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1、化学与社会 2.化学与健康-蛋白质,主讲：化学化工学院 2012年09月,蛋白质的作用,人体内如果蛋白质供应不足，会导致生长发育迟缓，体重减轻，容易疲劳，对传染病抵抗力下降，病后不易恢复健康，甚至贫血，发生营养不良性水肿等疾病。 蛋白质的营养价值决定于其所含的氨基酸种量和数量。凡含有各种必需氨基酸的蛋白质，能维持生命体正常生长的蛋白质（当然在其他营养素适当情况下）称完全蛋白质；缺少一种或一种以上必需氨基酸的蛋白质称不完全蛋白质。蛋白质是构成肌体组织（特别是肌肉）的重要成分，日常食用的豆腐、大豆、瘦肉、鱼、蛋白、奶等都含较多的蛋白质。,人体必需氨基酸,人体必需氨基酸：人体不能合成或合成速度远不适
2、应机体的需要，必需由食物蛋白供给， 这些氨基酸称为必需氨基酸。 赖氨酸（Lysine ）、 色氨酸Tryptophane） 苯丙氨酸(Phenylalanine)、蛋氨酸（Methionine）苏氨酸(Threonine)、 异亮氨酸（Isoleucine ）亮氨酸（Leucine ）、缬氨酸（Viline） 8种 半必需氨基酸： 组氨酸（Hlstidine）、精氨酸（Argnine） ，,蛋白质的作用,大豆是我国最经济的蛋白质来源，大豆蛋白质的氨基酸种类完全，仅硫氨基酸含量较低。 生理学家的实验数据表明，成人每天体内的蛋白质更新3%，每公斤体重每日约需补充1g 蛋白质才能维持氮平衡。一个体重
3、60kg 的成年人，按从事劳动的轻重不同，每天约需补充70105g 蛋白质。若以60g 为需要的最低量，大约2L 牛奶便能提供此量。,蛋白质,蛋白质是一种复杂的有机化合物，旧称“朊”。蛋白质是由氨基酸分子呈线性排列所形成，相邻氨基酸残基的羧基和氨基通过形成肽键连接在一起。 蛋白质的氨基酸序列是由对应基因所编码。除了遗传密码所编码的20种“标准”氨基酸，在蛋白质中，某些氨基酸残基还可以被翻译后修饰而发生化学结构的变化，从而对蛋白质进行激活或调控。多个蛋白质可以一起，往往是通过结合在一起形成稳定的蛋白质复合物，发挥某一特定功能。,什么是蛋白质？,蛋白质（protein）是一种生物大分子； 组成蛋白
4、质的基本单位是氨基酸； 氨基酸通过脱水缩合形成肽链，每一条多肽链有二十 数百个氨基酸残基不等； 一条或多条多肽链组成蛋白质，20多种氨基酸残基按 一定的顺序排列； 非常复杂的三维立体结构。,蛋白质三维结构的三种显示方式。,图中蛋白质为磷酸丙糖异构酶（triose phosphate isomerase）。左：显示全部原子，并以原子类型标色（碳原子为蓝绿色，氧原子为红色，氮原子为蓝色）；中：只显示主链构象，以二级结构类型标色（螺旋为紫色，折叠为黄色）；右：显示“溶剂可及表面”，以残基类型标色（酸性氨基酸为红色，碱性氨基酸为蓝色，极性氨基酸为绿色，非极性氨基酸为白色）。,什么是蛋白质？,蛋白质是生
5、命的物质基础，没有蛋白质就没有生命。 人体中的每一个细胞和所有重要组成部分都有蛋白质参与。 蛋白质占人体重量的16.3%。 人体内有1000多种蛋白质，性质、功能各异，但都是由20多种氨基酸按不 同比例组合而成的，并在体内不断进行代谢与更新。 必需氨基酸-8种人体不能或不足以自身合成的氨基酸，必需通过食物摄取；其余：非必需氨基酸-可以自身合成。,氨基酸,氨基酸（Amino acid）是构成蛋白质的基本单位，分子最小，赋予蛋白质特定的分子结构形态，使他的分子具有生化活性。蛋白质是生物体内重要的活性分子，包括催化新陈代谢的酵素和酶。 不同的氨基酸化学聚合成肽，一个蛋白质的原始片段，是蛋白质生成的前
6、体。,肽,胜肽简称肽，是介于氨基酸和蛋白质之间的物质。氨基酸的分子最小，蛋白质最大，两个或以上的氨基酸脱水缩合形成若干个肽键从而组成一个肽，多个肽进行多级折叠就组成一个蛋白质分子。蛋白质有时也被称为“多肽”。 肽是精准的蛋白质片断，其分子只有纳米般大小，肠胃，血管及肌肤皆极容易吸收。二胜肽（简称二肽），就是由二个氨基酸组成的蛋白质片断。多肽是一种链状的氨基酸,肽,蛋白质的生理功能,与其他生物大分子（如多糖和核酸）一样，蛋白质是生物体中的必要组成成分，参与了细胞生命活动的每一个进程。酶是最常见的一类蛋白质，它们催化生物化学反应，尤其对于生物体的代谢至关重要。除了酶之外，还有许多结构性或机械性蛋白
7、质，如肌肉中的肌动蛋白和肌球蛋白，以及细胞骨架中的微管蛋白（参与形成细胞内的支撑网络以维持细胞外形）。另外一些蛋白质则参与细胞信号传递、免疫反应、细胞粘附和细胞周期调控等。同时，蛋白质也是人们日常饮食中必需的营养物质，这是因为动物自身无法合成所有必需氨基酸；通过消化所摄入的蛋白质食物（将蛋白质降解为氨基酸），人体就可以将吸收的氨基酸用于自身的蛋白质合成,蛋白质的生理功能,1、构造人的身体：蛋白质是肌体细胞的重要组成部分。 2、修补人体组织：人体细胞生命的最小单位，它们处于永不停息的衰老、 死亡、新生的新陈代谢过程中。 3、维持肌体正常的新陈代谢和各类物质在体内的输送。 4、白蛋白：维持机体内的
8、渗透压的平衡及体液酸碱平衡。 5、免疫细胞和免疫蛋白：构筑和维持人体免疫系统。 6、构成人体必需的催化和调节功能的各种酶。 7、人体激素的主要原料。 8、构成神经递物质乙酰胆碱、五羟色氨等。 9、提供热能。,蛋白质与血液病,血液的组成,红细胞的载氧功能,血、红细胞、血红蛋白、血液病,血液离心分离前后,血管中的血红细胞,血红蛋白的结构和功能,血红蛋白：(hemoglobin;haemoglobin;Hb )存在于脊椎动物、某些无脊椎动物血液和豆科植物根瘤中的一组红色含铁的携氧蛋白质。具有4个亚基。 生理功能：运输氧、二氧化碳、水 形态：血红细胞体积很小，形如圆盘，中间下凹，边缘较厚。直径只有78
9、m，它具有弹性和可塑性，在通过直径比它还小的毛细血管时，可以改变形状，通过后仍恢复原形。 由四条多肽链（两条链，两条链）共574 个氨基酸单元构成. 每条链含141个氨基酸单元， 每条链含146个氨基酸单元.,人体内的血红蛋白由四个亚基构成，分别为两个亚基和两个亚基， 血红蛋白的每个亚基由一条肽链和一个血红素分子构成，肽链在生理条件下会盘绕折叠成球形，把血红素分子包在里面，这条肽链盘绕成的球形结构又被称为珠蛋白。血红素分子是一个具有卟啉结构的小分子，在卟啉分子中心，由卟啉中四个吡咯环上的氮原子与一个亚铁离子配位结合，珠蛋白肽链中第8位的一个组氨酸残基中的吲哚侧链上的氮原子从卟啉分子平面的上方与
10、亚铁离子配位结合，当血红蛋白不与氧结合的时候，有一个水分子从卟啉环下方与亚铁离子配位结合，而当血红蛋白载氧的时候，就由氧分子顶替水的位置。,血红蛋白的结构和功能,血红蛋白的结构和功能,血红蛋白与氧结合的过程是一个非常神奇的过程。首先一个氧分子与血红蛋白四个亚基中的一个结合，与氧结合之后的珠蛋白结构发生变化，造成整个血红蛋白结构的变化，这种变化使得第二个氧分子相比于第一个氧分子更容易寻找血红蛋白的另一个亚基结合，而它的结合会进一步促进第三个氧分子的结合，以此类推直到构成血红蛋白的四个亚基分别与四个氧分子结合。而在组织内释放氧的过程也是这样，一个氧分子的离去会刺激另一个的离去，直到完全释放所有的氧
11、分子，这种有趣的现象称为协同效应。,血红蛋白的结构和功能,由于协同效应，血红蛋白与氧气的结合曲线呈S形，在特定范围内随着环境中氧含量的变化，血红蛋白与氧分子的结合率有一个剧烈变化的过程，生物体内组织中的氧浓度和肺组织中的氧浓度恰好位于这一突变的两侧，因而在肺组织，血红蛋白可以充分地与氧结合，在体内其他部分则可以充分地释放所携带的氧分子。可是当环境中的氧气含量很高或者很低的时候，血红蛋白的氧结合曲线非常平缓，氧气浓度巨大的波动也很难使血红蛋白与氧气的结合率发生显著变化，因此健康人即使呼吸纯氧，血液运载氧的能力也不会有显著的提高，从这个角度讲，对健康人而言吸氧所产生心理暗示要远远大于其生理作用。,
12、血红蛋白的结构和功能,除了运载氧，血红蛋白还可以与二氧化碳、一氧化碳、氰离子结合，结合的方式也与氧完全一样，所不同的只是结合的牢固程度，一氧化碳、氰离子一旦和血红蛋白结合就很难离开，这就是煤气中毒和氰化物中毒的原理，遇到这种情况可以使用其他与这些物质结合能力更强的物质来解毒，比如一氧化碳中毒可以用静脉注射亚甲基蓝的方法来救治 。,亚甲基蓝用 途：化学试剂（酸式滴定）、化学染剂（碱性染料:除用于丝、毛染色外，还用作组织切片和细菌的染色剂）、医药（重金属盐解毒,比如利用其与血红蛋白结合能力强在一氧化碳中毒可以用静脉注射亚甲基蓝的方法来救治），杀菌、杀虫剂。避免皮肤和眼睛接触。,血红蛋白(hemog
13、lobin，Hb),每个红细胞内约含2.8亿个血红蛋 白分子, 分子量约为66700。, 一种含铁的结合蛋白质，由珠蛋白肽链结合4分子 血红素而成，是人和其他脊椎动物的红细胞的主要成分。红细胞输送氧与二氧化碳的功能主要是通过血红蛋白来完成，旧称血色素。 中国成年男性血红蛋白正常值为1216g/dl(120 160g/L)，女性为1115g/dl(110150g/L)。新生儿为1720g/dl(170200g/L),出生后逐渐降低。 每毫升血液中就有大约450万500万个红细胞。,血红蛋白(hemoglobin，Hb),剧毒氰化钾 KCN? A few milligrams of the sub
14、stance and of related cyanides can be rapidly fatal（致命） to humans, acting by blocking（阻止） the ability of cells to use oxygen.,结合氧与脱氧血红蛋白,血红蛋白也能与一氧化碳(CO)结合成一氧化碳血红蛋白(HbCO)，由于CO与血红素中的Fe结合,使血红蛋白失去了携带氧的能力。煤气中毒就是由于煤炭燃烧不完全而产生CO, 被人体吸入后形成HbCO的结果。CO与血红蛋白的亲和力较氧气约大210倍, 只要空气中CO的含量达到千分之一（0.1%）左右，即可使血液中50的血红蛋白成为
15、HbCO，造成缺氧状态，甚至致死。,煤气中毒与血红蛋白,血红蛋白活性中心是铁离子,Heme:亚铁血红素,贫血病的治疗,贫血：人体血液中血红蛋白的含量低于正常值 缺铁性贫血的药物，硫酸亚铁 富含铁的食物：猪肝、蛤蜊、海带、黑木耳、鱼、鸡、牛肉、蛋、紫菜、菠菜、芝麻、红枣、山药、豆类等。此外，在吃含铁食物的同时，也要多吃富含维生C的水果及蔬菜，这样更有助于铁质的吸收和利用。, 蚕沙中的叶绿素的含量远高于其他绿色植物 叶绿素的结构中4个环中间接一个镁(Mg)离子 血红素的结构是4个环中间接一个铁(Fe)离子 推断叶绿素进入人体会有可能代替部分血红 素的功能。 “走近科学”2003年10期p54-55
16、,蚕沙（蚕的粪便）为何能补血,蚕沙,1化学成分：本品含叶绿素，植物醇，-谷甾醇，胆甾醇，麦角甾醇，蛇麻脂醇，氨基酸，胡萝卜素，维生素B、C等。 2药理作用：蚕沙煎剂有抗炎、促生长作用，叶绿素衍生物对体外肝癌细胞有抑制作用。 3临床研究：以蚕沙提取物叶绿素之衍生物叶绿素铜钠盐，制成每片20mg之肝血宝片，每次2片，日服3次，治疗白细胞减少症265例，总有效率88.7（医学研究通讯,1988,4:23）；用铁叶绿酸钠（蚕沙加工物）胶囊（每丸含20mg）每次2丸，每日3次，治疗缺铁性贫血30例，治愈好转率100（医学研究通讯,1989,7:30）；蚕沙1560g，煎汤代茶，治疗口腔溃疡35例，收效甚
17、佳（中医杂志,2000,12:759）。,血（铁）卟啉和叶绿素,如何改造叶绿素？Fe2+/Mg2+,棕颜色：没有镁 离子的叶绿体,蓝色环：镁离子 为中心的叶绿体,红色环为血红素,叶绿素蛋白的分子结构,叶绿素铁钠的制备,竹叶叶绿素铁钠的制备及性质研究 王立娟, 钱学仁 (东北林业大学生物质材料科学与技术教育部重点实验室, 黑龙江哈尔滨150040) 摘 要: 利用竹材加工的废弃物制取纯天然水溶性绿色素-叶绿素铁钠,并对制备该色素的两个主要工序-皂化、铁代的最优条件及该色素的稳定性进行了研究。试验表明,用5 %NaOH溶液,在70 加热60min为叶绿素皂化的最佳条件,然后将皂化溶液的pH值调为3
18、. 0,水浴温度为60 ,铁代处理60min时铁代反应最完全。所制得的叶绿素铁钠在pH值为3. 06. 0稳定性较好,对室内光、热、还原剂均有较好的稳定性。试验结果表明,以竹叶为原料制取的叶绿素铁钠确为一种优良的天然食用绿色素。 关键词: 竹叶;叶绿素;叶绿素铁钠 中图分类号: TQ611. 5; TQ91 文献标识码:A 文章编号: 0253 - 2417 (2005) 03 - 0089 04 林 产 化 学 与 工 业第25卷第3期，2005年9月,血红细胞衰老与疾病,年轻人的血红细胞,老年人的血红细胞,正常红细胞,红细胞变形为镰刀状,镰刀状细胞贫血病,镰刀状细胞贫血病 由基因突变引起，
19、是链上的第6个氨基酸由正常谷氨酸(Glu R:-CH2CH2COOH) 换成缬(xie)氨酸(Val R:-CH(CH3)2)造成, 破坏血红蛋白的携氧能力。为单基因病。 肿瘤和高血压为多基因病。,Glutamic Acid(Glu),Valine (Val),谷氨酸(Glu) 与缬(xie)氨酸（Val）的分子结构区别 Glu 有2分子羧基,其在体液中的溶解性好。 Val 有1分子羧基，使血红蛋白的溶解度下降,在细胞内成胶或聚合,使红细胞变形为镰刀状,并且丧失结合氧分子的能力.,正常和异常的红细胞,疟疾感染红细胞,携疟蚊,疟原虫,肝细胞,红血球,配子细胞,唾液,红血球破裂,孢子体,裂殖子,配
20、子细胞,受精卵,疟疾多发区,MIMICKING MALARIA 模仿疟疾感染,Microfluidic device shines light on mechanical aspects of malaria infection（疟疾感染）。 显微流体设备有可能揭示疟疾感染的机理。 Proc. Natl. Acad. Sci. USA, published online Nov.24,2003,CLOGGED阻碍 ： Malaria- infected red blood cells become rigid and block the capillary. Normal cells (sho
21、wn in red) can still snake their way through the blockage, as seen in this time sequence. This may explain why blood transfusions (输血) can help alleviate（减缓） malaria symptoms.（疟疾症状）,A simulation of luminol (氨基苯二酰肼,鲁米诺)at work: Before spraying luminol, theres no sign of blood. After spraying luminol,
22、 the latent(潜在的) blood traces emit a blue glow.,Detects trace amounts of blood 微量血的检测-刑侦分析,咬住一个红细胞的“嘴巴”,在一个只有头发直径1/3的细微管道中，一 个红细胞正在流过。突然，它被放在管道 里的一个小嘴巴咬住了，这个嘴巴还有牙 齿，红细胞被咬得变了形，像一个被长颈 鹿咬住的西红柿，危在旦夕。但紧接着牙 齿松开了，红细胞赶忙逃脱，又恢复了原 来的形状，虚惊一场。 http:/ 2001年09月10日, 由上下两排用硅制 作成的牙齿组成的。 这个嘴巴咬东西的 动作和我们不太一 样，它的上排牙齿 在不断
23、地朝着下排 牙齿做前后方向的 活塞运动，这样红 细胞就会被咬住后 又很快地放开。,小嘴巴的结构,制作小嘴巴的最终目标, 是研制成一个能够刺穿细胞、并将 DNA、蛋白质、药物等注入目标细胞的机器，这样就能够抵御细菌、 病毒对人体细胞的入侵，改变基因的缺陷等。,科学家在细胞中注入化学物质的方法, 用电场打开细胞膜，这种方法很容易使目标细胞死亡； 用非常精细的滴管，一个细胞一个细胞地注入，效率很低。美国科学家研制的这个小嘴巴将来可能使这些问题迎刃而解，因为他们相信这种机器能够低成本、大量地生产。,蛋白质的营养, 蛋白质是食物中氮的主要来源 蛋白质的营养价值决定于所含氨基酸的种类和数量，大豆蛋白质氨基
24、酸种类完全 三聚氰胺 蛋白质供应不足，导致生长发育迟缓， 体重减轻，容易疲劳，对传染病抵抗下降，病后不易恢复健康，甚至贫血。,蛋白质化学举例-豆腐的制作,豆制品-优质植物蛋白 豆腐：蛋白质1015%，水8288% 原料：黄豆、水 凝固剂：石膏、盐卤、葡萄糖酸内酯 过程：泡豆、打浆、过滤、煮豆浆、点卤、压制,黄豆的主要营养成分 100g含量,热量：1500kJ 碳水化合物: 34.2g 蛋白质：35g 脂肪：16g 膳食纤维：15.5g 水：10.2g 维生素A、E，胡萝卜素：200300mg 微量元素（Ca、Fe、锌、硒等）：200300mg,豆腐制作的物理-化学过程1,泡豆：用清水浸泡黄豆1
25、224小时，使豆粒充分膨胀，便于蛋白质分离。,豆腐制作的物理-化学过程2,打豆浆：用石磨、粉碎机、豆浆机将浸泡好的黄豆和水制成豆浆。利用蛋白质溶于水的特性将其萃取出来，形成蛋白质胶体溶液。,豆腐制作的物理-化学过程3,过滤：用滤布（纱布）过滤豆浆，分离除去固体豆渣。 豆渣依然有丰富的营养，可以食用。,豆腐制作的物理-化学过程4,煮豆浆：通过加热煮沸（95105C)46min使蛋白质变性（煮熟），便于蛋白质的凝固。,豆腐可以“生吃”-已经是熟的； 进一步的烹制只是为了提高口感。,豆腐制作的物理-化学过程5,点卤：搅拌中向豆浆中缓缓加入适量卤水（石膏水、葡萄糖酸内酯）使蛋白絮凝，形成蛋白质絮状物（豆花、豆腐脑）。静止30min使蛋白质充分絮凝形成蛋白质凝胶絮状物。 点卤量决定豆腐的软和硬（嫩和老）。,豆腐制作的物理-化学过程6,压制：将豆花倒入铺有滤布、漏水的容器中，用滤布包好豆花，用适当重量的重物压制，使豆花进一步脱水形成豆腐（蛋白质凝胶）。 压制过程有轻到重，时间短则豆腐嫩，时间长豆腐老。,问答题,1. 血红蛋白的生理功能。 2. 蛋白质的营养。 3. 大豆的主要营养成分,