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第2章 组成细胞的分子
第4节 蛋白质是生命活动的主要承担者
问题探讨
P28
从某些动物组织中提取的胶原蛋白，可以用来制作手术缝合线:手术后过一段时间，这种缝合线就可以被人体组织吸收，从而避免拆线的痛苦。
讨论
1.为什么这种缝合线可以被人体组织吸收
2.这种缝合线发生什么样的化学变化才能被吸收 这对你认识蛋白质的化学组成有什么启示
这种手术缝合线要变为小分子物质才能被吸收，蛋白质在化学组成上应该可以分解为更小的分子。
因为组成动物和人体的胶原蛋白是相似的物质。
组成细胞的有机物中含量最多的就是蛋白质。从化学角度看，蛋白质也是目前已知的结构最复杂、功能最多样的分子。细胞核中的遗传信息，往往要表达成蛋白质才能起作用。蛋白质是生命活动的主要承担者。
一、蛋白质的功能
许多蛋白质是构成细胞和生物体结构的重要物质。如羽毛、肌肉、头发、蛛丝等的成分主要是蛋白质。
结构蛋白
有些蛋白质能通过信息传递达到调节生命活动的作用，如胰岛素、生长激素（蛋白质类激素）。
蛋白质是激素的主要原料。具有通过信息传递调节体内各器官生理活性的作用。例如胰岛素是蛋白质，它能够起到降血糖的作用，生长素是由191个氨基酸分子合成的蛋白质，这些成分都是人体正常生理功能的调节剂，缺乏时会对人体健康造成危害。
调节生命活动
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。
我们身体有数千种酶，每一种酶只能催化一种化学反应。酶通过催化化学反应发生从而促进食物的消化、吸收、利用等。相应的酶充足，反应就会顺利、快捷的进行，我们就会精力充沛，不易生病。否则，反应就变慢或者被阻断。而大多数的酶是蛋白质
催化作用
有些蛋白质具有运输功能。如血红蛋白、载体蛋白。
载体蛋白对维持人体的正常生命活动是至关重要的。可以在体内运载各种物质。比如血红蛋白—输送氧（红血球更新速率250万/秒）、脂蛋白—输送脂肪、细胞膜上的受体还有转运蛋白等。
运输作用
人体内的抗体是蛋白质，可以帮助人体抵御病菌和病毒等抗原的侵害。
免疫细胞和免疫蛋白有白细胞、淋巴细胞、巨噬细胞、抗体（免疫球蛋白）、补体、干扰素等，这些细胞和生理调节物质构成了人体内的“保安部队”，维护身体的安全，他们每七天需要更新一次。当蛋白质充足时，这支“部队”就很强大，而且一旦身体有需要时，这支“部队”数小时内可以增加100倍。
免疫作用
蛋白质分子的主要功能：
蛋白质是生命活动的主要承担者
①结构蛋白：是构成细胞和生物体的重要物质，
如肌球蛋白、肌动蛋白等
②催化蛋白：起生物催化作用，如绝大多数酶
③运输蛋白：如血红蛋白、细胞膜上的载体
④调节蛋白：如胰岛素和生长激素等
⑤免疫蛋白：免疫过程中产生的抗体
蛋白质能被人体直接吸收吗？
不能，蛋白质是生物大分子要经过消化，水解为氨基酸才能被人体吸收
蛋白质是由氨基酸组成的，人体中，组成蛋白质的氨基酸有21种。
二、蛋白质的基本组成单位——氨基酸
思考·讨论
相同
不同
二、蛋白质的基本组成单位——氨基酸
1.氨基酸的结构通式
C
H
C
H2N
OH
O
R
氨基
羧基
侧链基团
特点：每个氨基酸分子至少都含有一个氨基(-NH2)
和一个羧基(-COOH)，并连在同一个碳原子上。
区分各种氨基酸种类的重要标志
蛋白质元素组成：C H O N （ P、S、Fe）
H原子
羧基-COOH
氨基-NH2
其他基团-R基
氨基酸具有空间结构
平面图上连接中心C原子的四个基团位置可以互换。
强调：书写化学基团，短线一定要带上
氨基： NH2
羧基： COOH
R基： R
C
H
H2N
COOH
CH2
SH
C
H
NH2
COOH
CH2
SH
CH
COOH
CH2
COOH
C
H
H
CH2
COOH
√
√
×
×
A
D
C
B
哪个是组成蛋白质的氨基酸 R基是什么？
小试牛刀
H2N
H2N
二、蛋白质的基本组成单位——氨基酸
2.氨基酸的种类
必需氨基酸：人体细胞不能合成，必须从外界环境中获取的氨基酸，共8种。
非必需氨基酸：人体细胞可以合成的氨基酸，共13种
苏氨酸
色氨酸
亮氨酸
甲硫氨酸
赖氨酸
苯丙氨酸
异亮氨酸
缬氨酸
甲 来 写 一 本 亮 色 书
三、蛋白质的结构及其多样性
1.氨基酸脱水缩合
+
—C
H2N
H
R1
—C—
O
N—
H
C—
H
R2
COOH
肽键
（二肽）
H2O
OH
N
H
R1
—C—
C—
O
H2
+
—N
H
R2
OH
—C—
CO
H
H
H2O
+
+
—N
H
R3
COOH
—C—
H
H
—C
H2N
H
R1
—C—
O
N—
H
C—
H
R2
C—OH
O
H
C
R1
—C
NH2
—C—
O
N—
H
C—
H
R2
—C—
—N
H
R3
COOH
H
O
（二肽）
（三肽）
（多肽）
（四肽）
肽键
肽键
……
—SH
—SH
+
—S—S—
+
—2H
许多蛋白质分子都含有两条或多条肽链，它们通过一定的化学键如二硫键相互结合在一起。
二硫键
氨基酸之间能够形成氢键等，从而使得肽链能盘曲、折叠，形成具有一定空间结构的蛋白质分子。
两条肽链
思考·讨论
1.从氨基酸到蛋白质大致有哪些结构层次？
氨基酸之间脱水缩合形成肽链
一条肽链的特定区域进行有规律的盘曲、折叠
这条肽链进一步盘绕形成一定的空间结构
多条肽链聚集在一起形成复杂空间结构
三、蛋白质的结构及其多样性
思考·讨论
2.进入人体消化道的蛋白质食物，要经过哪些消化酶的作用才能分解为氨基酸 这些氨基酸进入人体细胞后，需经过怎样的过程才能变为人体的蛋白质 人体中的蛋白质和食物中的蛋白质会一样吗
食物蛋白
胃、胰、肠蛋白酶
多肽
肠肽酶
氨基酸
吸收
合成
人体的蛋白质
人体内氨基酸
三、蛋白质的结构及其多样性
思考·讨论
3.如果用21个不同的字母代表21种氨基酸，若写出由10个氨基酸组成的长链，可以写出多少条互不相同的长链 试着说出蛋白质种类多种多样的原因(提示:一个蛋白质分子往往含有成百上千个氨基酸)。
由n个氨基酸所构成的肽链的种类数是21n种
2110
三、蛋白质的结构及其多样性
氨基酸：21种
蛋白质：
1010～1012

2.蛋白质结构多样性的原因
①氨基酸数目不同
②氨基酸种类不同
③氨基酸排列顺序不同
④肽链空间结构不同
不同颜色的小珠子（代表不同种类的氨基酸）
2.蛋白质结构多样性的原因
三、蛋白质的结构及其多样性
3.结构决定功能
正常红细胞是两面凹的圆盘状
由纤维状连接的血红蛋白组成的红细胞就会扭曲成镰刀状。
镰状细胞贫血患者的血红蛋白运输氧的能力会大为削弱
正常血红蛋白质形成的四聚体接近于球状
异常血红蛋白质会相互连接成纤维状
三、蛋白质的结构及其多样性
3.结构决定功能
正常红细胞是两面凹的圆盘状
由纤维状连接的血红蛋白组成的红细胞就会扭曲成镰刀状。
镰状细胞贫血患者的血红蛋白运输氧的能力会大为
削弱
正常血红蛋白质形成的四聚体接近于球状
异常血红蛋白质会相互连接成纤维状
1.蛋白质变性是指蛋白质在某些物理和化学因素作用下其特定的空间结构遭到破坏，从而导致其理化性质的改变和生物活性丧失的现象
问题：
两种鸡蛋加工方法的原理是什么？
变性使蛋白质的空间结构变得伸展、松散
蛋白质的变性和盐析
鸡蛋、肉类经煮熟后蛋白质变性就不能恢复原来状态。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、熟肉容易消化。
经过加热、加酸、加酒精等引起细菌和病毒的蛋白质变性，可以达到消毒、灭菌的目的。
与社会的联系
在鸡蛋清中加入一些食盐，就会看到白色的絮状物
兑水稀释后，你会发现絮状物消失
——在食盐的作用下析出的蛋白质
盐析是可逆的
——蛋白质的结构没有发生变化
2.盐析
蛋白质变性
鸡蛋、肉类经煮熟后蛋白质变性就不能恢复原来状态。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、熟肉容易消化。
是指蛋白质在某些物理和化学因素作用下其特定的空间构象被破坏，从而导致其理化性质的改变和生物活性丧失的现象。
经过加热、加酸、加酒精等引起细菌和病毒的蛋白质变性，可以达到消毒、灭菌的目的。
四、有关蛋白质的计算
A、6个氨基酸形成1条肽链时，形成几个肽键？
脱掉几个水分子？
B、n个氨基酸形成1条肽链时，形成几个肽键？
脱去几个水分子？
氨基酸数目 形成肽链数 形成肽键数 脱去水分子数目
1
n
n－1
n－1
6
5
5
1
四、有关蛋白质的计算
C、6个氨基酸形成2条肽链时，形成几个肽键？
脱去几个水分子？
D、n个氨基酸形成m条肽链时，形成几个肽键？
脱去几个水分子？
氨基酸数目 形成肽链数 形成肽键数 脱去水分子数目
1
n
m
n－m
n－m
6
6
2
5
4
5
4
肽链1:
肽链2:
四、有关蛋白质的计算
1.脱水数 ＝肽键数＝氨基酸数－肽链数
环肽中脱水数 ＝肽键数＝氨基酸数
四、有关蛋白质的计算
A、100个氨基酸形成的1条肽链，至少含有多少
个氨基，至少含有多少个羧基呢？
B、100个氨基酸形成的2条肽链，至少含有多少
个氨基，至少含有多少个羧基呢？
C
R1
CO
H
H2N
C
R2
COOH
H
HN
CO
C
R3
H
HN
小结：n个氨基酸形成的m条肽链，至少含有 个氨基，至少含有 个羧基
m
m
蛋白质中至少含有的氨基（羧基）数＝肽链数
四、有关蛋白质的计算
2.蛋白质中氨基数/羧基数
=肽链数+R基上的氨基数/羧基数
=各氨基酸中氨基总数/羧基总数-肽键数
四、有关蛋白质的计算
3.蛋白质的相对分子质量＝氨基酸数×氨基酸的平均分子量－失去的水分子数×水的分子量
一个由n个氨基酸形成的含有m条肽链的蛋白质，氨基酸的平均分子质量为a,则蛋白质的相对分子质量＝a·n-18(n-m)。
例题:组成人体的20种氨基酸的平均分子量是128，血红蛋白由4条多肽链组成，共含有574个氨基酸，则血红蛋白的分子质量约为
A.73472； B.12800；
C.63212； D.63140
（C）
四、有关蛋白质的计算
3.蛋白质的相对分子质量＝氨基酸数×氨基酸的平均分子量－失去的水分子数×水的分子量
一个由n个氨基酸形成的含有m条肽链的蛋白质，氨基酸的平均分子质量为a,则蛋白质的相对分子质量＝a·n-18(n-m)。
有时还要考虑一些其他化学变化过程，如二硫键（-S-S-）形成，将脱去2个-H，相对分子质量因此应减少2。
四、有关蛋白质的计算
4.蛋白质中O、N原子数的计算
（1）O原子数=肽键数+ 2×肽链数+R基上的O原子数=各氨基酸中O原子的总数-脱去水分子数
（2）N原子数=肽键数+肽链数+R基上的N原子数=各氨基酸中N原子数之和
C
R1
CO
H
H2N
C
R2
COOH
H
HN
CO
C
R3
H
HN
5.氨基酸的排列与多肽的种类计算
假若有A、B、C三种氨基酸，由这三种氨基酸组成多肽的情况可分为如下两种情形
①A、B、C三种氨基酸，每种氨基酸数目无限的情况下，可形成肽类化合物的种类：
形成三肽的种类： (33＝27种)
形成二肽的种类： (32＝9种)
②A、B、C三种氨基酸，且每种氨基酸只有一个的情况下，形成肽 类化合物的种类：
形成三肽的种类： (3×2×1＝6种)
形成二肽的种类： (3×2＝6种)
3 3 3
3 3
3 2 1
3 2
有关多肽种类的计算
假设有n(0(1)若每种氨基酸数目无限(允许重复)的情况下，可形成肽类化合物的种类：有nm种；
(2)若每种氨基酸只有一个(不允许重复)的情况下，可形成肽类化合物的种类：有n×(n－1)×(n－2)…×(n－m＋2)×(n－m＋1)＝Anm种。
元素组成
C、H、O、N等
基本单位
氨基酸
脱水缩合
多肽
蛋白质
功能多样性
结构多样性
决定
肽键
约20种
结构通式
种类
形成化学键
蛋白质知识点小结
盘曲折叠
生物科学史话

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