第2节生命活动的主要承担者蛋白质 问题探讨 当你购买某些食品时,包装上常附有食品成分说: 明。你会发现蛋白质是许多食品的重要成分,有时你还 会看到添加某些氨基酸的食品。 4讨论: 你能够说出多少种富含蛋白质的食品? 2.你知道蛋白质在生命活动中的主要作用有哪些? 3.为什么有些食品中要添加某些基酸? 富含蛋白质的食物 本节聚焦 组成细胞的有机物中含量最多的就是蛋白质( protein)。 “ protein”一词源自拉丁文“ proteus",意思是“首要的物质”。 ·氨基酸的结构有什么特点? 我们平时所吃的食物中,一般都含有蛋白质,肉、蛋、奶和 为什么细胞中蛋白质的种 大豆制品中蛋白质含量尤其丰富。蛋白质必需经过消化,成 类如此多样? 为各种氨基酸,才能被人体吸收和利用。 ·为什么说蛋白质是生命活 动的主要承担者? 氨基酸及其种类 氨基酸( amino acid)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种。氨基酸的结构有什么 特点呢? 观察下列几种氨基酸的结构。 H O H N-C-C-OH I N-C-C-OH H- N-C-C-OH H N -OH CH CH, CHCH 甘氨酸 撒氨酸 丙氨酸 CH, CH, 4讨论: 亮氨酸 1.这些氣基酸的结构具有什么共同特点? 2.“氬基酸”这一名词与其分子结构有对应关系吗? 20第2章组成细胞的分子
其他氨基酸的分子结构与以上4种相似,即每种氨基 側链基团 酸分子至少都含有一个氨基(NH2)和一个羧基(COOH) 氨基 R O 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 H一N一C-C-OH 团用R表示(图2-3)。各种氨基酸之间的区别在于R基的不 同,如甘氨酸上的R基是一个氢原子(一H,丙氨酸上的 HH 羧基 R基是一个甲基(一CH1) 图2-3氨基酸分子结构通式 与生活的联系。有8种氨基酸是人体鈿胞不能合成的(婴儿有9种,多出来的一种是 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,如赖氨酸、苯丙氨酸 等。囚此,在评价各种食物中蛋白质成分的蓉养价值时,人们格外注重其中必需氨基酸的 含量。例如,谷类蛋白质,尤其是玉米的蛋白质中缺少赖氨酸,因此以玉米为主食的人群, 特别是儿童应额外补充赖氨酸。经常食用奶制品、肉类、蛋类和大豆制品,一般是不会缺 乏必需氨基酸的。另外12种氨基酸是人体鈿胞能够合成的,叫做非必雩氨基酸。 蛋白质的结构及其多样性 相关信息 蛋白质是以氨基酸为基本单位构成的生物大分子。据估 牛胰岛素由51个氨基酸组成, 计,生物界的蛋白质种类多达100-102种,它们参与组成生 相对分子质量为5700,人血红 蛋白相对分子质量为64500.兔 物体和细胞的各种结构,执行多种多样的功能。 肌球蛋白相对分子质量为 20种氨基酸是怎样构成种类如此众多的蛋白质的 470000.组成它们的氢基酸的 呢?请仔细观察下面由氨基酸形成结构复杂的蛋白质的 数量更多。 示意图。 氨基酸 几条多肽链 折叠形成蛋白质 二肽 三肽 多肽 一条多肽链盘曲折叠形成蛋白质 图2-4由氨基酸形成蛋白质的示意图 第2节生命活动的主要承担者—蛋白质21
思考与讨论 1.观察图2-4,说说从氨基酸到蛋白质大蛋白质会一样吗? 致有哪些结构层次 3.如果用20个不同的字母分别代表20种 2.进入人体消化道的蛋白质食物,要经过氨基酸,若写出由10个氨基酸组成的长链,可 哪些消化酶的作用才能分解为氨基酸?这些氨以写出多少条互不相同的长链?试着说出蛋白 基酸进入人体细胞后,得经过怎样的过程才能质种类多种多样的原因(提示:一个蛋白质分 变为人体的蛋白质?人体的蛋白质和食物中的子往往含有成百上千个氨基酸)。 n个氨基酸形成一条肽链时,脱 氨基酸分子互相结合的方式是:一个氨基酸分子的 掉几个水分子?形成几个肤羧基(COOH)和另一个氨基酸分子的氨基(NH2) 键?如果n个氢基酸形成m条肽相连接,同时脱去一分子的水,这种结合方式叫做脱水 链呢? 缩合。连接两个氨基酸分子的化学键(一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)。 H H HN一C-C-OHH一N-C-COOH , O H R 缩合 肽键H HO:+HN-C-C-N-C-COOH RO H R, 二肽 图2-5氨基酸脱水缩合示意图 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,叫做多肽。多肽通常呈链状结构,叫做肽 链。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。例如,胰岛素是一种蛋 图2-6某种胰岛索空间结构示意图白质,含两条多肽链,它的空间结构如图2-6。 22第2章组成细图的分子
在细胞内,每种氨基酸的数目成百上千,氨基酸形成知识链接 多肽链时,不同种类氨基酸的排列顺序千变万化,多肽链 为什么蛋白质中氨基酸有这样 的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别,因此,蛋 或那样的排列顺序?这是出细 白质分子的结构是极其多样的。这就是细胞中蛋白质种类 胞核中贮存的遗传信息决定的 参见本书第3章和《遗传与进 繁多的原因 化》第4章。 c回与生活的联系。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。原囚是高温 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。 蛋白质的功能 蛋白质的结构多种多样,在细胞中承担的功能也是多 种多样的(图2-7)。 细胞内的化学反应离不开酶的催化。 绝大多数酶都是蛋白质(上图所示为 许多蛋白质是构成细胞和生物体结构的重要物质,称为结构蛋白。 胃蛋白酶结晶)。 如羽毛、肌肉、头发、蛛丝等的成分主要是蛋白质。 抗体 抗原 有些蛋白质起信息传递作用,能够调有些蛋白质有免疫功能。人体内 有些蛋白质具有运输载体的 节机体的生命活动,如胰岛素(图中的抗体是蛋白质,可以帮助人体 功能(上图是血红蛋白,能 央浅色区域的部分细胞分泌胰岛素)。抵御病菌和病毒等抗原的侵害。 运输氧)。 图2-7蛋白质的主要功能示例 第2节生命活动的主要承担者一蛋白质23
对于图2-7,你还能作出补充吗? 蛋白质的功能还有许多。可以说,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。 练习 、基础题 1.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。() 3.胰岛素分子有A、B两条多肽链,A链有21 (2)两个氨基酸是通过脱水缩合的方式聚合在 个氨基酸,B链有30个氨基酸,胰岛素分子中肽键 一起的 的数目是: 2.下列物质中,属于氨基酸的是: A.48个; A. NH2--CH, -COOH B.49个 C.50个 B. NH-CH,-CH,OH D.51个。 答[ C. NH2--CH-(CH,)2-COOH: 二、拓展题 COOH 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 D. HOOC-CH-CH,-COOH 内容对这种现象作出解释。 答[ 科字史话 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,证明酸分子随机连接形成的多肽。 一种物质的分子结构最直接的方法,是在实 在探索过程中,科学家逐渐认识到, 验室中直接合成这种分子。19世纪中叶,科·要想快速、准确地合成蛋白质,首先要弄 学家陆续用无机物合成了一些有机物,但是·清蛋白质中氨基酸的排列顺序。例如, 还不能合成蛋白质。1886年,俄国一位科学:个由20种、500个氨基酸组成的蛋白质, 家尝试用氨基酸“装配”蛋白质。他先将蛋它的氨基酸的排列顺序就可能是20种。 白质分解,把得到的氨基酸放进试管里,加∵也就是说,如果不清楚氨基酸的排列顺 进一些促进蛋白质合成的物质。过一段时间序,可能需要拼接20次,才有可能获得 后,试管里出现了乳白色的沉淀物。当时整·所需要的蛋白质。后来,英国科学家桑格 个科学界轰动了,以为找到了人工合成蛋白·(F. Sanger)经过10年的努力,终于在1953年 质的方法,实际上这些沉淀物只是一些氨基:测得了牛胰岛素全部氨基酸的排列顺序。 24第2章组成细胞的分子