人教版教材word版必修1生命活動的主要承擔者-蛋白質(zhì)

生命活動的主要承擔者—蛋白質(zhì)問題探討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(zhì)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。1.你能說出多少中富含蛋白質(zhì)的食品？2.你知道蛋白質(zhì)在生命活動中的作用有哪些嗎？3.為什么有些食品中要添加某些氨基酸？本節(jié)聚焦1.氨基酸的結(jié)構(gòu)有什么特點？2.為什么細胞中蛋白質(zhì)的種類如此多樣？3.為什么說蛋白質(zhì)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(zhì)(protein)?！皃rotein”一詞源自拉丁文“proteus”，意思是“首要的物質(zhì)”。我們平時所吃的食物中，一般都含有蛋白質(zhì)，肉、蛋、奶和大豆制品中蛋白質(zhì)含量尤其豐富。蛋白質(zhì)必需經(jīng)過消化，成為各種氨基酸，才能被人體吸收和利用。氨基酸及其種類氨基酸(aminoacid)是組成蛋白質(zhì)的基本單位。在生物體中組成蛋白質(zhì)的氨基酸約有20種。氨基酸的結(jié)構(gòu)有什么特點呢？思考與討論觀察下列幾種氨基酸的結(jié)構(gòu)。1.這些氨基酸的結(jié)構(gòu)具有什么共同特點？2.“氨基酸”這一名詞與其分子結(jié)構(gòu)有對應(yīng)關(guān)系嗎？其他氨基酸的分子結(jié)構(gòu)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(cè)鏈基團，這個側(cè)鏈基團用R表示（圖2-3）。各種氨基酸之間的區(qū)別在于R基的不同，如甘氨酸上的R基是一個氫原子(-H)，丙氨酸上的R基是一個甲基(-CH3)。與生活的聯(lián)系有8種氨基酸是人體細胞不能合成的(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(zhì)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(zhì)，尤其是玉米的蛋白質(zhì)中缺少賴氨酸，因此以玉米為主食的人群，特別是兒童應(yīng)額外補充賴氨酸。經(jīng)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(zhì)結(jié)構(gòu)及其多樣性蛋白質(zhì)是以氨基酸為基本單位構(gòu)成的生物大分子。據(jù)估計，生物界的蛋白質(zhì)種類多達1010—1012種，它們參與組成細胞和生物體的各種結(jié)構(gòu)，執(zhí)行多種多樣的功能。20種氨基酸是怎樣構(gòu)成種類如此眾多的蛋白質(zhì)的呢？請仔細觀察下面由氨基酸形成結(jié)構(gòu)復雜的蛋白質(zhì)的示意圖。相關(guān)信息牛胰島素由51個氨基酸組成，相對分子質(zhì)量為5700。人血紅蛋白相對分子質(zhì)量為64S00,兔肌球蛋白相對分子質(zhì)量為470000，組成它們的氨基酸數(shù)量更多。思考與討論1.觀察圖2-4，說說從氨基酸到蛋白質(zhì)大致有哪些結(jié)構(gòu)層次。2.進入人體消化道的蛋白質(zhì)食物，要經(jīng)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(jīng)過怎樣的過程才能轉(zhuǎn)變?yōu)槿梭w的蛋白質(zhì)？人體的蛋白質(zhì)和食物中的蛋白質(zhì)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(zhì)種類眾多的原因(提示:一個蛋白質(zhì)分子往往含有成百上千個氨基酸)。問題：n個氨基酸形成一條肽鏈時，脫掉幾個水分子？形成幾個肽鍵？如果n個氨基酸形成m條肽鏈呢？氨基酸分子互相結(jié)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(—NH2)相連接，同時脫去一分子水，這種結(jié)合方式叫做脫水縮合。連接兩個氨基酸分子的化學鍵(—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)。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物，叫做多肽。多肽通常呈鏈狀結(jié)構(gòu)，叫做肽鏈。肽鏈能盤曲、折疊，形成有一定空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)分子。許多蛋白質(zhì)分子含有幾條肽鏈，它們通過一定的化學鍵互相結(jié)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(jié)構(gòu)。例如，胰島素是一種蛋白質(zhì)，含兩條肽鏈，它的空間結(jié)構(gòu)如圖2-6。在細胞內(nèi)，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?nèi)f化，肽鏈的盤曲、折疊方式及其形成的空間結(jié)構(gòu)千差萬別，因此，蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)是極其多樣的。這就是細胞中蛋白質(zhì)種類繁多的原因。?知識鏈接為什么蛋白質(zhì)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3章和《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(zhì)。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(zhì)結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化。但是把雞蛋煮熟后，蛋白質(zhì)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(zhì)分子的空間結(jié)構(gòu)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(zhì)的功能蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)多種多樣，在細胞中承擔的功能也是多種多樣的(圖2-7)。對于圖2-7，你還能作出補充嗎？蛋白質(zhì)的功能還有許多。可以說，一切生命活動都離不開蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔者。練習：一、基礎(chǔ)題1.判斷下列表述是否正確。(1)蛋白質(zhì)水解的最終產(chǎn)物是氨基酸。()(2)兩個氨基酸是通過脫水縮合的方式結(jié)合在一起的。()2.下列物質(zhì)中，屬于構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸的是：答[]3.胰島素分子有A,B兩條肽鏈，A鏈有21個氨基酸，B鏈有30個氨基酸，胰島素分子中肽鍵的數(shù)目是: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(zhì)，但這兩種細胞的功能卻完全不同。請根據(jù)本節(jié)內(nèi)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(zhì)的誕生早在19世紀初，人們已經(jīng)認識到，證明一種物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)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(zhì)。1886年，俄國一位科學家嘗試用氨基酸“裝配”蛋白質(zhì)。他先將蛋白質(zhì)分解，把得到的氨基酸放進試管里，加進一些促進蛋白質(zhì)合成的物質(zhì)。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(zhì)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(zhì)，首先要弄清蛋白質(zhì)中氨基酸的排列順序。例如，一個由20種、500個氨基酸組成的蛋白質(zhì)，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(zhì)。后來，英國科學家桑格(F.Sanger)經(jīng)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(nèi)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(shè)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(zhì)量較小的蛋白質(zhì)，但是也由17種、51個氨基酸、兩條肽鏈組成。這項艱巨的任務(wù)由北京和上海兩地的科研小組共同承擔。經(jīng)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。然后再分別合成兩條鏈，最后將兩條人工鏈合在一起。經(jīng)過6年零9個月的不懈努力，我國科學家終于在1965年完成了結(jié)晶牛胰島素的全部合成，更令人振奮的是，合成的胰島素具有與天然胰島素一樣的生物活性!中國科學家依靠集體的智慧和力量，摘取了第一頂人工合成蛋白質(zhì)的桂冠?？茖W前沿國際人類蛋白質(zhì)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(zhì)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(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，就有可能找到連接基因、蛋白質(zhì)與發(fā)育及有關(guān)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(zhì)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(zhì)組計劃”和由美國科學家牽頭的“人類血漿蛋白質(zhì)組計劃”?！皣H人類蛋白質(zhì)組”組織的總部設(shè)在我國首都北京。這是我國科學家第一次領(lǐng)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)十萬之多，乙型肝炎病毒攜帶者占人口的比例