蛋白质

蛋白质是一种复杂的有机大分子化合物。根据元素分析,除了有,通常还有少量的。部分蛋白质还含有其他一些元素,主要是等等。这些元素在蛋白质组成中占的比例是:约占50%、约占7%、约占23%、约占16%、约占0−3%。蛋白质是生物体最基本的组成部分之一,参与了基本所有的生命活动进程,因此也是生命科学的主要研究对象之一。随着生物物理生物化学等学科的不断发展,越来越多的蛋白质结构和功能获得了鉴定。

结构

蛋白质是由二十多种氨基酸通过肽键有序连接而形成的多肽链。蛋白质的基本单位是氨基酸,氨基酸的氨基和羧基缩合失水后形成肽键,由三个或三个以上氨基酸残基组成的肽称为多肽形成多肽链

蛋白质的分子结构可划分为四级:

  • 一级结构:组成多肽链的线性氨基酸序列。
  • 二级结构:依靠不同肽键的C=O和N-H基团间的氢键形成的稳定结构。
  • 三级结构:由一条多肽链的不同氨基酸侧链间的相互作用形成的稳定结构。
  • 四级结构:由不同多肽链亚基间相互作用形成具有功能的蛋白质分子。

一级结构依靠轉錄过程中形成的共价键维持。通过蛋白质折叠形成高一级结构。特定的多肽链可能有多于一个的稳定构型,每种构型都有自己特定的生物活性,其中只有一种具有天然活性

二级结构包括α螺旋310螺旋π螺旋β折叠转角无规则卷曲

如果进一步细分,二级结构和三级结构之间还包括超二级结构结构域

超二级结构(super-secondary structure)是指相邻的若干而二级结构(通常是α螺旋和β转角)彼此相互作用形成有规律的二级结构的组合,作为构成三级结构的元件。

结构域(structual domain)是指二级结构或超二级结构组成的三级结构的局部折叠区域。

三级结构绝大部分可以归类于这四类:全α结构、全β结构、αβ混合结构和富含金属或二硫键的结构。

四级结构指多肽链之间的相互作用。

性质

蛋白质通常被分为可溶性,纤维状或膜结合蛋白(参看整合膜蛋白)。几乎所有的生物催化剂,即,都是蛋白质(20世纪晚期,人们发现某种RNA序列也具有催化活性)。与膜结合的转运结构和离子通道,可以将底物从一个位置转移到另一个位置而不改变它们;受体,通常也不改变它们的底物,仅仅是改变自身的形状与底物结合;以及抗体,看来似乎只有结合功能;这些都是蛋白质。最后,构成细胞骨架和动物大部分结构的纤维物质也是蛋白质:胶原角蛋白组成了皮肤毛发软骨肌肉大部分也是由蛋白质组成。

蛋白质对于它周围的环境十分挑剔。它们仅在一个很小的pH范围内并且含有少量电解质的溶液中保持他们的活性或天然状态,许多蛋白质不能存在于蒸馏水中。蛋白质失去了它的天然状态就称为变性。变性的蛋白质通常除了随机卷曲以外没有其他的二级结构。处于天然状态的蛋白质通常都是折叠的。

功能

蛋白质的功能多种多样:

  • 催化。蛋白质的一个重要功能就是作为生物催化剂,
  • 调剂。一些蛋白质对生物体内的新陈代谢具有调剂作用,例如,胰岛素。
  • 运输。一些蛋白质具有运输代谢物质的作用,例如,离子通道,血紅素。
  • 储存。种子中的大量蛋白质,就是用来萌发时的储备。
  • 运动。例如肌蛋白。
  • 结构。比如毛发,等等。
  • 其他,比如防御,进攻等等。例如人类的免疫过程中有大量蛋白质参与。

相关学科

20世纪最惊人的发现之一就是许多蛋白质的活性状态和失活状态可以互相转化,在一个精确控制的溶液条件下(例如通过透析除去导致失活的化学物质),失活的蛋白质可以转变为活性形式。如何使蛋白质恢复到它们的活性状态使生物化学的一个主要研究领域,称为蛋白质折叠学

蛋白质的合成是通过细胞中的的作用将DNA中所隐藏的信息转录mRNA中,再由tRNA密码子-反密码子配对的原则,将相应氨基酸运到核糖体中,按照mRNA的编码按顺序排列成串,形成多肽链,再进行折叠和扭曲成蛋白质。蛋白质为生命的基础大分子。可视为生命体的砖块。

通过基因工程,研究者可以改变序列并由此改变蛋白质的结构,靶物质,调控敏感性和其他属性。不同蛋白质的基因序列可以拼接到一起,产生两种蛋白属性的“荒诞”的蛋白质,这种熔补形式成为细胞生物学家改变或探测细胞功能的一个主要工具。另外,蛋白质研究领域的另一个尝试是创造一种具有全新属性或功能的蛋白质,这个领域被称为蛋白质工程

营养作用

蛋白质可以用来产生能量,但是它们必须首先被转化成为一些普通的代谢媒介。这个过程需要脱氨,一种毒性非常大的物质。氨在肝脏中被转化为尿素,毒性减弱,被排入尿中。另一些动物将尿素转化为尿酸

蛋白质是动物膳食的必需成份,对成长和组织发育至关重要,它可从肉类、鸡蛋牛奶豆类食品中摄取。

蛋白质缺乏通常涉及营养学,尤其是第三世界国家人民的饥饿和营养不良。甚至在发达国家例如美国,这也是一个被忽视的健康因素。因为社会的压力造成减肥时,食物严重依赖于碳水化合物,缺少必需氨基酸。蛋白质缺乏可以致病,例如疲劳,胰岛素耐受,脱发,头发掉色(应当是黑发的变为红色),肌肉重量减轻(蛋白质可以修复肌肉组织),体温低,激素失调。严重的蛋白质缺乏将会致命。

蛋白质过多也会造成问题,例如Template:Fact

通常造成对某种食物过敏以及过敏反应的元凶是蛋白质。因为每种蛋白质的结构都略有不同,某些蛋白质会引起一些免疫系统的反应,而其他一些十分安全。许多人都对花生中的某种蛋白质,或者贝类或其他海鲜的蛋白质过敏,但是很少有人对所有这三种都过敏。

人體所需蛋白質之來源

肉類:動物肌肉及結締組織 (例如,肌腱、筋、軟骨等) 富含蛋白質。

魚類。

豆類:大豆之蛋白質含量達35%~45%,較其他豆類(如紅豆、綠豆等)多,且為主要農產品之一,所以大豆及其製品(如豆腐丹貝等)為素食者主要蛋白質來源之一。

榖類:小麥含有豐富蛋白質(麵筋),且為主要農產品之一,所以小麥及其製品,為素食者主要蛋白質來源之一。

及乳製品。

蕈類

其他食物:大多數食品中皆含有含量不等之蛋白質。