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1、备课资料1.蛋白质在人体内的主要功能（1）构成酶、激素、抗体以及机体组织。（2）促进人体生长发育。（3）维持渗透压。（4）供给人体部分能量。人体每天需要通过食物摄入一定量的蛋白质，用以机体生长、更新、组织修补以及各种生理功能的需要。也就是说，生命的产生、存在与消亡，无一不与蛋白质有关。人体的神经、肌肉、血液、骨骼，甚至没有一处不含蛋白质，一个几千克重的婴儿长成为一个几十千克重的大人，体内各种组织成分的自我更新都离不开蛋白质。人体的新陈代谢是通过成千上万种化学反应来实现的，而这些反应都需要酶来催化，酶能在正常体温下，广泛参加人体各种各样的生命活动。如肌肉收缩、血液循环、消化、生长、发育和繁殖以及
2、各种各样的思维活动。如果没有酶的参加，生命活动就无法进行。而这些具有各种各样特异作用的酶，和调节生理功能的一些激素一样，本身也是蛋白质。由此可见，在生命活动中蛋白质是无处不存在的，而且具有多种多样的重要功能。生物体一旦失去蛋白质，那么一切生命活动即将停止，生命终结。所以说，蛋白质是生命物质。一个人每天需要多少蛋白质，要根据年龄、性别、劳动条件和健康情况而定，并因食物来源而有所不同。例如，一个65千克的健康成年男子，根据其体力劳动强度的不同，每天约需要蛋白质75100克。一般成年女子略微少些。而儿童、青少年在生长发育期，以及妇女怀孕和授乳期间所需要的蛋白质便多些。至于人在生病的情况下，如烧伤、骨
3、折、感染、肾炎等，患者的蛋白质需要量可根据病情作相应增减。一个体重65千克，从事较轻劳动的成年男子，可以从他每天所吃的主副食（粮食500克，肉100克，蛋一个，豆制品50克，蔬菜500克）中获得所需要的75克蛋白质。根据需要与可能，他还可以适当地调剂副食，如增加些乳、蛋、肉类、豆制品、花生等提高蛋白质的质和量。如果调配得当，充分发挥各种植物蛋白质的“互补作用”，少加甚至不加动物性食品也可保证蛋白质的需要。其他儿童、青少年、成年、老年男女以及孕妇、产妇和病人可以此为参考，调剂每天的主副食，酌情增减蛋白质的摄入量。我们选择蛋白质食物，首先应考虑蛋白质含量的多少。如果食物中蛋白质含量很少，即使营养价
4、值很高，也不能满足人体需要。在常用的每100克食物中，肉类含蛋白质1020克，鱼类含1520克，全蛋含1315克，豆类含2030克，谷类含812克，蔬菜、水果含12克。动物性食物比植物性食物含量多，豆类含量很多，质量上比动物性食物也不差。判断蛋白质质的优劣有三点：（1）蛋白质被人体消化、吸收得越彻底，其营养价值就越高。整粒大豆的消化率为60%，做成豆腐、豆浆后可提高到90%，其他蛋白质在煮熟后吸收率也能提高，如乳类为98%，肉类为93%，蛋类为98%，米饭为82%。（2）被人体吸收后的蛋白质，利用的程度有高有低，利用程度越高，其营养价值也越高。利用的程度高低，叫蛋白质的生理价值。常用食物蛋白质
5、的生理价值是：鸡蛋94%，牛奶85%，鱼肉83%，虾77%，牛肉76%，大米77%，白菜76%，小麦67%。动物蛋白质的生理价值一般比植物蛋白质高。（3）看所含必需氨基酸是否丰富，种类是否齐全，比例是否适当。种类齐全、数量充足、比例适当，叫完全蛋白质，如动物蛋白质和豆类蛋白质。种类齐全，但比例不适当，叫半完全蛋白质，在谷物中含量较多。种类不全，叫不完全蛋白质，如肉皮中的胶质蛋白，平米中的平米胶蛋白。将两种以上的食物混合食用，使含的氨基酸相互补充，能更好地适合人体的需求。多吃蛋白质也不好，会增加肾脏负担，增加额外的热能消耗，不经济。所以，要合理食用蛋白质。2.蛋白质的主要生理功能蛋白质是一切生命
6、的物质基础，这不仅是因为蛋白质是构成机体组织器官的基本成分，更重要的是蛋白质本身不断地进行合成与分解。这种合成、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。根据现代的生物学观点，蛋白质和核酸是生命的主要物质基础。蛋白质的生理功能：蛋白质是构成组织和细胞的重要成分，如肌肉、骨骼及内脏主要由蛋白质组成。一切细胞的原生质都以蛋白质为主，动物的细胞膜及细胞间质也主要由蛋白质组成。用于更新和修补组织细胞。参与物质代谢及生理功能的调控。氧化供能。1克蛋白质在体内氧化供能约1.67104焦耳。其他功能。如多功能血浆蛋白质的生理功能。组成蛋白质的氨
7、基酸有20余种，体内只能合成一部分，其余则须由食物蛋白质供给。体内不能合成或合成速度太慢的氨基酸都必须由食物蛋白质供给，故又称为“必需氨基酸”。体内能自己合成的氨基酸则不必由食物蛋白质供给的又称为“非必需氨基酸”。在体内合成蛋白质的许多氨基酸中，有8种必需氨基酸须食物供给，即赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、亮氨酸、异亮氨酸及缬氨酸。食物中含有的必需氨基酸越多，其营养价值越高。动物蛋白如肉类、蛋、乳均含8种必需氨基酸，又称优质蛋白；植物蛋白如豆类蛋白质所含的必需氨基酸是不全的。但若把玉米、小米及大豆三种植物蛋白质混合组成的面食，其营养价值则明显提高。这种把几种营养价值较低的蛋白质，混合
8、后使其营养价值提高的作用又称为不同蛋白质的互补作用。3.蛋白质工程及进展简单地讲，蛋白质工程就是根据蛋白质的精细结构和生物活力的作用机制之间的关系，利用基因工程的手段，按照人类自身的需要，定向地改造天然的蛋白质，甚至于创造新的、自然界本不存在的、具有优良特性的蛋白质分子。蛋白质工程在诞生之日起就与基因工程密不可分。基因工程是通过基因操作把外源基因转入适当的生物体内，并在其中进行表达，它的产品还是该基因编码的天然存在的蛋白质。蛋白质工程则更进一步根据分子设计的方案，通过对天然蛋白质的基因进行改造，来实现对其所编码的蛋白质的改造，它的产品已不再是天然的蛋白质，而是经过改造的，具有了人类所需要的优点
9、的蛋白质。天然蛋白质都是通过漫长的进化过程自然选择而来的，而蛋白质工程对天然蛋白质的改造，好比是在实验室里加快了的进化过程，期望能更快、更有效地为人类的需要服务。对蛋白质的研究与改造：蛋白质是重要的生物大分子，参与生命体系几乎所有的过程。血红蛋白在红血球中载氧，胶原蛋白组成皮肤的大部分，各种酶催化生命活动中众多的反应。具有如此繁多功能的蛋白质，在组成和结构上有一些规律，使得人们可以着手对它进行研究和改造。蛋白质都是由一类叫做氨基酸的小分子化合物构成，这些氨基酸按特定的排列顺序首尾相连，形成特定长度的肽链。在生理条件下，由于肽链内部相邻氨基酸残基之间的相互作用，以及在顺序上相隔较远，但在空间上相
10、互接近的氨基酸残基之间的相互作用，使得肽链总是倾向于采取一种能量最低的空间结构，来达到稳定存在的形式。这样的特定的空间结构，与蛋白质特有的功能密切相关。综合上面所说的，可以发现蛋白质的空间结构是由其氨基酸的组成和排列顺序决定的。有了这样一个规律，就可以通过改变蛋白质的氨基酸组成和排列顺序来改变其空间结构，进而影响蛋白质的功能。当前，蛋白质工程是发展较好、较快的分子工程。这是因为在进行蛋白质分子设计后，已可应用高效的基因工程来进行蛋白质的合成。最早的蛋白工程是福什特（Forsht）等在19821985年间对酪氨酰tRNA合成酶的分子改造工作。他根据XRD（X射线衍射）实测该酶与底物结合部位结构，
11、用定位突变技术改变与底物结合的氨基酸残基，并用动力学方法测量所得变体酶的活性，深入探讨了酶与底物的作用机制。佩里（Perry）1984年通过将溶菌酶中Ile（3）改成Cys（3），并进一步氧化生成Cys（3）Cys（97）二硫键，使酶热稳定性提高，显著改进了这种食品工业用酶的应用价值。1987年福什特通过将枯草杆菌蛋白酶分子表面的Asp（99）和Glu（156）改成Lys，而导致了活性中心His（64）质子pKa从7下降到6，使酶在pH6时的活力提高10倍。工业用酶最佳pH的改变预示可带来巨大经济效益。蛋白工程还可对酶的催化活性、底物专一性、抗氧化性、热变性、碱变性等加以改变。由此可以看出蛋白
12、工程的威力及其光辉前景。上述各例是通过对关键氨基酸残基的置换与增删进行蛋白工程的一类方法。另一类是以某个典型的折叠进行“从头设计”的方法。1988年杜邦公司宣布，成功设计并合成了由四段反平行螺旋组成为73个氨基残基的成果。这显示，按人们预期要求，通过从头设计以折叠成新蛋白的目标已是可望又可及了。预测结构的模型法，在奠定分子生物学基础时起过重大作用。蛋白的一级结构，包含着关于高级结构的信息这一点已日益明确。结合模型法，通过分子工程来预测高级结构，已成为人们所瞩目的问题了。蛋白质工程应用领域极为广泛，如可开发多元疫苗，具有免疫调节机能和直接杀死癌细胞的新抗癌制剂，具高度选择性的分离剂和附着剂，超稳定并具有多种催化活性的酶，或者扩大酶对pH、温度及有机溶剂的适应性，使之耐酸碱、耐高温、不易变性或改变其异体蛋白的抗原性等等。
