第2章 第2节 生命活动的主要承担者

第2章第2节生命活动的主要承担者一蛋白质问题探讨富含蛋白质的食品有大豆制品，如豆浆、豆腐、腐竹；奶类制品，如奶粉、酸奶、袋装奶;还有肉、蛋类食品，如烤肉、肉肠、鸡蛋，等等。在生物的生命活动中，有些蛋白质是构成细胞和生物体的结构成分，如结构蛋白；有些蛋白质能够调节生命活动，如胰岛素；有些蛋白质有催化作用，如绝大多数酶都是蛋白质；有些蛋白质具有运输载体的功能，如红细胞中的血红蛋白；有些蛋白质有免疫功能，如人体内的抗体。有些食品中要添加某些氨基酸。因为氨基酸是构成蛋白质的基本单位，在人体内约有20种氨基酸，其中有8种是人体需要而不能自己合成的，必须从外界环境获得，如赖氨酸、苯丙氨酸等，它们被称为必需氨基酸。所以有些食品中要添加赖氨酸或苯丙氨酸等人体必需的氨基酸。组成细胞的有机物中含量最多的就是蛋快。我们平时所吃的食物中，一般都含有蛋白质，但是，蛋白质必需经过消化，成为各种氨基酸，才能被人体吸收和利用。一、氨基酸及其种类种类氨基酸是组成蛋白质的基本单位。在生物体中组成蛋白质的氨基酸约有20>结构及特点（1）实例思考讨论分析比较图中三种氨基酸，可以看出，每个氨基酸都有氨基（图中a）和羧基（图中b），并且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。（对应教材“思考与讨论”第1题）从图中三种氨基酸可以看出，“氨基酸”这一名词代表了氨基酸分子结构中主要的部分一一氨基和羧基。（对应教材“思考与讨论”第2题）（2）归纳结构及特点其他氨基酸的分子结构与以上4种相似，即每种氨基酸分子至少都含有一个氨基（顼和一个羧基（-CM），并且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。这个碳原子还连接一个氢原子和一个侧链基团，这个侧链基团用R表示（如右图）。各种氨基酸之间的区别在于R基的不同，如图中三种氨基酸的R基依次为—CHCH3CH3、—CH3和一H。与生活的联系（1）必需氨基酸和非必需氨基酸组成人体细胞的氨基酸中，有8种氨基酸是人体细胞不能合成的（婴儿有9种，比成人多的一种是组氨酸），必须从外界环境中直接获取，这些氨基酸叫做必需氨基酸，另外12种氨基酸是人体细胞能够合成的，叫做非必需氨基酸。（2）应用在评价各种食物中蛋白质成分的营养价值时，人们格外注重其中必需氨基酸的种类和含量。二、蛋白质结构及其多样性（学习线索：蛋白质结构层次T蛋白质结构多样性T与生活的联系）蛋白质是以氨基酸为基本单位构成的生物大分王1.蛋白质结构层次：氨基酸脱水缩食多肽盘曲、折叠*蛋白质猊甚酸儿条肽性助曲折叠形成董1'1喧一条肽觥盘曲折鸯形成漆白明图2-4由氨基酸形成毒11质的小意图观察图2-4,可看出，从氨基酸到蛋白质的结构层次大致有:氨基酸一二肽一三肽一……一多肽，一条多肽链盘曲折叠形成蛋白质，或几条多肽链折叠形成蛋白质。（对应教材讨论第1题）进入人体消化道的蛋白质食物，要经过胃蛋白酶、胰蛋白酶、肠蛋白酶、肠肽酶等多种水解酶的作用，才能分解为氨基酸。这些氨基酸进入细胞后，要形成二肽、三肽到多肽，由多肽构成人体的蛋白质。人体的蛋白质与食物中的蛋白质不一样，具有完成人体生命活动的结构和功能。（对应教材讨论第2题）（1）氨基酸脱水缩含多肽氨基酸分子互相结合的方式是:一个氨基酸分子的相基（-COOH）和另一个氨基酸分子的氨基（一NH2）相连接，同时脱去一分子水，这种结合方式叫做脱水缩合。连接两个氨基酸分子的化学键（—NH—CO—）叫做肽键。由两个氨基酸分子缩合而成的化合物，叫做二肽（图2-5）。以此类推，由多个氨基酸分子缩合而成的，含有多个肽键的化合物，叫多肽。多肽通常呈链状结构，叫做肽链。TOC\o"1-5"\h\zII——rHA—C—C—OHH一N—C—COOH

in1JII虬OH&缩合h厩谜y一[Ro]+H.N-C—C-N^C-COOH*。H芯ITI二肽图只-5氯基俄脱丁K缩背示意图根据上述规律，n个氨基酸形成一条肽链时，脱掉n-1个水分子，形成n-1个肽键。同理，n个氨基酸形成m条肽链时，脱掉n-m个水分子，形成n-m个肽键。（对应教材旁栏思考题）（2）多肽――虹逝叠蛋白质肽链能盘曲、折叠，形成有一定空间结构的蛋白质分子。许多蛋白质分子含有几条肽链，它们通过一定的化学键互相结合在一起。这些肽链不呈直线，也不在同一个平面上，形成更为复杂的空间结构。蛋白质结构多样性如果用20个不同的字母分别代表20种氨基酸，写出由10个氨基酸组成的长链，可以写出201条互不相同的长链。一个蛋白质分子往往含有成百上千个氨基酸，氨基酸的种类、数量、排列顺序以及蛋白质空间结构的不同是蛋白质多种多样的原因。（对应教材讨论第3题）在细胞内，每种氨基酸的数目成百上千，氨基酸形成肽链时，不同种类氨基酸的排列顺序千变万化，肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别，因此，蛋白质分子的结构是极其多样的。这就是细胞中蛋白质种类繁多的原因。【知识链接】蛋白质中氨基酸有这样或那样的排列顺序，这是由细胞核中贮存的遗传信息决定的。与生活的联系：在鸡蛋清中加入一些食盐，就会看到白色的絮状物，这是在食盐的作用下析出的蛋白质。兑水稀释后，你会发现絮状物消失。在上述过程中，蛋白质结构没有发生变化。但是把鸡蛋煮熟后，蛋白质发生变性，就不能恢复原来的状态了。原因是高温使蛋白质分子的空间结构变得伸展、松散，容易被蛋白酶水解。因此，吃熟鸡蛋容易消化。【知识链接】蛋白质的盐析与变性的对比盐析变性概念蛋白质在某些盐的浓溶液中溶解度降低而析出蛋白质在热、酸、碱等条件下性质发生改变而凝结特征可逆不可逆实质溶解度降低结构、性质发生改变条件碱金属、镁、铝等轻金属或铵盐等的浓溶液加热，紫外线、X射线，强酸、强碱，重金属（如铅、铜和汞等）的盐类，甲醛、酒精、苯酚、苯甲酸等用途分离提纯蛋白质杀菌、消毒蛋白质的变性作用如果不过于激烈，蛋白质分子的内部结构变化不大，变性就是可逆的。例如，胃蛋白酶加热到80〜100^时会失去溶解性，并丧失消化蛋白质的能力，但如果再将温度降到37°C，它会恢复溶解性与消化蛋白质的能力。蛋白质的变性作用并不都是可逆的，随着变性时间的增加，条件的加剧，变性的程度也会加深，如豆腐就是大豆蛋白在煮沸和加盐的条件下形成的变性蛋白的凝固体。这样的变性作用是不可逆的。三、蛋白质的功能（学习线索：蛋白质主要功能示例T蛋白质主要功能归纳1.蛋白质主要功能实例蛆合顺序：①一e②一c③一d④一b⑤一a2.蛋白质主要功能归纳蛋白质是构成细胞和生物体结构的重要物质，具有催化、运输、免疫、信息传递等许多功能。一切生命活动都离不开蛋白质，蛋白质是生命活动的主要承担者和体现者。每一种蛋白质都有特定的生物学功能，这是由它们特定的结构决定的。练习：一、基础题判断下列表述是否正确。（1）蛋白质水解的最终产物是氨基酸。（”）【点拨】蛋白质初步水解产物是小分子多肽，最终水解产物是氨基酸，彻底氧化分解产物是二氧化碳、水和尿素。（2）两个氨基酸是通过脱水缩合的方式结合在一起的。（”）下列物质中，属于构成蛋白质的氨基酸的是：（A）NHj—匚禺一COOH；XH—ClI,—CHOHt'NH：NH?—CH—〔CH’h—CQOHiCOOH口.HOOC—CH-CH.—CQOH,【点拨】解答本类题目的关键是熟记氨基酸的结构通式如下图所示

'提供“一H与相部貌灿曲的■CgH脱水溶合形成腕照可暨部分R基:决定瓯基酸的神类段理化性质.提供"一QH"与相邻喊星酸的—NHjt水酩告形成肱例找出氨基酸的共同体，即图中“不变部分”(连接在同一碳原子上的一NH2、—'提供“一H与相部貌灿曲的■CgH脱水溶合形成腕照可暨部分R基:决定瓯基酸的神类段理化性质.提供"一QH"与相邻喊星酸的—NHjt水酩告形成肱例胰岛素分子有A,B两条肽链，A链有21个氨基酸，B链有30个氨基酸，胰岛素分子中肽键的数目是：(B)A.48个；B.49个；C.50个；D.51个。【点拨】根据“肽键数=失去水分子数=氨基酸数一肽链数”可得。二、拓展题人的红细胞和心肌细胞的主要成分都是蛋白质，但这两种细胞的功能却完全不同。请根据本节内容对这种现象作出解释。提示：红细胞中的蛋白质和心肌细胞中的蛋白质，其氨基酸的种类、数量和排列顺序以及蛋白质分子的空间结构都不同，它们的功能也不相同。【拓展】不同生物及同一生物不同细胞中蛋白质不同的原因不同生物蛋白质不同的根本原因是DNA(基因或遗传信息)的特异性。因同一生物不同体细胞都是由一个受精卵分裂、分化形成的，故其DNA相同。但是，由于基因的选择性表达，不同细胞表达的基因不同，产生的mRNA、蛋白质不同。故同一生物不同细胞蛋白质不同的直接原因是mRNA不同，根本原因是“基因的选择性表达”。若直接从蛋白质的结构分析，同一生物不同细胞蛋白质不同，则是由于组成不同蛋白质的氨基酸的种类、数量和排列顺序以及蛋白质分子的空间结构都不同。科学史话“关键语句”世界上第一个人工合成蛋白质的诞生早在19世纪初，人们已经认识到，证明一种物质的分子结构最直接的方法，是在实验室中直接合成这种分子。在探索过程中，科学家逐渐认识到，要想快速、准确地合成蛋白质，首先要弄清蛋白质中氨基酸的排列顺序。后来，英国科学家桑格(F.Sanger)经过10年的努力，终于在1953年测得了牛胰岛素全部氨基酸的排列顺序。20世纪初人们就发现胰岛素能治疗糖尿病。由于胰岛素在牛、羊等动物体内含量很少，很难通过提取来大量制备，因此，人们梦想着有一天能用人工方法合成胰岛素。1958年，我国科学家提出人工合成胰岛素的设想。经过6年零9个月的不懈努力，我国科学家终于在1965年完成了结晶牛胰岛素的全部合成，更令人振奋的是，合成的胰岛素具有与天然胰岛素一样的生物活性!中国科学家依靠集体的智慧和力量，摘取了第一顶人工合成蛋白质的桂冠。科学前沿“关键语句”国际人类蛋白质组计划在人类基因组计划完成后，人类基因组绝大部分基因及其功能，都有待于在蛋白质层面予以揭示和阐明。如果人类能够从个体、系统、器官、组织、细胞等生命系