蛋白質(zhì)
2022-10-13
蛋白質(zhì)(protein)是以氨基酸為基本單位,通過肽鍵連接起來的一類含氮大分子有機化合物。蛋白質(zhì)是人體必需的營養(yǎng)素。
蛋白質(zhì)是一種復雜的有機化合物,有些情況下可以用“朊”字來指代蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)是由氨基酸分子呈線性排列所形成,相鄰氨基酸殘基的羧基和氨基通過形成肽鍵連接在一起。蛋白質(zhì)的氨基酸序列是由對應基因所編碼。除了遺傳密碼所編碼的20種“標準”氨基酸,在蛋白質(zhì)中,某些氨基酸殘基還可以被翻譯后修飾而發(fā)生化學結(jié)構(gòu)的變化,從而對蛋白質(zhì)進行激活或調(diào)控。多個蛋白質(zhì)可以一起,往往是通過結(jié)合在一起形成穩(wěn)定的蛋白質(zhì)復合物,發(fā)揮某一特定功能。
蛋白質(zhì)是動物、植物和微生物等生物細胞的主要成分,是一類高分子含氮的有機化合物的總稱。蛋白質(zhì)是活細胞的組成成分,也是作為維持細胞生活的活性物質(zhì)(如酶等),與生命現(xiàn)象密切相關(guān)的物質(zhì),它在體內(nèi)不斷地進行代謝循環(huán),而在外觀上似乎保持著恒定狀態(tài)。蛋白質(zhì)是由各種L-α-氨基酸類(H2N-CHR-COOH,R=H即甘氨酸)彼此返復以肽鍵(……CO-NH……)結(jié)合而形成的多肽鏈(H2N-CHR1-CO-NH-CHR2-CO-NHR3-CO……)。由于蛋白質(zhì)種類的不同,其所含氨基酸的種類、數(shù)量及其結(jié)合順序都不相同,其分子的大小是多種多樣的。從鯡魚和鮭的精子蛋白的魚精蛋白分子量為4千左右直到病毒類那種具有復雜的四級結(jié)構(gòu)的分子量至數(shù)億。對水解后僅生成氨基酸的天然蛋白質(zhì)稱為單純蛋白質(zhì)。對水解后除產(chǎn)生氨基酸外,還有其他有機物質(zhì)的稱為結(jié)合蛋白質(zhì)。前者根據(jù)溶解度與其來源而分別稱為清蛋白、球蛋白、醇溶谷蛋白、谷蛋白、硬蛋白、組蛋白、魚精蛋白。后者依其所含有的非氨基酸有機物而分別稱為核蛋白質(zhì)、糖蛋白、核糖蛋白、磷脂蛋白、色素蛋白等。此外雖然不是天然蛋白質(zhì),但多少進行變化而產(chǎn)生的一族衍生蛋白質(zhì)則有:白明膠、胨、等。除硬蛋白質(zhì)外,蛋白質(zhì)溶于水或稀鹽溶液而形成膠體溶液,蛋白質(zhì)溶液可通過加入醇、丙酮等有機溶劑、硫酸銨等中性鹽和三氯醋酸、硫柳酸、生物堿試劑、重金屬鹽等而使蛋白質(zhì)沉淀,因此可用來對蛋白質(zhì)的檢出、去除和提純。為了檢出蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)中含有的氨基酸,可用雙縮脲反應、米倫(Millon′s)反應、黃色蛋白反應、阿達姆凱威斯(adam-kiewiez)反應、李伯曼(Libermann)反應、毛利斯(Molis-ch)反應等各種顯色反應。為了正確分析組成蛋白質(zhì)的氨基酸的種類和數(shù)量,通??梢詫悠芳尤脒^量的6N鹽酸于閉式管中,在110℃下處理約24-72小時,然后將水解產(chǎn)物放入以離子交換柱為主體的氨基酸自動分析儀中進行測定。蛋白質(zhì)中氨基酸的組成和分子內(nèi)氨基酸的排列順序,對每種生物和器官都各顯有其特征。也就是說蛋白質(zhì)具有種屬和器官的特異性。天然蛋白質(zhì)是不穩(wěn)定的物質(zhì),因各種物理的(加熱、攪拌、薄膜化、紫外線及X線照射等)或化學的(尿素、有機溶劑酸、醇及數(shù)種鹽類處理等)原因而引起變性。通常,一般的天然蛋白質(zhì)一旦注入與其不同的動物組織內(nèi),便會成為所謂的抗原,在注射過的動物血清中會形成免疫球蛋白,它能和注射蛋白之間引起特異性的抗原抗體反應。因此可利用這種性質(zhì)用微量(樣品)就能判斷出兩種蛋白質(zhì)的同一性。
與其他生物大分子(如多糖和核酸)一樣,蛋白質(zhì)是生物體中的必要組成成分,參與了細胞生命活動的每一個進程。酶是最常見的一類蛋白質(zhì),它們催化生物化學反應,尤其對于生物體的代謝至關(guān)重要。除了酶之外,還有許多結(jié)構(gòu)性或機械性蛋白質(zhì),如肌肉中的肌動蛋白和肌球蛋白,以及細胞骨架中的微管蛋白(參與形成細胞內(nèi)的支撐網(wǎng)絡以維持細胞外形)。另外一些蛋白質(zhì)則參與細胞信號傳導、免疫反應、細胞黏附和細胞周期調(diào)控等。同時,蛋白質(zhì)也是人們?nèi)粘o嬍持斜匦璧臓I養(yǎng)物質(zhì),這是因為動物自身無法合成所有必需氨基酸;通過消化所攝入的蛋白質(zhì)食物(將蛋白質(zhì)降解為氨基酸),人體就可以將吸收的氨基酸用于自身的蛋白質(zhì)合成。
蛋白質(zhì)這一概念最早是由瑞典化學家永斯·貝采利烏斯于1838年提出,但當時人們對于蛋白質(zhì)在機體中的核心作用并不了解。1926年,詹姆斯·B·薩姆納揭示尿素酶是蛋白質(zhì),首次證明了酶是蛋白質(zhì)。
第一個被測序的蛋白質(zhì)是胰島素,由弗雷德里克·桑格完成,他也因此獲得1958年度的諾貝爾化學獎。首先被解析的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)包括血紅蛋白和肌紅蛋白的結(jié)構(gòu),所用方法為X射線晶體學;
該工作由馬克斯·佩魯茨和約翰·肯德魯于1958年分別完成,他們也因此獲得1962年度的諾貝爾化學獎。
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