2.2生命活動的主要承擔者——蛋白質

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

2、和大豆制品中蛋白質含量尤其 豐富。蛋白質必需經過消化，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）是組成蛋白質的基本單位。在生物體中組成蛋白質的氨基酸約有 結構有什么特點呢？思考與討論觀察下列幾種氨基酸的結構。OIIC-= OH甘氨酸H OI IIH,N-C- C-OHCHCH, CH 繃氨酸1LN-C-0IIC-OH丙氨酸側鏈基團1. 這些氨基酸的結構具有什么共同特點？2“氨基酸”這一名詞與其分子結構有對應關系嗎?其他氨基酸的分子結構與以上4種相似，即每種氨基酸分子至少都含有一個氨基（-NH2）和一個羧基（-COOH）,并且都有一個氨基和

3、 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鏈基團，這個側鏈基團用 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基是一個甲基（-CH3）。（圖2-3 ）。各種氨基酸之間 R基是一個氫原子（-H），丙氨基圖230IIC-OH竣基氨基酸分子結構通式與生活的聯(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，在評價各種食物中蛋白質成分的營 養(yǎng)價值時，人們格外注重其中必需氨基酸的種類和含量。例如，谷類蛋白質，尤其是玉米的蛋白質中缺少 賴氨酸，因此以玉米為主食的人群，特

4、別是兒童應額外補充賴氨酸。經常食用奶制品、肉類、蛋類和大豆 制品，一般是不會缺乏必需氨基酸的。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。蛋白質結構及其多樣性蛋白質是以氨基酸為基本單位構成的生物大分子。據估計，生物界的蛋白質種類多達10101012種,它們參與組成細胞和生物體的各種結構，執(zhí)行多種多樣的功能。20種氨基酸是怎樣構成種類如此眾多的蛋白質的呢？請仔細觀察下面由氨基酸形成結構復雜的蛋白質的示意圖。相關信息牛胰島素由51個氨基酸組成，相對分子質量為5700。人血紅蛋白相對分子質量為64 S00 ,兔肌球蛋白相對分子質量為 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 折疊形成果口質一條肽鏈盤曲折疊形成蛋白質圖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大致有哪些結構層次。2. 進入人體消化道的蛋白質食物，要經過哪些消化酶的作用才能分解為氨基酸？這些氨基酸進入人體 細胞后，需要經過怎樣的過程才能轉變?yōu)槿梭w的蛋白質？人體的蛋白質和食物中的蛋白質一樣嗎？3. 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，可以寫出多少條互不相同的長鏈？嘗試說出蛋白質種類眾多的原因（提示：一個蛋白質分子往往含有成百上千個氨基酸n個氨基酸形成 m條肽鏈呢?問題：n個氨基酸

6、形成一條肽鏈時，脫掉幾個水分子？形成幾個肽鍵？如果氨基酸分子互相結合的方式是 ：一個氨基酸分子的羧基（-COOH）和另一個氨基酸分子的氨基 （一NH）相 連接，同時脫去一分子水，這種結合方式叫做脫水縮合。連接兩個氨基酸分子的化學鍵（一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）。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某種胰島素空間結構不意圖以此類推，由多個氨基酸分子縮合而成的，含有多個肽鍵的化合

7、物，叫做多肽。多肽通常呈鏈狀結構,叫做肽鏈。肽鏈能盤曲、折疊，形成有一定空間結構的蛋白質分子。許多蛋白質分子含有幾條肽鏈，它們 通過一定的化學鍵互相結合在一起。這些肽鏈不呈直線，也不在同一個平面上， 形成更為復雜的空間結構。例如，胰島素是一種蛋白質，含兩條肽鏈，它的空間結構如圖2-6。在細胞內，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萬化， 肽鏈的盤曲、折疊方式及其形成的空間結構千差萬別，因此，蛋白質分子的結構是極其多樣的。這就是細 胞中蛋白質種類繁多的原因。?知識鏈接為什么蛋白質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。參見本書第 章

8、和遺傳與進化第 4章。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。兌水稀釋后,你會發(fā)現(xiàn)絮狀物消失。在上述過程中，蛋白質結構沒有發(fā)生變化。但是把雞蛋煮熟后，蛋白質發(fā)生變性， 就不能恢復原來的狀態(tài)了。原因是高溫使蛋白質分子的空間結構變得伸展、松散，容易被蛋白酶水解。因 此，吃熟雞蛋容易消化。蛋白質的功能蛋白質的結構多種多樣，在細胞中承擔的功能也是多種多樣的（圖 2-7）。冇吐賃門質冇免柱功褪*人悴內 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)他戸的生勵詁動.則:稲狷盎（圖中 央赳L1域的部分

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

10、9;細M的化學冃莊離不幵®的借化. 泄大名數(shù)璽和楚屋門質（匕ffi所示為 蛋白醐冷晶蛋白質是生命活動的主要承擔者。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個氨基酸, 目是：A.48B.49C. 50D. 51答B(yǎng)鏈有30個氨基酸，胰島素分子中肽鍵的數(shù)個; 個; 個; 個。答二、拓展題人的紅細胞和心肌細胞的主要成分都是蛋白質，但這兩種細胞的功能卻完全不同。請根據本節(jié)內容 對這種現(xiàn)象作出解釋?？茖W史話世界上第一個人工合成蛋白質的

11、誕生早在 19 世紀初，人們已經認識到，證明一種物質的分子結構最直接的方法，是在實驗室中直接合成 這種分子。 19 世紀中葉，科學家陸續(xù)用無機物合成了一些有機物，但是還不能合成蛋白質。1886 年，俄國一位科學家嘗試用氨基酸“裝配”蛋白質。他先將蛋白質分解，把得到的氨基酸放進試管里，加進一些 促進蛋白質合成的物質。過一段時間后，試管里出現(xiàn)了乳白色的沉淀物。當時整個科學界轟動了，以為找 到了人工合成蛋白質的方法，實際上這些沉淀物只是一些氨基酸分子隨機連接形成的多肽。在探索過程中，科學家逐漸認識到，要想快速、準確地合成蛋白質，首先要弄清蛋白質中氨基酸的 排列順序。例如，一個由 20種、 500 個

12、氨基酸組成的蛋白質，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。后來，英國科學家桑格 (F. Sanger) 經過 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，我國科學家提出人工合成胰島素的設想。當時國際上最高的科研水平。也只能合成由 19 個 氨基酸組成的多肽。胰島素雖然是相對分子質量較小的蛋白質，但是也由17

13、種、 51 個氨基酸、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 年完成了結晶牛胰島素的全部合成，更令人振奮! 中國科學家依靠集體的智慧和力量，摘取了第一組成。這項艱巨的任務由北京和上海兩地的科研小組共同承擔。經過集體研究，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。 經過 6 年零 9 個月的不懈努力，我國科學家終于在 的是，合成的胰島素具有與天然胰島素一樣的生物活性 頂人工合成蛋白質的桂冠。科學前沿國際人類蛋白質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、細胞等生命系統(tǒng)的各個層次，研究蛋白質的結構和功能， 就有可能找到連接基因、蛋白質與發(fā)育及有關疾病的紐帶，真正揭開人體的奧秘。2003年 12月15日，繼人類基因組計劃之后的又一項大規(guī)模的國際性科技工程“人類蛋白質組計劃”(簡稱HPP)宣布正式啟動。首批行動計劃包括由我國科學家牽頭的“人類肝臟蛋白質組計劃”和由美國科學家牽頭的“人類血漿蛋白質組計劃” 。“國際人類蛋白質組”組織的總部設在我國首都北京。這是我國科 學家第一次領銜國際重大科研協(xié)作計劃。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