第三章生命的物质基础--蛋白质

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1、第三章 生命的基础物质-蛋白质一、蛋白质是什么？ 二、蛋白质的元素组成及分类 三、蛋白质生物学功能的多样性 四、蛋白质的基本结构单位氨基酸 五、蛋白质的基本结构单位氨基酸 六、生物活性肽(Peptids) 七、蛋白质的供给量 八、蛋白质的食物来源 九、食物蛋白质营养价值评定 十、 蛋白质的消化与吸收 十一、蛋白质-能量营养不良蛋白质是一切生命的物质基础，是组成细胞和机体的基本 成份，是人体组织更新和修补的主要原料，没有蛋白质就没 有生命。正常成年人体内蛋白质的含量约为% ，大约占整个人体重量的/，仅次于水分。蛋白质用来制 造肌肉、血液、皮肤和许多其他的身体器官。其中大部分分 布在皮肤和骨骼肌中

2、（约占80%），其次分布在血液、软组 织、骨骼、牙齿中。（胶原约占25%，血液中约占5%）。体 内的蛋白质处于不断地分解和合成的动态平衡中，以达到组 织蛋白质不断更新和修复。肠道和骨髓内的蛋白质更新速度 更快，总的来说每天约有的蛋白质被更新，也就是说， 几乎一个月的时间里全身的蛋白质都换了一遍。正是蛋白质 的这种不断合成、分解的对立统一过程，推动生命活动，调 节机体正常生理功能，保证机体的生长、发育、繁殖、遗传 及修补损伤的组织。一、蛋白质是什么？二、蛋白质的化学组成与分类、蛋白质的化学组成 蛋白质的元素组成除含有碳、氢、氧外，还有氮和少量的硫。有些蛋白质还含有一些微量元素，主要是磷、铁、铜、

3、锌和钼等。这些元素在蛋白质中的百分比约为：C50%， H7% 。O 23% N 16% S 03% 其他微量。蛋白质的平均含氮量为16%，这是蛋白质元素组成的一个特点。也是凯氏定氮法测定蛋白质含量的基础，既用定氮法测得的含氮量乘以6.25，即可算出 样品中蛋白质的含量。蛋白质的含量=蛋白质的含氮量 *100/16即：蛋白质的含蛋量* 6.25式中6.25即16%的倒数，为1克氮所代表的蛋白质含量（克数） 。 、蛋白质的分类简单蛋白只由氨基酸组成。(表1) （1）组成分类结合蛋白：简单蛋白和其他物质的结合物(表2)线形蛋白：外形呈长条形的蛋白质。（图1） （2）形状分类球状蛋白：外形呈圆球形的蛋

4、白质。催化蛋白、保护蛋白、转运蛋白、调节蛋白 （3）功能分类：运动蛋白、结构蛋白、储藏蛋白等。(表3)完全蛋白 （4）营养分类： 半完全蛋白 不完全蛋白 。完全蛋白质 这是一类优质蛋白质。它们所含的必需氨基酸种类 齐全，数量充足，彼此比例适当。这一类蛋白质不但可以维持 人体健康，还可以促进生长发育。奶、蛋、鱼、肉中的蛋白质 都属于完全蛋白质。 半完全蛋白质 这类蛋白质所含氨基酸虽然种类齐全，但其中某 些氨基酸的数量不能满足人体的需要。它们可以维持生命，但 不能促进生长发育。例如，小麦中的麦胶蛋白便是半完全蛋白 质，含赖氨酸很少。食物中所含与人体所需相比有差距的某一 种或某几种氨基酸叫做限制氨基

5、酸。谷类蛋白质中赖氨酸含量 多半较少，所以，它们的限制氨基酸是赖氨酸。 不完全蛋白质 这类蛋白质不能提供人体所需的全部必需氨基 酸，单纯靠它们既不能促进生长发育，也不能维持生命。例 如，肉皮中的胶原蛋白便是不完全蛋白质。按食物来源可分为动物性蛋白质和植物性蛋白质：动物性蛋白质 主要来源于肉类(包括禽，畜及鱼类等)蛋类 ，奶类。这几类食物中蛋白质的含量有所不同，他们的蛋白质 含量分别为：肉类1522：蛋类1114；奶类( 牛奶）3.0 352。动物性蛋白质的必需氨基酸种类齐全，比例合理理， 因此较容易消化、吸收和利用，营养价值也相对高些。植物性蛋白质 主要来源于米面类(蛋白质含量为711%） 豆

6、类(蛋白质含量为3542)，但是米面类和豆类的蛋白致营养 价值不同。米面类来源的蛋白质中缺少赖氨酸(一种必需氨基 酸）因此其氨基酸评分较低，仅为0305，同样，这类 蛋白质被人体吸收和利用的程度也会差些。（5）按食物来源分为：动物蛋白植物蛋白3表 3-1 简单蛋白质的分类、蛋白质的分类蛋白质就其化学结构来说，是由20种L型-氨基酸组成的长链分子。有些蛋白质 完全由氨基酸组成，称为简单蛋白质。简单蛋白质可以根据其物理化学性质如溶解度进 行分类（表3-1）。3表 3-1 简单蛋白质的分类有些蛋白质除了简单蛋白质部分外,还有非蛋白质成分，这种成分称为辅基或配基， 这类蛋白质为结合蛋白质。结合蛋白往往

7、按其结合的物质进行分类（表3-2）。表 3-2 结合蛋白质的分类表3-3 蛋白质按生物学功能分类蛋白质按其分子外型的对称程度可以分为球状蛋白质和纤维状蛋白质两大类(Figure 1）。从营养学的角度，根据蛋白质是否含有8种必需氨基酸而分为完全蛋白质和 不完全蛋白。完全蛋白含有人体所需的8种必需氨基酸，不完全蛋白则只含8中必 须氨基酸中的某几种。蛋白质具有多种生物学功能，蛋白质功能的多样性是由蛋 白质种类的多样性决定的。而蛋白质种类的多样性是由于组成 蛋白质的20种氨基酸在肽链中的排列顺序不同所引起的，如果 由20种氨基酸组成20肽，根据排列理论，其顺序异构体有A =20！=21018种。据估计

8、生物界蛋白质的种类在10101012数 量级。各种不同结构的蛋白质，各具不同的生物学功能，它们 与不同生物的生命活动有极为密切的关系。许多重要的生命现 象和生理活动往往都是通过蛋白质来实现的。现举例如下：、生物催化作用：参与和调控生物体内的新陈代谢 蛋白质的一个最重要的生物学功能是作为有机体新陈代 谢催化剂酶。几乎所有的酶都是蛋白质。生物体内的各种 化学反应几乎都是在相应的酶参与下进行的。例如。淀粉酶催 化淀粉的水解，尿酶催化尿素分解为二氧化碳和氮。葡萄糖分 解为二氧化碳和水则是在数十种酶的催化下完成的 。没有酶的 催化，生物体内的所有生物化学反应和新陈代谢都将无法进行 。 三、蛋白质生物学功

9、能的多样性The catalytic action of sucrase、代谢调节作用：维持肌体正常的新陈代谢 有些蛋白质具有激素的功能。例如胰脏兰氏小岛细胞分泌的胰岛素参与血 糖的代谢调节，能降低血液中葡萄糖的含量。胃泌素胰高血糖素胰岛素促乳素加压素垂体Figure The structure of insulin、免疫保护作用：保护生物体免受病原微生物的攻击高等动物的免疫反应（immune response）是有机体的一种防御功能。免疫反 应主要也是通过蛋白质来实现的这类蛋白质称为抗体（antibody）或免疫球蛋 白（immunoglobulin）.抗体是在外来的蛋白质或其他的高分子化合

10、物即所谓的抗 原（antigen）的影响下产生的，并能与相应的抗原结合而排除外来物质对有机体 的不利影响 。123456The structure of Ig、物质运 输与储藏作用 某些蛋白质具有 运输的功能。脊椎动 物红细胞里的血红 蛋白和无脊椎动物中 的血蓝蛋白在呼吸过 程中起着输送氧气的 作用。血液中的脂蛋 白随着血流运送脂质 。生物氧化过程中某 些色素蛋白如细胞色 素C(cytochrome c)起 着电子传递体的作用 。另一类蛋白质有贮 藏氨基酸的功能，用 作有机体及其胚胎或 幼体生长发育的原料 。这类蛋白质有蛋类 中的卵清蛋白（ ovalbundn）、乳中 的酪蛋白（casein）

11、 小麦种子中的麦醇溶 蛋白等。The quatary structure of hemoglobin、运动与支持作用 有些蛋白质，如肌纤维中的肌球蛋白（myosin）和肌动蛋白（actin）可以和 腺嘌吟核苷三磷酸（ATP）相互作用而引起肌肉弹性的改变，伴随着肌原纤维的 收缩而产生运动的功能。是肌肉收缩的必要成分。细菌的鞭毛或纤毛也能产生类 似的活动。近年来发现，在非肌肉的运动系统中普遍存在着运动蛋白。The interaction of actin and myosinThe structure of actin and myosin肌钙蛋白、生长、繁殖、遗传和变异作用 蛋白质的再个重要的生

12、物学功能是调节或控制细胞的 生长、分化和遗传信息的表达。例如组蛋白和阻竭蛋白都属 于这一类蛋白。、接受和传递信息 起接受和传递信息作用的受体也是蛋白质，例如接受各 种激素的受体蛋白， 接受外界刺激的感觉蛋白如视网膜上的 视色素，味蕾上的味觉蛋白等。 、构成和修补人体组织 蛋白质另一个主要的生物学功能是作为有机体的结构成 分。在高等动物里，胶原纤维是主要的细胞外结构蛋白，参 与结缔组织和骨骼作为身体的支架。细胞里的片层结构，如 细胞膜、线粒体、叶绿体和内质网等都是由不溶性蛋白质与 脂质组成的。9、维持神经系统的正常功能：味觉、视觉和记忆。10、维持机体内的体液平衡：滲透压的平衡和酸碱平衡 。11

13、、提供热能。五、蛋白质的基本结构单位氨基酸蛋白质是高分子有机化合物，结构复杂，种类繁多 ，但其水解的最终产物都是氨基酸。因此，把氨基酸称 为蛋白质结构的基本单位。（一）、氨基酸的结构组成蛋白质的氨基酸有20种，其结构可用下列通式 表示：COOH | H2N C H L 氨基酸 |R由结构通式可以看出，各种氨基酸在结构上有下列共 同的特点：、组成蛋白质的氨基酸除proline以外，都是 氨基酸。、不同的 氨基酸，其R侧链不同。它对蛋白质 的空间结构和理化性质有重要的影响。、除R侧链为氢原子的甘氨酸外，其他氨基酸的 碳原子都是不对称碳原子。在 碳原子上四个不同 基团在空间排列位置的差异，形成不同的

14、构型，都具有旋 光性。目前已知的天然蛋白质中的氨基酸为L型，故称为L 型 氨基酸。 （二）、氨基酸的分类由于20种氨基酸的主要差异在其侧链基团，因此以氨基 酸的侧链R基团的结构和性质作为氨基酸分类的基础。蛋白质 的许多性质、结构和功能等在很大程度上与氨基酸的侧链R基 团密切相关。按R基团的化学结构，20种常见氨基酸可以分为、脂肪族氨基酸一氨基一羧基氨基酸： 甘氨酸Gly、丙氨酸Ala、缬氨 酸Val、异亮氨酸Leu、甲硫氨酸Met、半胱氨酸Cys、丝氨酸 Ser、苏氨酸Thr一氨基二羧基氨基酸及其酰氨：谷氨酸Glu、谷氨酰氨 Gln、天冬氨酸Asp、天冬酰氨Asn二氨基一羧基氨基酸：赖氨酸 L

15、ys、精氨酸 Arg、芳香族氨基酸：苯丙氨酸 Phe、酪氨酸 Tyr、杂环氨基酸：组氨酸 His、色氨酸 Trp、杂环亚氨基酸：脯氨酸 Pro 从营养学的角度，把氨基酸分为必须氨基酸和非必须氨 基酸。20种氨基酸是生物体内蛋白质合成的原料，都是人体所 不可缺少的。其中亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯 丙氨酸、苏氨酸、色氨酸、缬氨酸、组氨酸9种，在体内不能 自行合成，或合成速率不能满足机体需要，必须由食物供给 。因此，将这些氨基酸称为必需氨基酸。9种中的组氨酸是婴 幼儿必需氨基酸，婴儿缺乏组氨酸时会患湿疹。其余11种在 体内能自行合成，称为非必需氨基酸。但是半胱氨酸和酪氨 酸在体内能分别由蛋

16、氨酸和苯丙氨酸合成，这两种氨基酸如 果在膳食中含量丰富，则有节省蛋氨酸与苯丙氨酸两种必需 氨基酸的作用，因此有时称为半需氨基酸。（一）、肽的概念如前所述，一分子氨基酸的氨基与另一分子氨基酸的 羧基可以脱水生成一个酰氨键,又叫肽键(peptide bond)。 这个化合物叫二肽。六、生物活性肽(Peptids)例如1分子甘氨酸和另1分子甘氨酸脱去一分子 水缩合成为甘氨酰甘氨酸，这是最简单的肽。二肽通过肽键与另一分子氨基酸缩合生成三肽 。依次可生成四肽、五肽。一般来说，由 10个 以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽（oligopeptide ），更多的氨基酸相连而成的肽称为多肽（ polypetide）。