌酶中Ile（3）改成Cys（3），并進(jìn)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(jìn)了這種食品工業(yè)用酶的應(yīng)用價(jià)值。1987年福什特通過(guò)將枯草桿菌蛋白酶分子表面的Asp（99）和Glu（156）改成Lys，而導(dǎo)致了活性中心His（64）質(zhì)子pKa從7下降到6，使酶在pH6時(shí)的活力提高10倍。工業(yè)用酶最佳pH的改變預(yù)示可帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)效益。蛋白工程還可對(duì)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(guò)對(duì)關(guān)鍵氨基酸殘基的置換與增刪進(jìn)行蛋白工程的一類方法。另一類是以某個(gè)典型的折疊進(jìn)行“從頭設(shè)計(jì)”的方法。1988年杜邦公司宣布，成功設(shè)計(jì)并合成了由四段反平行螺旋組成為73個(gè)氨基殘基的成果。這顯示，按人們預(yù)期要求，通過(guò)從頭設(shè)計(jì)以折疊成新蛋白的目標(biāo)已是可望又可及了。預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的模型法，在奠定分子生物學(xué)基礎(chǔ)時(shí)起過(guò)重大作用。蛋白的一級(jí)