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植物化学物包括很多种类,其中有植物激素,与其相对应的是动物食品化学物中的动物激素。不过,人们习惯上所称的植物激素并非严格意义上的激素,只是与动物激素相对应的一种通俗和习惯说法。
什么是动物激素、植物激素
动物激素主要是由动物分泌细胞或内分泌腺分泌的一类信息传递物质,大部分是蛋白质,少部分是核糖核酸(RNA)和固醇类物质。
动物激素按化学结构大体分为四类。一是固醇和类固醇,如肾上腺皮质激素(皮质醇、醛固酮等)、性激素(雌激素、孕激素及雄激素等);二是氨基酸衍生物,如甲状腺素、肾上腺髓质激素、松果体激素等;三是肽类与蛋白质,如下丘脑激素、垂体激素、胃肠激素、胰岛素、降钙素等;四是脂肪酸衍生物,如前列腺素。
植物激素又称植物生长调节剂,是植物体内合成的对植物生长发育有重要调控作用的几类微量简单的小分子活性有机物质,也被称为植物天然激素或植物内源激素。已知的植物激素主要有六类:生长素、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸、乙烯和近来普遍认可的油菜素甾醇。除了植物中的天然激素外,一些植物激素也可以人工合成。
此外,现在人们所说的植物激素还包括植物化学物中另外一些物质,如大豆异黄酮这类物质,由于它与人体中的某种激素结构相似,因而具有类似的激素功能,所以也被称为植物激素,但严格意义上讲,由于它们对植物本身生长不具有调节作用,不能算作植物激素,但习惯上已经这样称呼,因此谈到植物激素应区分为两种,一是对植物自身有调节作用的植物激素,一是对人体或动物有生理调节作用的植物激素。
食物中的动物激素
食物中的动物激素主要来源于动物食品,如各种动物的肉类和脂肪中含有的激素。其中,人们比较熟悉的是牛奶和牛肉中的生长激素。动物如同人一样,在其生长和生存的时间内会分泌种种激素,如生长激素、雄激素、雌激素。如果仅仅是食用动物自身分泌的包含在肉类和脂肪中的种种激素,对人的危害是微乎其微的,否则,人类就不可能通过吃动物食品而进化和维持自身的功能。
让人们担心的是,在现代科技和工业发展的引领下,现代养殖业成为一种集约化的工业作坊,人类用尽了各种方式刺激所饲养的动物生长,以求它们多出肉、多下蛋和多产奶。于是,人们怀疑这种催生的动物食品中的种种激素可能对人类有害。对于这种怀疑,可以通过了解对养殖的肉牛和奶牛使用生长激素的过程来解释。
生长激素是动物大脑中分泌的一种蛋白质,用于促进动物的生长。牛也会产生生长激素,即牛生长激素(bGH),牛自身的这种激素对人的健康并不产生影响。但是,在上世纪80年代,生物工程技术的发展产生了重组牛生长激素(rbGH,也称牛奶激素)。为了让奶牛多产奶和肉牛多长肉,养殖者对奶牛和肉牛注射rbGH,就会增加产奶量和产肉量。以产奶而言,对牛使用牛奶激素之后,产奶量可以增加百分之十几。显然,人们担心对奶牛使用了rbGH之后是否会对人的健康有影响。
对于这种情况,美国食品与药品管理局(FDA)要求相关部门进行大剂量的短期动物试验。在连续28天的试验中,老鼠被喂的rbGH剂量高达奶牛注射的rbGH剂量的100倍,但是没有发现老鼠各项生理指标有异常。据此,FDA认为,食物中的rbGH不会被吸收,因而不必进行长期的安全性试验就可以得出安全的结论。
原因在于,无论是牛身上天然的bGH还是注射进重组的rbGH,这些激素的本质都是蛋白质。蛋白质被吃之后,都会被消化成氨基酸碎片才能被吸收,因而不会产生副作用。但是现在不能排除蛋白质整体或者大片段被人体吸收的可能,如此就有可能对人体产生其他影响,因而需要进行长期的检测来确定其是否对人有害。
尽管对牛使用rbGH不会让牛奶和牛肉中的rbGH含量增加,也不会对人体造成危害,但是加拿大的研究人员发现,rbGH的使用会增加牛奶中另一种激素――胰岛素样生长因子I(IGF-1)的含量。胰岛素样生长因子I也被称作促生长因子,是一种在分子结构上与胰岛素类似的多肽蛋白质。IGF-1在婴儿的生长和在成人体内持续进行合成代谢具有重要意义。一些流行病学调查显示,IGF-1似乎与前列腺癌等癌症有一定关系。如果是这样,饮用含rbGH的牛奶就有潜在健康风险。
对此,FDA也作了回应。根据研究,rbGH固然可以导致IGF-1增加,但幅度很小,小于牛奶中IGF-1的正常波动。对一头奶牛使用rbGH之后,所产的奶中IGF-1的含量会有微弱上升,但是上升之后的含量可能还是会低于许多不使用rbGH的牛奶。此外,人体内本身含有IGF-1,不管所喝的牛奶是否使用过rbGH,所获得的IGF-1跟人体内本身含有的IGF-1相比都微不足道。
此外,经过加热、消化、吸收之后,IGF-1在人体内也不再具有生物学活性。所以,FDA认为IGF-1与癌症的关系只是一种多因素的相关性,迄今并没有证据说明IGF-1是致癌的原因。联合国粮农组织和世界卫生组织下的食品添加剂联合专家委员会(JECFA)也与FDA的观点一致,认为牛奶中的IGF-1对人的健康不构成隐患。因此,美国并没有禁止养牛业使用rbGH。
不过,美国禁止的是对牛使用其他激素,如己烯雌酚,要求在牛屠宰前10天停止喂含己烯雌酚的饲料。世界卫生组织也早就从1981年开始禁止对养殖的动物使用己烯雌酚和己烷雌酚。这些激素加入动物饲料可促进动物生长。后来,陆陆续续有研究发现,残留于肉食品中的激素一旦通过食物进入人体会明显影响肌体的激素平衡,有的甚至致癌、致畸;有的引起肌体水、电解质、蛋白质、脂肪和糖的代谢紊乱,还可能引起儿童性早熟等。
如果严格按照动物饲料添加剂法规和畜牧业养殖法的规定,动物食品中包含的激素是难以对人的健康造成危害的。中华人民共和国农业部根据《饲料和饲料添加剂管理条例》公布的《饲料添加剂品种目录》(2014年2月1日实施)共有二百二十多种饲料添加剂产品,只要养殖者能严格执行,我国的肉类食品是安全的。
食物中的植物激素
植物激素分两类,一是对植物有作用的激素,如刺激作物生长,二是植物中的一些化学物质与人体中的激素结构相似,有类似人的激素的功能,如异黄酮。从饮食营养角度指称的植物激素其实是植物化学物的一部分。
植物化学物包括萜类化合物、有机硫化合物(如异硫氰酸盐)、类黄酮、异黄酮、植物多糖等。植物化学物质具有多种生理功能,主要表现在几个方面:抗氧化作用、调节人体免疫力、抑制肿瘤、抗感染、降低胆固醇、延缓衰老等。它们的总体功能是,维护人体健康,预防许多慢性病,如心脑血管病和各种各样的癌症等。
人们比较熟悉的植物激素是大豆异黄酮,是大豆生长中形成的一类次级代谢产物,具有生物活性。由于是从植物中提取,与雌激素有相似结构,因此大豆异黄酮又称植物雌激素。然而,大豆异黄酮广泛存在于豆类、谷类、水果、蔬菜等三百多种植物中,日常饮食中除大豆及其制品外,小麦、黑米、扁豆、洋葱、苹果、石榴、银杏、葵花子和橙汁等食物中含量也相对较高。
异黄酮能发挥人体雌激素的功能或作用是因为大豆异黄酮既能代替雌激素与雌激素受体结合发挥雌激素样作用,又能干扰雌激素与雌激素受体结合,表现为抗雌激素样作用。大豆异黄酮显示雌激素活性或抗雌激素活性主要取决于人体本身的激素代谢状态。对高雌激素水平者,如年轻动物和雌激素化的动物及年轻女性,可显示抗雌激素活性;对雌激素水平较低者,如幼小动物、去卵巢动物、绝经女性,则显示雌激素活性。
大豆异黄酮的雌激素样作用对老年女性和许多与雌激素水平较低而诱发的疾病,如血脂升高、动脉粥样硬化和骨质疏松等,有一定的预防和治疗作用。此外,由于大豆异黄酮物质结构和雌性激素相似,能结合到细胞表面的雌激素受体,激活其抗癌症机制,能减少女性患子宫内膜癌、乳腺癌的危险。另外,大豆异黄酮还可以使癌细胞转化为具有正常功能的细胞,并抑制不良肿块结构,因而能防止肿瘤增生和癌细胞扩散。
另外,从饮食营养的角度看,类黄酮也是一种植物激素,主要存在于柑橘类、苹果、梨、红葡萄、樱桃、黑莓、桃、杏等水果和胡萝卜、芹菜、西红柿、波菜、洋葱、西兰花、莴苣、黄瓜等蔬菜中,而谷物、豆类、红薯、茶叶、葡萄酒、咖啡豆和可可豆中也含量丰富。大量研究表明,类黄酮类化合物有抗氧化、抗过敏、消炎等作用,有利于防治高血压等心血管疾病。
完美的睡眠会使人体基本上处于激素平衡状态,但是起床后,一想到要面对的各种麻烦就头疼,这又会扰乱激素的平衡。可以说,人一天24小时的体验和行为,就是人体激素失衡后平衡,然后再失衡、再平衡的过程。从某种意义上讲,激素掌控了我们一天24小时的情绪变化。也就是说,只要掌握了一天的激素水平,就能实现情绪的自我控制。
早上6:00:把打盹儿的甲状腺激素叫醒
此刻,你人虽然醒了,但新陈代谢的“指挥官”甲状腺仍在“打盹儿”。身体的能量消耗很低,甲状腺不会产生足够的激素来分解营养、燃烧脂肪。
你可以这样做
晨起跑跑步:甲状腺激素大多在情绪紧张、运动后以及寒冷时分泌,健身或减肥的人可以晨起锻炼,刺激甲状腺分泌,进而促进脂肪代谢。有研究证明,运动产生的激素会在血液中保持数小时,让你的新陈代谢得到显著改善。
就地来场“翻云覆雨”:一场的运动量相当于你跑了1000米,顺便还可以减少腰臀部300卡路里的热量。据报道,早上的人,整天都会感觉积极乐观,女性的身体还会分泌额外的雌激素,让皮肤更光滑,头发更柔顺。
早上7:00:吃早餐,才能激发瘦素
人在睡眠时为了保存能量,体内促进消化的瘦素和胰岛素水平会处于下降的状态,这让有些人早晨起来会有点儿低血糖。所以早餐一定要吃,只有进食早餐,才能刺激身体瘦素的分泌,促使身体开始消耗能量、燃烧脂肪。
你可以这样做
早餐是最讲究营养搭配的,既要主副相辅(有主食和副食),又要荤素兼顾,而且最好不少于以下食物中的3类:谷类食物——面包、米饭(粥)或馒头;动物类食物——鸡蛋或肉类;牛奶或豆浆等大豆制品;新鲜蔬菜和水果。
上午10:00:应激系统启动,压力荷尔蒙上阵
如山的文件堆积,雪片般的邮件飞来,你一天的工作终于正式开始了——这个时候,在巨大的压力下,你身体的应激反应开始启动,而你的压力荷尔蒙,如肾上腺素、去甲肾上腺素、皮质醇就会被释放进入循环系统,血液从腹部被运送至大脑和四肢,用于快速思考和提供应激能量。
压力荷尔蒙可以帮助我们抵抗外界压力,但是当它产生过多时,就会破坏人体的生态平衡。
你可以这样做
吃巧克力:每天吃一大块黑巧克力,有助于减少体内压力荷尔蒙的分泌。
喝红茶:红茶里的多酚和黄酮类物质具有镇定功效,能使皮质醇水平下降47%。
嚼口香糖:可以使皮质醇的含量下降12%,而且也能使头脑更加清醒。
中午12:00:细嚼慢咽,让激素分泌更平衡
大多数白领表示他们经过一上午的紧张工作,会出现心痛、腹痛、胀气、打嗝等症状。因为大脑一旦感受到了压力,身体就会自动激发各种应激反应,包括停止消化。
你可以这样做
尽管吃饭时保持安静显得更优雅,但有研究表明,边吃边说不但可以减慢吃饭速度,还能促进感情、解除烦恼,使肠胃正常消化食物。愉快的心情,不仅能增进食欲,还可以兴奋中枢神经,从而促进消化液大量分泌,使肠胃处于最佳消化状态。
晚上8:00:花点儿心思,调动爱情荷尔蒙
这个时段夜幕刚降临,压力也全部卸下,正是调情的好时候。
你可以这样做
点上香薰或放部爱情片,会增加女性体内黄体酮的分泌,也能增进夫妻双方的亲密感,《诺丁山》《爱情灵药》《不求回报》《西雅图夜未眠》都是不错的选择。
贴士:激素决定我爱你
有研究称,刚刚坠入爱河的男女大脑会发出指令,使人体分泌一种化学物质,即爱情荷尔蒙。这种化学物质令恋爱中的人相互吸引,但是它在人体内仅仅能够存在一年左右。爱情荷尔蒙分泌最多的时候,爱情最浪漫,恋人之间的关系也最亲密。
关键词:生物;高考;蛋白质;种类
蛋白质是生物体中广泛存在的一类生物大分子,是生命活动的体现者和承担者。在高中生物中,蛋白质的知识是新课标人教版生物模块一《分子与细胞》中的内容,是高考的必考考点,也是高考命题的重要知识。在人教版的生物教材中,许多章节都讲述了蛋白质的知识,为了便于高考复习,笔者结合多年的教学实践,对蛋白质的种类进行了归纳和整理,简单介绍了其功能,对易混淆的蛋白质进行了分类比较。
一、生物高考中涉及的蛋白质种类和功能
在高中生物教材中,涉及的蛋白质种类比较多,根据生物学功能,生物高考中常出现的蛋白质可分为以下几种。
1.结构物质
蛋白质是建造和维持生物体的结构,为细胞或组织提供强度和保护,如构成毛发、指甲、角、蹄的角蛋白,肌肉中司运动、调节功能的肌球蛋白、肌钙蛋白,组成红细胞的血红蛋白,病毒的蛋白质外壳,细胞膜、核糖体、染色体的结构分子等。
2.催化作用
酶是由活细胞产生的一类具有催化作用的有机物,绝大多数是蛋白质,少数为RNA。在生物体新陈代谢中酶作为催化剂具有高效性、专一性等特点,主要的酶有催化水解反应的淀粉酶、蛋白酶和核酸酶等,催化氧化还原反应的过氧化氢酶等。
3.运输作用
蛋白质可以转运特定的物质,如红细胞中含Fe2+的血红蛋白,在氧浓度高的地方与氧结合,在氧浓度低的地方与氧分离,可以在循环系统中运输氧气和二氧化碳;细胞膜中的蛋白质,可以形成离子通道,运输小分子的代谢物或养分。
4.调节作用
蛋白质可以调节其他蛋白质执行其生理功能的能力,这类蛋白质主要是参与体液调节的蛋白类激素,如调节血糖平衡的胰岛素和胰高血糖素;促进肾小管和集合管对水分重吸收的抗利尿激素;促进蛋白质合成和骨生长的生长激素;促进腺体(性腺、甲状腺、肾上腺)生长和发育、调节腺体合成和分泌相应激素的促激素:促进合成和分泌促激素的释放激素。以甲状腺为例介绍其调节机理如下:
5.免疫防御作用
在脊椎动物免疫系统中,B淋巴细胞受抗原刺激后分化成浆细胞,浆细胞经复杂的免疫反应而产生的免疫球蛋白或称抗体,对外来物质具有防御保护和免疫作用。自然生活中蛇毒或蜂毒的溶血蛋白可以起到防卫作用,血液凝固蛋白对血液起到了保护作用,生活在极地的鱼类具有抗冻蛋白,在适应环境中起抗冻作用。
6.识别作用
动物和人体细胞膜的外表有一层糖蛋白构成的外被,称为糖被或糖萼,它是细胞与外界沟通的重要信号分子。如发生受精作用时,顶部要与透明带糖蛋白结构的相互识别;人细胞表面的糖蛋白称为组织相容性抗原(HLA),在结构上类似于免疫细胞受体抗原,可为免疫系统提供识别标志;红细胞膜上有一种称为血型糖蛋白的整合蛋白质,起到血型抗原的作用;兴奋在神经元之间传递时,要通过神经递质——乙酰胆碱的介导,乙酰胆碱受体是由5~6亚基组成的糖蛋白;激素调节中,某种激素的靶细胞具有该种激素的专一受体,其受体即是存在于细胞膜上的糖蛋白,如胰岛素、肾上腺素、胰高血糖素、甲状腺素等含氮激素。目前,已分离的受体的化学本质多为结合蛋白质,但受体不一定都是糖蛋白,还有脂蛋白,如脂类在血液中以脂蛋白的形式进行运送,并可与细胞膜上存在的特异受体相结合,被摄取进入细胞内进行代谢。
除此之外,在教材中还有阮病毒、动物细胞间质、抗原、血浆蛋白、纺锤体等,这些也是蛋白质,在高考试题中也有所体现。如朊病毒就是蛋白质病毒,只有蛋白质而没有核酸的病毒,一般在生物分类中考查与细胞、病毒的结构异同点;在动物细胞培养中,首先要用胰蛋白酶处理组织,使组织分离成单个细胞,根据酶的专一性考查动物细胞间质的本质;抗原除了具有异物性、特异性的特点外,还具有大分子性,因为蛋白质结构较复杂,分子量较大,所以大多数蛋白质都是抗原;还有组成血浆中最主要的固体成分——血浆蛋白;细胞分裂期形成的纺锤体涉及微管蛋白,使细胞具有运动能力等。
二、几组易混淆的蛋白质
1.与“素”有关的蛋白质
在生物教学中有关“素”的归纳中,化学成分属于蛋白质的有蛋白类激素、毒素、凝集素、干扰素、白细胞介素、细胞色素C等,其中蛋白类激素,在调节作用中已做阐述和比较,在此处不做分析。凝集素是指一种从各种植物、无脊椎动物和高等动物中提纯的糖蛋白或结合糖的蛋白,因其能凝集红血球,故名凝集素,也属于抗体;细胞色素C是一种细胞色素氧化酶,由一条大约含有110个氨基酸的多肽链组成,是电子传递链中唯一的外周蛋白,位于线粒体内侧外膜;其余的与“素”有关的蛋白质可分为以下两组。
(1)外毒素、抗毒素和类毒素
外毒素主要成分是蛋白质,是致病细菌合成的一类有毒的次级代谢产物,在细菌生活的过程中释放到细胞外,在周围环境中积累,具有抗原性和毒性,在人体免疫学中属于抗原。抗毒素是一类能中和细菌产生的外毒素的蛋白质,是由效应B细胞产生并分泌的,在人体免疫中抗毒素属于抗体。类毒素是经过化学药剂处理后失去毒性的外毒素,属于抗原,用于预防接种,如注射破伤风类毒素用于预防破伤风。(注:内毒素是革兰氏阴性细菌细胞壁中的一种成分,叫做脂多糖,不属于蛋白质。)
(2)干扰素和白细胞介素
干扰素和白细胞介素都属于淋巴因子,化学本质都是蛋白质。干扰素是效应T细胞产生并释放的可溶性免疫活性物质,是一种抗病毒的特效药,几乎能抵抗所有病毒引起的感染。白细胞介素中的白细胞介素-2的作用可概括“三能”:能诱导人体产生更多的效应T细胞,能增强效应T细胞的杀伤力,能增强其他免疫细胞对靶细胞的杀伤作用。
2.血红蛋白和血浆蛋白
这两种蛋白质在内环境稳态的教学中常考,两者不是同一种物质,血红蛋白存在于红细胞内,可以与氧气结合;而血浆蛋白存在于血浆中,在红细胞外,是血浆的结构成分之一。两者的关系是:血浆(内有血浆蛋白)是红细胞(内含血红蛋白)的直接内环境(细胞外液)。
参考文献:
[1]刘树成.《生命活动的主要承担者:蛋白质》教学设计与反思[J].新课程:教育学术,2011(01):113-114.
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[3]王慧,朱士军.细胞表面的信息天线:糖蛋白[J].中学生物学,2011(03):3-4.