3 生命的基础——蛋白质 蛋白质是生命的基础,没有蛋白质就没有生命。肌 肉、血清、血红蛋白、毛发、指甲、角、蹄、蚕丝、蛋白蛋白质 protein 激素、酶等都是由不同的蛋白质组成的,一切重要的生命氨基酸 amino acid 现象和生理机能都与蛋白质密切相关。 资料卡片 蛋白质的主要功能和作用 调节功能,如胰岛素调节糖的代谢 催化功能,如淀粉酶、胃蛋白酶的催化作用 运输功能,如血红蛋白输送氧 ●传递功能,如叶绿体传递能量—光合作用 运动功能,如肌肉的运动 免疫功能,如免疫球蛋白 保护功能,如指甲、头发、蹄角等 致病作用,如病毒蛋白可致病 图1-12含有丰富蛋白质的食品 毒害作用,如毒蛋白等 、蛋白质的组成和结构 蛋白质中含有碳、氢、氧、氮及少量的硫,有的还含有微量磷、铁、锌、钼等元素。 蛋白质的相对分子质量很大,通常从几万到几十万,属于天然有机高分子化合物。 1.氨基酸组成了蛋白质 蛋白质的结构非常复杂,它在酶或酸、碱的作用下能发生水 解,最终生成氨基酸。所以说氨基酸是蛋白质的基石。下面是几 种氨基酸的例子: 甘氨酸CH2-COOH NH 丙氨酸CH1- CH--COOH NI 图113甘氨酸的分子模型 第三节生命的基础—蛋自质13
谷氨酸H(X(CH2)2-CH-C(XH NH. 分析以上几个例子可以发现,这些氨基酸有一个共同的特点:它们的分子中包含有氨 基(NH2)和羧基(C(H)。氨基酸是一种至少包含一个氨基和一个羧基的化合物。它 的通式是 R-CCOOH NH. 氨基酸分子里含有氨基和羧基,氨基具有碱性,羧基具有 酸性。因此,氨基酸与酸或碱都能反应生成盐,它们具有两性。m 氢键 2.多肽 氨基酸既能与酸反应,又能与碱反应,氨基酸分子之间也 能相互反应。一个分子中的氨基跟另一个分子中的羧基之间消 去水分子,经缩合反应而生成的产物叫做肽,其中的酰胺基结 构((O)NH-)叫做肽键。 R R HN--CH--CO-OH-H-iNH-CH-COOH-- R R H.NCH-CO-NH--CH--COOH-+H-O 肽键 OR-IN 由两个氨基酸分子消去水分子而形成含有一个肽键的化合 图114多肽 物是二肽。由多个氨基酸分子消去水分子形成的含有多个肽键的化合物是多肽。多肽常呈 链状,因此也叫肽链。多肽与蛋白质之间没有严格的界限,一般常把相对分子质量小于 10000的叫做多肽。蛋白质水解得到多肽,多肽进一步水解,最后得到氨基酸。上述过 程可用下式表示: 氨基酸一二肽多肽色蛋白质 氨基酸是蛋白质的基本结构单元,种类很多,组成蛋白质时种类、数量不同,排列的 次序差异很大,所以,蛋白质的结构很复杂。一个蛋白质分子可以含有一条或多条肽链, 肽链中有很多肽键,一个肽键中的氧原子与另一个肽键中氨基的氢原子通过氢键①连接, ①氢键是一种特殊的静电吸引作用。F、O.N等非金属原子的半径比较小,原子吸引电子的能力很强,能把与它 结合的H原子的电子吸引,使H原子几乎成为“裸露”的质子。这个半径很小,带正电的H核,允许带负电的F,O N等原子充分接近它,形成氢键。氢键通常用X一日…Y表示,其中X.Y分别代表F.O、N等原子。图114中的虚 线表示氢键。 14第一章关注营养平衡
形成类似于螺旋状的结构,最后形成具有三维空间结构的 蛋白质分子。 蛋白质分子结构的多样性,决定了蛋白质分子具有多 种重要功能。研究蛋白质的结构和合成,进一步探索生命 现象,这是生命科学研究中的重要课题。 学与间 物质的多样性 图1-151965年,我国科学家首次用 氨基酸合成了具有生物活性 有数的几个基本单位,往往有多种不同的组合。你能 的蛋自质结晶牛胰岛 举出一些例子吗? 素,在人工合成蛋白质方面 取得显著进展 26个英文字母,组成了数以万计个单词 一百多种元素,组成了两千多万种化合物 二、蛋白质的性质 蛋白质是由氨基酸通过肽键构成的高分子化合物,其 中存在氨基和羧基,因此,它也有两性。蛋白质在水中的 溶解性不同,有的能溶于水,如鸡蛋白;有的难溶于水, 如丝、毛等。蛋白质除了能水解为氨基酸外,还能发生盐 析、变性和颜色反应等。 1.盐析 实验1-2 在盛有鸡蛋清溶液的试管里,缓慢地加入饱和 (NH4)2SO或Na2S1溶液,观察沉淀的析出。然后把少图116根据X射线法直接测定蛋 量带有沉淀的液体加入盛有蒸馏水的试管里,观察沉淀是 白质结构而得到的计算机 图像,展示了蛋自质复杂 否溶解。 的折叠三维精细结构 向蛋白质溶液中加入某些浓的无机盐溶液后,可以使 蛋白质凝聚而从溶液中析出,这种作用叫做盐析。这样析 出的蛋白质仍然可以溶解在水中,而不影响原来蛋白质的 性质。因此,盐析是一个可逆的过程。利用这个性质,可 以采用多次盐析的方法来分离和提纯蛋白质。 2.变性 实验1-3 图1-17鸡蛋清溶液与乙酸铅 在两支试管里各加入3ml鸡蛋清溶液,加热其中的 溶液反应 第三节生命的基础—蛋白质15
支,同时向另一支试管里加入少量乙酸铅溶液,观察发生的现象。把凝结的蛋白和生成 的沉淀分别放入两支盛有蒸馏水的试管里,观察沉淀是否溶解。 蛋白质受热到一定温度就会发生不可逆的凝固,凝固 后不能在水中溶解,这种变化叫做变性。除了加热以外,资料卡片 在紫外线、X射线、强酸、强碱,铅、铜、汞等重金属的 盐类,以及一些有机化合物如甲醛、酒精、苯甲酸等作用蛋白质变性后有什么特点 下,蛋白质均能发生变性。蛋白质变性后,不仅丧失了原 热食利于消化吸收 有的可溶性,同时也失去了生理活性。 ●使食物产生香味 蛋白质的这一性质在生活中有许多实际应用。高温消 提供一些特殊风味, 毒灭菌就是利用加热使蛋白质凝固从而使细菌死亡。铜如松花蛋、豆肩、奶酪等 盐、汞盐、铅盐等重金属盐能使蛋白质凝结,所以会使人 延长保存期 中毒。万一不慎误食了重金属离子,应立即喝大量牛奶来 缓解毒性,以减小人体蛋白质中毒的程度。 与交流 1.在生物实验室中用什么试剂来保存生物标本? 2.如果不小心割破了手,在伤口处应涂什么药品? 3.医院里有哪些消毒方法? 1.在农业上用硫酸铜溶液、生石灰和水制成波尔多液,用来防治病虫害。为什么波 尔多液可以防治病虫害? 3.颜色反应 实验14 在盛有2ml.鸡蛋清溶液的试管里,滴入几滴浓硝 酸,徵热,观察现象。 从实验中可以看到,鸡蛋清溶液遇浓硝酸颜色变黄 蛋白质可以跟许多试剂发生特殊的颜色反应。在使用浓硝 酸时,如不慎溅到皮肤上,皮肤会显黄色,就是由于浓硝 酸与蛋白质发生了颜色反应的缘故。 图1-18蛋白质的颜色反应 三 人体必需的氨基酸 蛋白质是人类必需的营养物质,高中生每天要摄入80~90g蛋白质,才能满足需要 保证身体健康。 进入人体的蛋白质在胃蛋白酶和胰蛋白酶的作用下,水解生成氨基酸。氨基酸被人体 16第一章关注营养平衡
吸收后,重新结合成人体所需的各种蛋白质,构成和修补 资料卡片 人体的各种组织。人体内各种组织的蛋白质也在不断地分 解,最后生成尿素,排出体外 蛋白质的互补 食物中的蛋白质来源可分为两种:一种是动物性蛋白食物品种越多越好 质,如鸡、鸭、鱼、肉等;另一种是植物性蛋白质,如谷。植物蛋白与动物蛋白搭配 类、豆类、蔬菜、水果、菌类等。谷类中的蛋白质虽然含。食物的种属越远越好,如 量较少,但对于以谷类为主食的家庭,它们仍然是人体所 鸡、鱼、肉搭配比鸡、鸭 需蛋白质的主要来源 搭配好 人体中共有二十多种氨基酸,其中有几种是人体自身 搭配食物要同时食用 不能合成的,必须由食物获得,称为必需氨基酸 表12人体必需氨基酸 H-N(CH), CHCOOH CH CH--CHCOOH 赖氨酸 缬氨酸 NH. CH NH CH SCH- CH, CHCOOH CH CH--CHCO)H 蛋氨酸 苏氨酸 NH. OH NH: CH CHCH- CHCOOH CH-CHCOOH 亮氨酸 苯丙氨酸 CH NH NH. CH CH- CH--CHCOOH CH CHCOOH 异亮氨酸 色氨酸 CH NH: NH. H 不同的食物中含有的蛋白质数量及成分不同,营养价值也不同。合理搭配各种食物, 可以使氨基酸相互补充,提高膳食中蛋白质的吸收与利用。我国传统的搭配食品,如腊八 粥(含大米、小米、高粱米、麦、豆、莲籽、枣、百合等)、素什锦(含豆制品、面筋、 黃花、木耳、蘑菇、竹笋等)、芸豆高粱米饭、杂面条等是不同种类植物蛋白质互补的例 子。动植物蛋白质混合摄入,则更能增强蛋白质的营养作用。 实践活动 如 在面粉中加水,揉成较软 在水中用手反复揉洗 现在你已经得到面粉中用水煮熟后,你就得到 的、表面光滑的面团,用 面团,并换水,直到的蛋白质,看看是不是平时说的“水面筋” 纱布兜好 水变清 很有弹性 图1-19从面粉中提取蛋白质 第三节生命的基础—蛋白质17