1、第第2 2章章 组成组成细胞的分子细胞的分子第第4 4节节 蛋白质是生命活动的主要承担者蛋白质是生命活动的主要承担者问题探讨问题探讨P28P28从从某些动物组织中提取的胶原蛋白某些动物组织中提取的胶原蛋白，可以用来制作可以用来制作手术缝合线手术缝合线:手术后过一手术后过一段时间，这种缝合线就可以被人体组段时间，这种缝合线就可以被人体组织吸收，从而避免拆线的痛苦织吸收，从而避免拆线的痛苦。讨论讨论1.1.为什么为什么这种缝合线可以被人体组织吸收这种缝合线可以被人体组织吸收?2.2.这种这种缝合线发生什么样的化学变化才能被吸收缝合线发生什么样的化学变化才能被吸收?这对这对你认识蛋白质的化学组成有什
2、么启示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这种手术缝合线要变为小分子物质才能被吸收，蛋白，蛋白质质在化学组成上应该可以分解为更小的分子。在化学组成上应该可以分解为更小的分子。因为因为组成动物和人体的胶原蛋白是相似的物质。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。成蛋白质才能起作
3、用。蛋白质是生命活动的主要承担蛋白质是生命活动的主要承担者。者。一、蛋白质的功能一、蛋白质的功能许多蛋白质是许多蛋白质是构成细胞和生物体结构的重要物质构成细胞和生物体结构的重要物质。如。如羽毛、肌肉、头发、蛛丝等的成分主要是蛋白质。羽毛、肌肉、头发、蛛丝等的成分主要是蛋白质。结构蛋白结构蛋白有些蛋白质能通过有些蛋白质能通过信息传递信息传递达到达到调节生命活动调节生命活动的的作用，如胰岛素、作用，如胰岛素、生长激素（生长激素（蛋白质类激素蛋白质类激素）。）。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体内各器
4、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，它能够起到降血糖的作用，生长素是由191191个氨基个氨基酸分子合成的蛋白质，这些成分都是人体正常生理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。功能的调节剂，缺乏时会对人体健康造成危害。调节生命活动调节生命活动细胞内的化学反应离不开细胞内的化学反应离不开酶的催化酶的催化。绝大多数酶都是绝大多数酶都是蛋白质蛋白质。我们身体有数千种酶，每一种酶只能催化一种化学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反应。酶通过催化化学反应发生从而促进
5、食物的消化、吸收、利用等。相应的酶充足，反应就会顺利化、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、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则，反应就变慢或者被阻断。而大多数的酶是蛋白质质催化作用催化作用有些蛋白质具有有些蛋白质具有运输运输功能功能。如。如血红蛋白、载体蛋白血红蛋白、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。可以在体内运载各种物质。比如血红蛋白输送输送氧（红血球更新速率氧（红血球更新速率25025
6、0万万/秒）、脂蛋白秒）、脂蛋白输送脂输送脂肪、细胞膜上的受体还有转运蛋白肪、细胞膜上的受体还有转运蛋白等。等。运输运输作用作用人体内的人体内的抗体是蛋白质抗体是蛋白质，可以帮助人体抵御病菌和，可以帮助人体抵御病菌和病毒等抗原的侵害。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、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和生理调节物质构成了人体内的“保安部队保安部队”，维护，维护身体的安全，他们每七天需要更新一次。当蛋白质充身体的安全，他们每七天需要更新
7、一次。当蛋白质充足时，这支足时，这支“部队部队”就很强大，而且一旦身体有需要就很强大，而且一旦身体有需要时，这支时，这支“部队部队”数小时内可以增加数小时内可以增加100100倍。倍。免疫免疫作用作用蛋白质是生命活动的主要承担者蛋白质是生命活动的主要承担者结构蛋白结构蛋白：是构成细胞和生物体的重要物质，：是构成细胞和生物体的重要物质，如如肌球蛋白肌球蛋白、肌动蛋白肌动蛋白等等催化蛋白催化蛋白：起生物催化作用，如绝大多数：起生物催化作用，如绝大多数酶酶运输蛋白运输蛋白：如：如血红蛋白血红蛋白、细胞膜上的、细胞膜上的载体载体调节蛋白调节蛋白：如：如胰岛素胰岛素和和生长激素生长激素等等免疫蛋白免疫蛋
8、白：免疫过程中产生的：免疫过程中产生的抗体抗体蛋白质能被人体直接吸收吗？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不能，蛋白质是生物大分子要经过消化，水解为，水解为氨基酸氨基酸才能被人体吸收才能被人体吸收蛋白质蛋白质是由氨基酸组成是由氨基酸组成的，的，人体中，组成蛋白质人体中，组成蛋白质的氨基酸有的氨基酸有2121种种。二、蛋白质的基本组成单位二、蛋白质的基本组成单位氨基酸氨基酸思考思考讨论讨论相同相同不同不同二、蛋白质的基本组成单位二、蛋白质的基本组成单位氨基酸氨基酸1.1.氨基酸的结构通式氨基酸的结构通式 CHCH2NOHOR氨基氨基羧基羧基侧链基团侧链基团特点：每个氨基
9、酸分子特点：每个氨基酸分子至少至少都含有一个氨基都含有一个氨基(-NH(-NH2 2)和一和一个羧基个羧基(-COOH)(-COOH)，并，并连在同一个碳原子连在同一个碳原子上上。区分各种氨基酸种区分各种氨基酸种类的重要标志类的重要标志蛋白质元素组成：蛋白质元素组成：C H O N C H O N（P P、S S、FeFe）H H原子原子羧基羧基-COOH-COOH氨基氨基-NH-NH2 2其他基团其他基团-R R基基氨基酸具有氨基酸具有平面图上连接中心平面图上连接中心C C原子的四个基团位置可以互换。原子的四个基团位置可以互换。空间结构强调强调：书写化学基团，短线一定要带上：书写化学基团，短
10、线一定要带上氨基氨基：NHNH2 2羧基：羧基：COOH COOHR R基：基：R RCHH2NCOOHCH2SHCHNH2COOHCH2SHCH COOHCH2COOHCHHCH2COOHADCB哪个是组成蛋白质的氨基酸哪个是组成蛋白质的氨基酸?R?R基是什么？基是什么？小小试试牛牛刀刀H2NH2N二、蛋白质的基本组成单位二、蛋白质的基本组成单位氨基酸氨基酸2 2.氨基酸氨基酸的的种类种类必需氨基酸：必需氨基酸：人体细胞不能合成，必须人体细胞不能合成，必须从外界从外界环境中环境中获取的氨基酸，共获取的氨基酸，共8 8种。种。非必需氨基酸非必需氨基酸：人体细胞人体细胞可以合成可以合成的的氨基酸
11、，共氨基酸，共1313种种苏氨酸苏氨酸色氨酸色氨酸亮氨酸亮氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸赖氨酸赖氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸异亮氨酸异亮氨酸缬氨酸缬氨酸甲甲 来来 写写 一一 本本 亮亮 色色 书书 三三、蛋白质的结构及其多样性、蛋白质的结构及其多样性1 1.氨基酸脱水缩合氨基酸脱水缩合+CH2NHR1CONH CHR2COOH肽键肽键（二肽）（二肽）H2OOHNHR1 C COH2+NHR2OH CCOHHH2O+NHR3COOHCHH CH2NHR1CONH CHR2COHOHCR1 CNH2CONH CHR2 CNHR3COOHHO（二肽）（二肽）（三肽）（三肽）（多肽）（多肽）（四肽）（四肽）肽键肽键肽
12、键肽键SH SH+SS+2H许多蛋白质分子都含有两条或多条肽链，它们通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。过一定的化学键如二硫键相互结合在一起。二硫键二硫键氨基酸之间能够形成氨基酸之间能够形成氢键氢键等，从而使得肽链能盘曲、等，从而使得肽链能盘曲、折叠，形成折叠，形成具有一定空间结构具有一定空间结构的蛋白质分子。的蛋白质分子。两条肽链思考思考讨论讨论1.1.从氨基酸到蛋白质大致有哪些结构层次？从氨基酸到蛋白质大致有哪些结构层次？氨基酸之氨基酸之间脱水缩间脱水缩合形成肽合形成肽链链一条肽链的一条肽链的特定区域进特定区域进行有规律的行有规律的盘曲、折叠盘
13、曲、折叠这条肽链进一这条肽链进一步盘绕形成一步盘绕形成一定的空间结构定的空间结构多多条肽链聚集在条肽链聚集在一起形成复杂空一起形成复杂空间结构间结构三三、蛋白质的结构及其多样性、蛋白质的结构及其多样性思考思考讨论讨论2.2.进入人体消化道的蛋白质食物，要经过哪些消化酶的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作用才能分解为氨基酸?这些氨基酸进入人体细胞后，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需经过怎样的过程才能变为人体的蛋白质?人体中的人体中的蛋白质和食物中的蛋白质会一样吗蛋白质和食物中的蛋白质会一样吗?食物食物蛋白蛋白胃、胰、胃、胰、肠蛋白
14、酶肠蛋白酶多肽多肽肠肽酶肠肽酶氨基酸氨基酸吸收吸收合成合成人体的蛋人体的蛋白质白质人体内人体内氨基酸氨基酸三三、蛋白质的结构及其多样性、蛋白质的结构及其多样性思考思考讨论讨论3.3.如果用如果用2121个不同的字母代表个不同的字母代表2121种氨基酸，若写出由种氨基酸，若写出由1010个氨基酸组成的长链，可以写出多少条互不相同的长个氨基酸组成的长链，可以写出多少条互不相同的长链链?试着说出蛋白质种类多种多样的原因试着说出蛋白质种类多种多样的原因(提示提示:一个一个蛋白质分子往往含有成百上千个氨基酸蛋白质分子往往含有成百上千个氨基酸)。由由n n个氨基酸所构成的肽链的种类数是个氨基酸所构成的肽链
15、的种类数是2121n n种种2110三三、蛋白质的结构及其多样性、蛋白质的结构及其多样性氨基酸：氨基酸：21种种蛋白质：蛋白质：10101012?2 2.蛋白质结构多样性的原因蛋白质结构多样性的原因氨基酸氨基酸数目数目不同不同氨基酸氨基酸种类种类不同不同氨基酸氨基酸排列顺序排列顺序不同不同 肽链肽链空间结构空间结构不同不同不同颜色的小珠子不同颜色的小珠子（代表不同种类的氨基酸）（代表不同种类的氨基酸）2 2.蛋白质结构多样性的原因蛋白质结构多样性的原因氨基酸氨基酸数目数目氨基酸氨基酸种类种类氨基酸氨基酸排列顺排列顺序序肽链空肽链空间结构间结构三三、蛋白质的结构及其多样性、蛋白质的结构及其多样性
16、3 3.结构决定功能结构决定功能正常红细胞正常红细胞是两面凹的是两面凹的圆盘状圆盘状由纤维状连接的血红蛋白组由纤维状连接的血红蛋白组成的红细胞就会扭曲成镰刀成的红细胞就会扭曲成镰刀状。状。镰状细胞贫血患者的血红蛋白运输氧的能镰状细胞贫血患者的血红蛋白运输氧的能力会大为力会大为削弱削弱正常血红蛋白质正常血红蛋白质形成的四聚体接形成的四聚体接近于球状近于球状异常血红蛋白质会相互连接成纤维状异常血红蛋白质会相互连接成纤维状三三、蛋白质的结构及其多样性、蛋白质的结构及其多样性3 3.结构决定功能结构决定功能正常红细胞是两正常红细胞是两面凹的圆盘状面凹的圆盘状由纤维状连接的血红由纤维状连接的血红蛋白组成
17、的红细胞就蛋白组成的红细胞就会扭曲成镰刀状。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镰状细胞贫血患者的血红蛋白运输氧的能力会大为削弱削弱正常血红正常血红蛋白质形蛋白质形成的四聚成的四聚体接近于体接近于球状球状异常血红蛋白质会相互连接成纤维状异常血红蛋白质会相互连接成纤维状1.蛋白质变性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：问题：两种鸡蛋加工方法的原理是什么？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
18、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.盐析盐析蛋白质变性蛋白质变性鸡蛋、肉类经煮熟后鸡蛋、肉类经煮熟后蛋白质变性就不能恢复原来状态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原因是高温使蛋白质分子的空间结构空间结构变得伸展、松散，变得伸展、松散，容易被蛋白酶水解，因此吃熟鸡
19、蛋、熟肉容易消化。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是指蛋白质在某些物理和化学因素作用下其特定的空间空间构象被破坏构象被破坏，从而导致其理化性质的改变和生物活性丧，从而导致其理化性质的改变和生物活性丧失的现象。失的现象。经过经过加热、加酸、加酒精加热、加酸、加酒精等引起细菌和病毒的等引起细菌和病毒的蛋白质蛋白质变性变性，可以达到消毒、灭菌的目的。，可以达到消毒、灭菌的目的。四四、有关蛋白质的计算、有关蛋白质的计算A A、6 6个氨基酸形成个氨基酸形成1 1条肽链时，形成几个肽键？条肽链时，形成几个肽键？脱掉几个水分子？脱掉几个水分子？B
20、B、n n个氨基酸形成个氨基酸形成1 1条肽链时，形成几个肽键？条肽链时，形成几个肽键？脱去几个水分子？脱去几个水分子？氨基酸数目氨基酸数目形成肽链数形成肽链数形成肽键数形成肽键数脱去水分子数脱去水分子数目目1 1n nn n1 1n n1 16 65 55 51 1四四、有关蛋白质的计算、有关蛋白质的计算C C、6 6个氨基酸形成个氨基酸形成2 2条肽链时，形成几个肽键？条肽链时，形成几个肽键？脱去几个水分子？脱去几个水分子？D D、n n个氨基酸形成个氨基酸形成m m条肽链时，形成几个肽键？条肽链时，形成几个肽键？脱去几个水分子？脱去几个水分子？氨基酸数目氨基酸数目形成肽链数形成肽链数形成
21、肽键数形成肽键数脱去水分子数目脱去水分子数目1 1n nm mn nm mn nm m6 66 62 25 54 45 54 4肽链肽链1:1:肽链肽链2:2:四四、有关蛋白质的计算、有关蛋白质的计算1.1.脱水脱水数数 肽键数肽键数氨基酸数氨基酸数肽链数肽链数环肽中环肽中脱水脱水数数 肽键数肽键数氨基酸数氨基酸数四四、有关蛋白质的计算、有关蛋白质的计算A A、100100个氨基酸形成的个氨基酸形成的1 1条肽链，条肽链，至少至少含有多少含有多少 个氨基，个氨基，至少至少含有多少个羧基呢？含有多少个羧基呢？B B、100100个氨基酸形成的个氨基酸形成的2 2条肽链，条肽链，至少至少含有多少含
22、有多少 个氨基，个氨基，至少至少含有多少个羧基呢？含有多少个羧基呢？小结：小结：n n个氨基酸形成的个氨基酸形成的m m条肽链，条肽链，至少至少含有含有 个氨基，个氨基，至少至少含有含有 个羧基个羧基m mm m蛋白质蛋白质中中至少含有的氨基（羧基）数肽链至少含有的氨基（羧基）数肽链数数四四、有关蛋白质的计算、有关蛋白质的计算2.2.蛋白质蛋白质中氨基中氨基数数/羧基数羧基数=肽链肽链数数+R+R基上的氨基基上的氨基数数/羧基数羧基数=各氨基酸中氨基各氨基酸中氨基总数总数/羧基总数羧基总数-肽键数肽键数四四、有关蛋白质的计算、有关蛋白质的计算3.3.蛋白质蛋白质的相对分子质量氨基酸数的相对分子
23、质量氨基酸数氨基酸的平均氨基酸的平均分子量失去的水分子数分子量失去的水分子数水的分子量水的分子量一个由一个由n n个氨基酸形成的含有个氨基酸形成的含有m m条肽链的蛋白质，氨基条肽链的蛋白质，氨基酸的平均分子质量为酸的平均分子质量为a,a,则蛋白质的相对分子质量则蛋白质的相对分子质量a an-18(n-m)n-18(n-m)。例题例题:组成组成人体的人体的2020种氨基酸的平均分子量是种氨基酸的平均分子量是128128，血红蛋白由血红蛋白由4 4条多肽链组成，共含有条多肽链组成，共含有574574个氨基酸，个氨基酸，则血红蛋白的分子质量约为则血红蛋白的分子质量约为 A.73472A.73472
24、；B.12800B.12800；C.63212C.63212；D.63140D.63140（C C）四四、有关蛋白质的计算、有关蛋白质的计算3.3.蛋白质蛋白质的相对分子质量氨基酸数的相对分子质量氨基酸数氨基酸的平均氨基酸的平均分子量失去的水分子数分子量失去的水分子数水的分子量水的分子量一个由一个由n n个氨基酸形成的含有个氨基酸形成的含有m m条肽链的蛋白质，氨基条肽链的蛋白质，氨基酸的平均分子质量为酸的平均分子质量为a,a,则蛋白质的相对分子质量则蛋白质的相对分子质量a an-18(n-m)n-18(n-m)。有时有时还要考虑一些其他化学变化过程，如二硫键（还要考虑一些其他化学变化过程，如
25、二硫键（-S-S-S-S-）形成，将脱去形成，将脱去2 2个个-H-H，相对分子质量因此应减少，相对分子质量因此应减少2 2。四四、有关蛋白质的计算、有关蛋白质的计算4.4.蛋白质中蛋白质中O O、N N原子数的计算原子数的计算（1 1）O O原子数原子数=肽键数肽键数+2+2肽链数肽链数+R+R基上的基上的O O原子数原子数=各各氨基酸中氨基酸中O O原子的总数原子的总数-脱去水分子数脱去水分子数（2 2）N N原子数原子数=肽键数肽键数+肽链数肽链数+R+R基上的基上的N N原子数原子数=各氨基各氨基酸中酸中N N原子数之原子数之和和5.5.氨基酸的排列与多肽的种类计算氨基酸的排列与多肽的
26、种类计算假若假若有有A A、B B、C C三种氨基酸，由这三种氨基酸组成多肽的情况可三种氨基酸，由这三种氨基酸组成多肽的情况可分为如下两种情形分为如下两种情形A A、B B、C C三种氨基酸，每种氨基酸数目无限的情况下，可形成三种氨基酸，每种氨基酸数目无限的情况下，可形成肽类化合物的种类：肽类化合物的种类：形成三肽的种类：形成三肽的种类：(3(33 32727种种)形成二肽的种类：形成二肽的种类：(3(32 29 9种种)A A、B B、C C三种氨基酸，且每种氨基酸只有一个的情况下，形成三种氨基酸，且每种氨基酸只有一个的情况下，形成肽肽 类化合物的种类：类化合物的种类：形成三肽的种类：形成三
27、肽的种类：(3(32 21 16 6种种)形成二肽的种类：形成二肽的种类：(3(32 26 6种种)3 33 33 33 33 33 32 21 13 32 2有关多肽种类的计算有关多肽种类的计算假设有假设有n n(0(0n n20)20)种、种、m m个氨基酸，任意排列构成多肽个氨基酸，任意排列构成多肽(这里这里m mn n)：(1)(1)若每种氨基酸数目无限若每种氨基酸数目无限(允许重复允许重复)的情况下，可形成肽类化合物的种类：有的情况下，可形成肽类化合物的种类：有n nmm种；种；(2)(2)若每种氨基酸只有一个若每种氨基酸只有一个(不允许重复不允许重复)的情况下，可形成肽类化合物的种类：的情况下，可形成肽类化合物的种类：有有n n(n n1)1)(n n2)2)(n nm m2)2)(n nm m1)1)A An nmm种。种。元素组成元素组成C C、H H、O O、N N等等基基本本单单位位氨基酸氨基酸脱水缩合脱水缩合多肽多肽蛋白质蛋白质功能多功能多样性样性结构多结构多样性样性 决定决定肽肽键键约约2020种种结构通式结构通式种种类类形成化学形成化学键键蛋白质知识点小蛋白质知识点小结结盘曲折叠盘曲折叠生物科学史话
