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第2章 第2节 生命活动的主要承担者——蛋白质

同学们，通过上两节课的学习，我们终于明白了氨基酸分子是如何一步步形成具有特定功能的蛋白质的。这节课我们接着来学习蛋白质结构和功能的多样性。

我们知道，在氨基酸形成蛋白质的过程中，由于参与形成蛋白质的氨基酸种类、数量、排列顺序、盘曲折叠方式不同以及肽链数不同，都会引起蛋白质空间结构的千变万化。所以我们说蛋白质的结构是极其多样的。为了便于大家更好的理解，我们就通过一个例子来说明。比如如果用20个不同的字母分别代表20种氨基酸，那么一个由10个氨基酸分子组成的长链，我们就可以写出2010种排列组合。而实际上一个蛋白质分子往往含有成百上千个氨基酸。如果我们再考虑上组成蛋白质的氨基酸数量不同，那就更多了。而且即使是组成肽链的氨基酸数量、种类、排列顺序都相同的肽链，它们的盘曲折叠方式也可能因为肽链所处的温度、酸碱度等环境条件的不同而不同。综合以上因素，理论上蛋白质的结构种类应该是无法计算了。

下面我再举一个例子吧。比如牛奶约含3.5%的蛋白质，而且以酪蛋白为主，其次为乳白蛋和乳球蛋白。如果你喝了1斤牛奶，也就是500克，那就会从中摄取17.5克蛋白质，这些蛋白质水解后产生的氨基酸的总质量就会大于17.5克，这是因为蛋白质变成氨基酸分子是要消耗水分子的。为了使计算简单，我们在这不考虑水解过程中消耗的水分子的质量，按照氨基酸总量为17.5克，以氨基酸平均分子量为128克每摩尔计算，17.5克氨基酸就有0.82摩尔，即0.82×1023个氨基酸分子，这么多氨基酸分子总共20种氨基酸，显然这些蛋白质为人体细胞提供的每种氨基酸都有很多个。而且还可以根据有关数据进一步估算出这些氨基酸在人的体细胞中至少可以重新合成1.05×1019个人的蛋白质分子。（估算依据蛋白质的分子量在600-1000000道尔顿范围。1道尔顿＝1克/N，N为阿弗加德罗常数6.02×1023）。我想通过这个例子，你就该理解了蛋白质结构的多样性了吧。

通过上述例子分析，我们知道由于参与参与蛋白质形成的氨基酸种类、数量、排列顺序、盘曲折叠方式及其形成的空间结构不同而形成的蛋白质的种类足以满足自然界各种生命活动功能所需了。需要说明的是蛋白质的形成并不是由氨基酸随机组合成各种肽链的。而是生物体按照各自生命活动的需要在各自基因的控制下来合成的。这个具体过程我们将会在必修2中进行深入学习。

蛋白质的结构多样性还决定了蛋白质功能的多样性。科学研究表明，蛋白质在细胞中承担的功能也极其多样。具体大家可以看下图。

从上图我们可以归纳出蛋白质的五个功能：1、蛋白质是细胞和生物体结构的重要组成物质。2、蛋白质是细胞内化学反应的催化剂。比如酶，绝大多数酶都是蛋白质。3、有些蛋白质具有运输载体的功能。比如血红蛋白能运输氧、二氧化碳和H+。4、有些蛋白质起信息传递作用，能够调节机体的生命活动。如胰岛素可以降低血糖，维持血糖平衡。5、有些蛋白质具有免疫功能。比如人体内的抗体，可以帮助人体抵御病菌和病毒等抗原的侵害。

除此之外，有些蛋白质还有运动功能。比如肌纤维中的肌动蛋白和肌球蛋白，它们是肌肉收缩系统的必要成分；细菌的鞭毛、草履虫的纤毛蛋白等也有类似功能。有些蛋白质可以作为受体，起接受和传递信息的作用。比如味蕾上的味觉蛋白可以接受食物刺激产生味觉；接受各种激素信号的受体蛋白等。

总之，蛋白质是一切生命活动的承担者。

既然蛋白质如此重要，那么正处于青春期的我们正是长身体的时候，所以平常吃饭就要注意多吃些蛋白质丰富的大豆制品、奶类制品、瘦肉类食品、禽蛋类食品和鱼虾类食品。还要注意不挑食。这是因为构成蛋白质的20种氨基酸中，苯丙氨酸、甲硫氨酸（蛋氨酸）、赖氨酸、苏氨酸、色氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸等有8种（婴儿有9种，比成人多一种组氨酸）是人体细胞不能合成的，必须从食物中直接获取，这些氨基酸叫做必需氨基酸。如果你有兴趣记住它们，可以用“笨蛋来宿舍，晾一晾鞋”这句话进行谐音记忆。在这种情况下，如果你是女生，因为要减肥，只吃素食，不吃肉，那就可能会由于食物单一，而造成某种必需氨基酸比如赖氨酸的缺乏，而影响正常的生长发育。

还有些同学可能因为食物味道不够鲜美而挑食，对于这种情况，你可以学习一些烹饪技巧。比如做鸡蛋汤的时候一定记得：汤开锅后先放鸡蛋，再放盐调味。炖排骨汤时要等排骨炖好准备出锅时再放盐调味。只有这样做出来的汤不但好看，而且味道鲜美。这是因为在食盐的作用下，新鲜鸡蛋中的蛋清或排骨中的蛋白质会提前析出成絮状物，这种现象我们称之为盐析。这样加热成熟后汤要么不好看，要么蛋白质不能很好的溶解到汤中影响味道。

对于那些消化系统不太好的同学，你也要注意了。吃饭时要尽量吃熟食。这是因为，食物在加热的过程中，蛋白质分子的空间结构会变得伸展、松散，更容易被消化道内的消化酶水解。而蛋白质由于高温、强酸、强碱而发生的这些现象，我们称之为变性。比如鸡蛋煮熟了再吃更容易消化吸收。除此之外变性还经常应用于医学上对医疗器械的消毒。既然说到了蛋白质的盐析和变性，那我就要强调一下，盐析和变性的区别。通常情况下，盐析现象不会改变蛋白质的结构，只是降低了蛋白质的溶解度。兑水稀释后，就会恢复原状。不影响蛋白质的活性。而变性呢，就会使蛋白质的空间结构发生变化，从而使蛋白质失去活性，而且不会恢复。比如鸡蛋煮熟后，液态的蛋清变成固态。你无论采取任何措施，它也不会再变成具有生物活性的蛋清，而且这个鸡蛋再也不会孵出小鸡。

学习了蛋白质的这么多内容，我还想请大家想一想氨基酸分子形成空间结构复杂的蛋白质的逆过程是什么样子的。也就是请大家想一想空间结构复杂的蛋白质是如何一步步分解成氨基酸的。

好，大家边想边听我说，看看还有哪些不明白的地方。为了更有利于大家理解，我就以具有生物活性蛋白质比如鸡蛋中的蛋清为例来描述一下吧。蛋清中的蛋白质经过高温加热，其复杂的空间结构变得伸展、松散，成为肽链状；肽链进入消化道，在胃蛋白酶和胰蛋白酶等消化酶的作用下水解成很多长短不一的多肽段；长短不一的多肽段在肠肽酶等消化酶的作用下进一步水解成各种氨基酸。就这样，空间结构复杂的蛋白质就被一步步的分解成了许许多多的氨基酸。

这里需要特别注意两点：一是肽链水解的实质就是把脱水缩合形成的肽键（-CO-NH-）断开，重新恢复中心碳原子上的羧基（-COOH）和氨基（-NH2）。那么每打开一个肽键，就会恢复一个羧基和一个氨基，就要消耗一分子水。所以我们也可以从字面上认为水解，就是肽链在水的作用下分解。这样算来，如果一个蛋白质分子彻底水解成氨基酸，那么这个过程需要消耗的水分子数和氨基酸形成这个蛋白质时生成的水应该是相同的。二是蛋白质水解的过程和蛋白质形成的过程并非完全可逆的两个过程。比如氨基酸连接是一个一个连续进行的，而肽链的断开却先是断成一段一段长短不一的肽段，这不是一个连续过程，而是一个同时的过程。最后肽段再断成一个一个氨基酸。当然这个过程也不是连续进行的。简单的说，蛋白质的形成是有序进行的，而蛋白质的水解更像是无序的高效的进行。这一点与消化酶的专一性有关。后面我们还会进一步学习。

通过分析我们也还可以知道虽然不同的生物体内的蛋白质种类数目和种类差异很大，但是构成它们的氨基酸的种类都是一样的，这也说明自然界的生命体具有统一性，具有一定的亲缘关系。

科学家弄清楚了氨基酸和蛋白质之间的关系后，自1886年就开始尝试着用氨基酸来人工合成蛋白质了。而且直到1965年这个愿望才由我国的科学家人工合成结晶牛胰岛素获得成功才得以实现。在这个过程中，光是测定牛胰岛素的全部氨基酸序列就花去了英国科学家桑格10年的功夫。目前我国的科学家已经投入到国际人类蛋白质组计划的研究中。如果你有兴趣，你可以到网络上去进一步了解。

好，这节课就到这里。同学们，再见！

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