云霄一中69级74届高中同学会 实验小学红星初中班— www.yxyz6974.com
标题: 蛋白质之浅浅谈 [打印本页]
作者: 林建云 时间: 2015-7-4 18:59
标题: 蛋白质之浅浅谈
蛋白质之浅浅谈
蛋白质(Protein)存在于一切生物的原生质内，是组成一切细胞、组织的重要成分。生物机体所有重要的组成部分都有蛋白质的参与。在人体，蛋白质约占人体重量的16%~20%，最重要的还是其与各种生命现象息息相关。蛋白质是一切生命的物质基础，是一类结构极为复杂的有机大分子（分子量从6 000以上至几百万，甚至上千万），是构成细胞的基本有机物，生命活动的主要承担者。没有蛋白质就没有生命。
蛋白质的研究已成为生命科学领域的前沿和带头学科，仅在蛋白质晶体学与结构学领域中就已经有11位科学家获得诺贝尔奖，该学科的重要性及其深奥程度可见一斑！近些年来，随着大型科学仪器（如X射线仪、核磁共振波谱仪、三维电镜等）的发展，至今，已有超过50 000个蛋白质的三维结构已被解析，并存入蛋白质数据库（PDB）。相信，随着蛋白质及其复合物的结构、功能的不断揭示，实施蛋白质工程、解决生命科学的各种问题将具有重大的科学与实际意义。
作者: 林建云 时间: 2015-7-4 19:00
本帖最后由 林建云 于 2015-7-4 19:11 编辑
蛋白质的组成
蛋白质是由C、H、O、N、S组成，一些蛋白质还含有P、Fe、Zn、Cu、B、Mn、I、Se、Mo等微量元素。蛋白质的组成元素的百分比约为：C 50~55% ，H 6.5~ 7.7%， O 19~24% ，N 15~19%(统计均值为16%) ，S：0.3~2.4% ；其它元素为0至微量存在。微量元素在蛋白质组成中的含量虽然甚微，但所形成的蛋白质均具有特别重要的生理活性，如含Fe+2为血红蛋白，含I- 为甲状腺球蛋白，含Se为谷胱甘肽过氧化物酶，含P为乳清蛋白、蛋清蛋白，……。
蛋白质是一种结构非常复杂的有机化合物。氨基酸是组成蛋白质的基本单位，虽然从各种天然物质中分离得到的氨基酸已达175种以上，但构成蛋白质的氨基酸主要是其中的20种。通常，把含不到50个氨基酸残基者称之为‘多肽’；把含有超过50个氨基酸残基者称之为蛋白质。
作者: 林建云 时间: 2015-7-4 19:02
本帖最后由 林建云 于 2015-7-4 19:11 编辑
蛋白质的分类
蛋白质的分类依据的是其物理与化学性质。通常分为二大类：一、单纯蛋白质；二、结合蛋白质。前者是蛋白质被水解后其产物只有氨基酸；后者是除了氨基酸外还有其它化合物（辅基），如糖、磷酸、核酸、金属离子、及其它有机物。单纯蛋白质根据其在水或其他溶剂中的溶解度分为7类。结合蛋白质则根据其结合的辅基性质也分为7类。也有根据蛋白质的分子形状，或生物活性进行分类。（抱歉，2表格没能传上）
作者: 林建云 时间: 2015-7-4 19:09
本帖最后由 林建云 于 2015-7-4 19:30 编辑
氨基酸
蛋白质主要是由20种氨基酸组成。蛋白质必须经过人或动物的胃肠消化、分解成氨基酸后才能被人体或动物体吸收利用；被吸收的氨基酸只有在数量和种类上都能满足机体需求的，才能被重新组合成自身的各种蛋白质。因此，对蛋白质的需要实际就是对氨基酸的需要。有些氨基酸是可以由其它氨基酸在人或动物体内转化、合成而得到；有些氨基酸则是人或动物体自身不能合成或合成速度不能满足机体需求的，必须从食物中摄取完全得到或部分补充。因此，营养学上将氨基酸分为必需氨基酸和非必需氨基酸。
对成年人或大多动物来说，必需氨基酸有8种：赖氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、缬氨酸、色氨酸、苯丙氨酸。对婴儿来说，多了一种组氨酸。非必需氨基酸也不是说人或动物体不需要这些氨基酸，而是当其在食物中含量不足时机体可以自身合成予以补充。非必需氨基酸为：甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、天门冬氨酸、谷氨酸、脯氨酸、精氨酸、组氨酸、酪氨酸、胱氨酸。有些非必需氨基酸如胱氨酸、当食物中蛋氨酸不足而自身充裕时，还可能被转化为蛋氨酸被利用。当然，转化率视机体的转化能力而异。
蛋白质的营养价值取决于所含氨基酸的种类、数量和比例，尤其是必需氨基酸。蛋白质的营养水平一般以FAO/WTO 推荐的人或动物体的理想蛋白质氨基酸的模式值对8种必需氨基酸进行评价。若某种氨基酸在蛋白质中的含量比值低于FAO/WTO 的模式值，则认为该食物蛋白质的氨基酸结构不平衡。必需氨基酸偏低的程度将决定该食物蛋白质的被利用率，故称为“限制性氨基酸”。一般地，赖氨酸、蛋氨酸比较经常成为植物类蛋白质的限制氨基酸。所以，多类食物的合理搭配将有利于食品的效价。此外，各种氨基酸还具有不同的甜、酸、苦、鲜的味感，其含量在蛋白质的差异直接关系着食物的风味，尤其是谷氨酸和天门冬氨酸的含量，直接影响着食物的鲜味效果。
作者: 林建云 时间: 2015-7-4 19:12
本帖最后由 林建云 于 2015-7-8 19:50 编辑
蛋白质的含量与分子量
我们日常所见的蛋白质含量是根据蛋白质中氮元素（N）的统计值16%，以测定蛋白质中的总氮含量、进行换算的结果。由于测定结果可能包含少量非蛋白质N；且换算系数是统计值，对有些物种来说，其与真实值存在着一定的差异（如大米蛋白质含N：16.8%；大豆蛋白质含N：17.5%；花生蛋白质含N：18.3%；等）。故而，把测定的蛋白质含量称为“粗蛋白质含量”更为科学、严谨。
由于蛋白质是一种结构非常复杂、种类繁多的大分子有机化合物，可能存在组成元素或氨基酸残基量相同，但氨基酸的排序、结构不同，而功能性质也不相同同的蛋白质。所以，蛋白质没有用‘分子式’表示；一般是以蛋白质的‘分子结构’进行表达。又由于各种蛋白质的分子量相差很大，大分子的结构折叠妨碍了单晶体的获得及其检测，对其检测时往往需要设计重组蛋白，或去除部分基团，最后对各种检测结果进行蛋白的结构与分子量推算；故而，蛋白质分子量的精确测定非常困难，大多均属于推算值（近似值）。如乳清蛋白分子量约为：17400；玉米谷蛋白约为：27500；鸡蛋蛋清蛋白约为：44000；球肌蛋白约为：460000；烟草斑纹病毒（蛋白质）：3940000；……。
作者: 林建云 时间: 2015-7-4 19:15
本帖最后由 林建云 于 2015-7-4 19:26 编辑
蛋白质的结构
蛋白质是以氨基酸为基本单位构成的生物大分子。蛋白质分子上氨基酸的序列以及由此形成的立体结构构成了蛋白质结构的多样性。蛋白质具有一级、二级、三级、四级结构，蛋白质分子的结构决定了它的功能。
一级结构：蛋白质肽链中氨基酸共价结合（通过脱水缩合连成肽链）的排列顺序，称为蛋白质的一级结构，每种蛋白质都有唯一而确切的氨基酸序列。
二级结构：蛋白质分子中肽链并非直链状，而是按一定的规律卷曲（如α-螺旋结构）或折叠（如β-折叠结构）形成特定的空间结构，这是蛋白质的二级结构。蛋白质的二级结构主要依靠肽链中氨基酸残基亚氨基（-NH-）上的氢原子和羰基上的氧原子之间形成的氢键而实现的。大分子量的蛋白质可含多个或多种二级结构。
三级结构：在二级结构的基础上，肽链还按照一定的空间结构进一步形成更复杂的三维空间的结构。三级结构的形成和稳定主要靠非共价键，如疏水键、离子键、氢键和范德华引力等。肌红蛋白，血红蛋白等正是通过这种结构使其表面的空穴恰亚基好容纳一个血红素分子。
四级结构：由单肽链形成的蛋白质只有一、二、三级结构。然而，细胞内许多蛋白分子含有2条或多条肽链才可能全面履行功能。每条肽链都具有完整的三级结构（蛋白的亚基）的多肽链按一定空间排列方式结合在一起形成的聚集体结构称为蛋白质的四级结构。在四级结构各亚基的结合主要依靠的是氢键和离子键。
蛋白质的二级、三级、四级结构统称为高级结构或空间构象，是蛋白质功能多样性的结构基础。一级结构可以理解为氨基酸排列的一维线性结构，高级结构可以理解为蛋白质分子中各个基团的三维空间结构。一级结构具有相对的稳定性；而高级结构比较容易发生程度不等的变化，导致蛋白质构象变化，从而使蛋白质执行的生理功能发生变化。
作者: 林建云 时间: 2015-7-4 19:19
本帖最后由 林建云 于 2015-7-4 19:33 编辑
蛋白质的重要性质
蛋白质的性质与其分子大小、结构及其基本组成的氨基酸的性质密切相关。蛋白质的分子大小、胶粒大小（1~100nm）差别悬殊，在不同溶剂中具有不同的溶解、沉降、扩散、粘度等系数，这些系数可以作为蛋白质研究及其分子量大小估算的初步依据。
蛋白质的分子中至少有一个自由氨基和一个自由羧基，因此，蛋白质与氨基酸一样具有两性离解的性质。两性离解性使得蛋白质成为人体或动物体内的重要缓冲剂，起着调节血液中pH值的功能作用。
天然蛋白质在受环境因素作用时，若共价结构不变而构象发生显著变化，称之为变性作用。如，胶状态的生鸡蛋经煮熟后则变成固态，其过程就是蛋白质变性和凝固作用的过程。蛋白质的变性并非化学结构改变，主要是其立体结构变化；微妙的空间结构变化，将使其原有特征性质发生根本的变化，这就是蛋白质的属性。使天然蛋白质变性的因素很多：热、酸、碱、盐、有机溶剂、射线、以及机械力（是否包括打架损伤？）均可引起蛋白质变性作用。变性后的蛋白将失去原有的生物功能。少数变性程度较小的蛋白质在一定条件下还可以恢复到原来的状态，称之为可逆反应。
蛋白质还具有变构作用（或称之为‘易位作用’）。譬如，当血红细胞与氧结合时，其分子中的二磷酸甘油酯（DPG）被排挤出血红细胞的分子；随着氧在机体内被释放，DPG又被重新组合，这就是蛋白质变构的生理效果。当机体进行激烈运动时，由于释放出大量乳酸和二氧化碳，机体组织的H+ 浓度升高，H+ 作为变构因子与血红细胞结合，促使其结合氧更快更多地被释放，从而促进机体旺盛的新陈代谢。变构作用对生物功能的调控起了很大的重要作用，特别是在代谢中起了很大作用的酶，均有变构的现象。此外，蛋白质还具有沉淀、水解（降解）等作用。
作者: 林建云 时间: 2015-7-4 19:21
本帖最后由 林建云 于 2015-7-4 19:22 编辑
蛋白质分子的微观修饰与结构变化
蛋白质分子上的一些基团可通过各种生物化学方式被修饰，如磷酸化或去磷酸化修饰、酰基化修饰、甲基化修饰、硝基化修饰、巯基化修饰和泛素化修饰等。微观修饰可以明显改变蛋白质的功能。譬如磷酸化修饰对细胞内各种信息的调剂、传递、放大起了十分重要的生理效应；而泛素化的修饰则引起蛋白质的快速降解，导致关闭该蛋白所执行的各种生理功能。
酶蛋白调节中心和催化活性中心构象的变化，可使酶的活性增强或降低，甚至丧失活性。激素类分子（如肾上腺素）与细胞膜的受体蛋白结合后导致的受体蛋白结构发生变化，随之将引起一系列细胞内信息的变化，最终产生一系列生理紊乱效应，……。生物大分子的结构决定其功能。变构效应是蛋白质中普遍存在的功能调节方式，也是最重要的生理调节形式。可以说，任何导致蛋白质分子结构的细微变化，都将导致该蛋白的生理功能的相应变化。近些年来研究人员发现，有些正常蛋白质变异、并被激活后，会促使细胞异常增值，最终引发癌症。多达90%的胰腺癌、40%的大肠癌都源于一种Ras的蛋白质。
作者: 林建云 时间: 2015-7-4 19:23
本帖最后由 林建云 于 2015-7-4 19:34 编辑
蛋白质毒素
人类对天然毒素的认识几乎从有人类的历史同时开始。有毒动、植物给人类带来的伤害和威胁事件，全球每年估计要超过100万人次。全球有毒动、植物有数千种，天然毒素的成分较为复杂，种类不同，其毒素的成分也不一样。以毒素的化学结构进行区分，可分为蛋白质、多肽毒素和非蛋白质毒素两大类。海洋有毒生物（海绵、海葵、水母、海胆，海蛇等；含毒蛋白）就有千余种，陆上动物仅毒蛇（含毒蛋白）就超过650种，昆虫类（蜂类、毒蝎、毒蜘蛛、毒蜈蚣等，毒蛋白）就有700余种；我国有毒植物近千种，有毒成分大多属于萜类、苷类、生物碱等。植物含蛋白质毒素的相对较少，如蓖麻籽、巴豆、槲寄生、麻疯树等，“此物最相思”的红豆（相思籽）也含有高毒性的毒蛋白。
蛋白毒素均为几十个氨基酸组成的生物大分子，其组成氨基酸与正常蛋白质的基本一样，差别仅在一级结构有特殊的氨基酸‘排列顺序’、以及在此基础上卷曲成稳定的空间结构、折叠结构的差异而已。毒蛋白可以在生物体内选择性地作用于某一组织而发挥其毒性——或神经毒（NT）、或细胞毒（MT）、或心血管毒性（BT：溶血性或凝血性）。毒蛋白对人与动物的危害是严重的。但对毒蛋白的化学结构、生物学和毒理学的研究，也为开发这些特殊资源作为药物利用提供了科学基础。
作者: 林建云 时间: 2015-7-4 19:25
人类基因组测序研究揭示，人体中大约有30000种不同的基础蛋白质在生命活动中发挥着重要的生理功能。只有全面了解相关蛋白质及其复合物的三维结构、运动规律和相互作用，及其在亚细胞、细胞层次上表现出来的生命活动功能以及因果关系，才能最终解剖人类个体的发育、生长、衰老、凋亡的机理等生命科学的问题。
作者: 刘正明 时间: 2015-7-12 12:52
蛋白质女孩，蛋白质教授。
作者: 刘炎昭 时间: 2015-7-12 23:33
作者: 林建云 时间: 2015-7-13 12:19
本帖最后由 林建云 于 2015-7-13 15:50 编辑
好像是有“蛋白质女孩”之说。 原意似乎是指女孩像蛋白质一样——健康、纯净、营养、圆满。 后来又比喻为‘单身的白领物质女孩’，形容她们在大都市人数众多，吸引着异性的眼球；白日是天使，夜晚为魔鬼；……。
据说也有一部《蛋白质女孩》的电视剧，以惊奇、开放、忧伤、戏谑的手法描绘着现代都市男女爱情的时尚，演绎了一套尔虞我诈的爱情兵法；反映了当代都市中青年男女的生活观和情爱观。 但不管是哪一类的“蛋白质女孩”，都与我们这代人不相干了。
“蛋白质教授”，是个新名词。或许也可以创作出一部新的电视剧！不过，大多数教授都已经是‘快要被降解的蛋白质’了，恐怕只能拍一部夕阳时分的‘天使与魔鬼’罢了。
作者: 刘炎昭 时间: 2015-7-13 23:25
哈哈！原来如猫！
作者: 方联州 时间: 2015-8-7 22:38
空闲时接受些科普教育很好！
作者: yftx2012 时间: 2015-8-9 12:16
呵呵，教授畅谈蛋白质，简直就是在写科技论文---从蛋白质的组成分类、含量结构、性质功能......方方面面阐释得非常详尽
虽说那些化学分子式实在记不住，不过对于蛋白质的有关知识，或多或少增加一些新的认知。非常感谢教授为传播科普知识费心劳神[握手]
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