第二章蛋白质化学 第一节蛋白质概述 、蛋白质生物功能 蛋白质是生物体内最重要的物质之一,英文名称叫做 Protein,是“最原初的”、“第一重要的”意思,不论 是动物、植物,还是简单的细菌、病毒等都有蛋白质存在。它是细胞原生质的主要成分,与核酸一起共同构成 了生命的物质基础。蛋白质的重要性很早就被认识,1838年,当G.J. Mulder提出蛋白质这个名词时,他就明 确指出:在植物和动物中存在这样一种物质,毫不怀疑它是生物体中已知的最重要的物质,如果没有它,在我 们这个星球上生命则是不可能存在的。恩格斯指出:生命是蛋白质的存在方式。因此,蛋白质有着极其重要的 生物学意义 1.生物催化作用:蛋白质的一个最重要的生物学功能是作为有机体新陈代谢的催化剂——酶。几乎所 、作为结构成分:蛋白质另一个主要的生物学功能是作为有机体的结构成分,在高等动物里,胶原纤 要的细胞外结构蛋白,参与结缔组织和骨骼作为身体的支架。细胞里的片层结构,如细胞膜、线粒体 叶绿体和内质网等都是由不溶性蛋白质与脂质组成的 3.运输的功能:另一类蛋白质具有运输的功能。脊椎动物的血红蛋白和无脊椎动物中的血蓝蛋白,某 些色素蛋白如细胞色素c等起传递电子的作用 4.运动功能:某些蛋白质与生物的运动有关,如肌球蛋白( myosin)和肌动蛋白(acin)是肌肉收缩系统的 必要成分。细菌的鞭毛或纤毛蛋白也能产生类似的活动。近年来发现,在非肌肉的运动系统中普遍存在着运动 蛋白 5.储存功能:有些蛋白质具有贮藏氨基酸的功能,作为有机体及其胚胎或幼体生长发育的原料,如蛋 类中的卵清蛋白( ovalbumin)、乳类中的酪蛋白( casein)、小麦种子中的麦醇溶蛋白等 6.免疫防御:生物体防御体系中的抗体( antibody)也是蛋白质。它能识别病毒、细菌以及其他机体的 细胞,并与之相结合而排除外来物质对有机体的干扰,起到保护机体的作用。 7.代谢调控:还有一些蛋白质具有激素的功能,对生物体内的新陈代谢起调节作用。如胰岛素参与血 糖的调节,能降低血液中葡萄糖的含量 8.其它作用:近代分子生物学的研究还表明,蛋白质在遗传信息的控制、细胞膜的通透性,以及高等 动物的记忆、识别机构等方面都起到重要作用 蛋白质的元素组成 蛋白质是含氮的有机化合物,其含氮量占生物组织中一切含氮物质的绝大部分。氮元素是蛋白质区别于糖 和脂肪的特征性元素,根据对大多数蛋白质的氮元素分析,其氮元素的含量都相当接近,一般在15%17% 平均为16%,即100g蛋白质中含有16g氮。这是凯氏( Kedah)定氮法测定蛋白质含量的计算基础。 蛋白质含量=蛋白氮×625 式中:625—16%的倒数,每测定1g氮相当于625g的蛋白质 蛋白质除含有氮元素外,含有下述几种主要元素:C:50~55%:H:6~8%;O:20~30%;S:04% 有些蛋白质含有少量的磷,还有些蛋白质含有微量的金属元素,例如铁、铜、锰、锌等。 蛋白质的分类 蛋白质可以按不同的方法分类。作为分类的依据主要有:分子的形状或空间构象:分子的溶解性:分子的 组成情况:功能 表3-1简单蛋白质的分类 蛋白质 1.清蛋白( albumin 溶于水及稀盐、稀酸或稀碱溶液,为饱和硫酸铵所沉淀。广泛存在于生物体内,如 血清清蛋白、乳清蛋白等 2.球蛋白( globulin) 为半饱和硫酸铵所沉淀,不溶于水而溶于稀盐溶液的称为优球蛋白( euglobulin)溶 于水的称为拟以球蛋白( pseudoglobulin)。普遍存在于生物体内,如血清球蛋白、肌球蛋白和 植物种子球蛋白等 3.谷蛋白 glutelin 不溶于水、醇及中性盐溶液,但易溶于稀酸或稀碱,如米谷蛋白( oryzenin)和麦谷蛋 4.醇溶蛋白(pol 不溶于水及无水乙醇,但溶于70%80%的乙醇中。组成上的特点是脯氨酸和酰胺较 多,非极性侧链远较极性側链多。这类蛋白质主要存在于植物种子中,如玉米醇溶蛋白 aein)、麦醇溶蛋白( gliadin等 5.组蛋白( histon) 溶于水及稀酸,但为稀氨水所沉淀。分子中组氨酸、赖氨酸较多,分子呈碱性,如 小牛胸腺组蛋白等 6.鱼精蛋白( protamine) 溶于水及稀酸,不溶于氨水。分子中呈碱性的氨基酸特别多,因此呈碱性,如鲑精 蛋自( salmin等 7.硬蛋白( scleroprotein) 不溶于水、盐、稀酸或稀碱。这类蛋白是动物体内作为结缔及保护功能的蛋白质, 如角蛋白( keratin)、胶原( collagen)、网硬蛋白 reticulin)和弹性蛋白( elastin)等 按照分子的形状或空间构象可将蛋白质分为纤维状蛋白和球状蛋白两大类。纤维状蛋白分子很不对称,形 状类似纤维。有的纤维状蛋白能溶于水,如肌肉的结构蛋白和血纤维蛋白原:有的纤维状蛋白不溶于水,如角 蛋白、丝心蛋白以及胶原蛋白等。球状蛋白质分子的形状接近球形,空间构象比纤维状蛋白复杂。球状蛋白32 第二章 蛋白质化学 第一节 蛋白质概述 一、蛋白质生物功能 蛋白质是生物体内最重要的物质之一，英文名称叫做 Protein，是“最原初的”、“第一重要的”意思，不论 是动物、植物，还是简单的细菌、病毒等都有蛋白质存在。它是细胞原生质的主要成分，与核酸一起共同构成 了生命的物质基础。蛋白质的重要性很早就被认识，1838年，当 G. J. Mulder 提出蛋白质这个名词时，他就明 确指出：在植物和动物中存在这样一种物质，毫不怀疑它是生物体中已知的最重要的物质，如果没有它，在我 们这个星球上生命则是不可能存在的。恩格斯指出：生命是蛋白质的存在方式。因此，蛋白质有着极其重要的 生物学意义。 1．生物催化作用：蛋白质的一个最重要的生物学功能是作为有机体新陈代谢的催化剂——酶。几乎所 有的酶都是蛋白质。生物体内的各种化学反应几乎都是在相应的酶参与下进行的。 2．作为结构成分：蛋白质另一个主要的生物学功能是作为有机体的结构成分。在高等动物里，胶原纤 维是主要的细胞外结构蛋白，参与结缔组织和骨骼作为身体的支架。细胞里的片层结构，如细胞膜、线粒体、 叶绿体和内质网等都是由不溶性蛋白质与脂质组成的。 3．运输的功能：另一类蛋白质具有运输的功能。脊椎动物的血红蛋白和无脊椎动物中的血蓝蛋白，某 些色素蛋白如细胞色素 c 等起传递电子的作用。 4．运动功能：某些蛋白质与生物的运动有关，如肌球蛋白(myosin)和肌动蛋白(actin)是肌肉收缩系统的 必要成分。细菌的鞭毛或纤毛蛋白也能产生类似的活动。近年来发现，在非肌肉的运动系统中普遍存在着运动 蛋白。 5．储存功能：有些蛋白质具有贮藏氨基酸的功能，作为有机体及其胚胎或幼体生长发育的原料，如蛋 类中的卵清蛋白（ovalbumin）、乳类中的酪蛋白（casein)、小麦种子中的麦醇溶蛋白等。 6．免疫防御：生物体防御体系中的抗体（antibody）也是蛋白质。它能识别病毒、细菌以及其他机体的 细胞，并与之相结合而排除外来物质对有机体的干扰，起到保护机体的作用。 7．代谢调控：还有一些蛋白质具有激素的功能，对生物体内的新陈代谢起调节作用。如胰岛素参与血 糖的调节，能降低血液中葡萄糖的含量。 8．其它作用：近代分子生物学的研究还表明，蛋白质在遗传信息的控制、细胞膜的通透性，以及高等 动物的记忆、识别机构等方面都起到重要作用。 二、蛋白质的元素组成 蛋白质是含氮的有机化合物，其含氮量占生物组织中一切含氮物质的绝大部分。氮元素是蛋白质区别于糖 和脂肪的特征性元素，根据对大多数蛋白质的氮元素分析，其氮元素的含量都相当接近，一般在 15%~17％， 平均为 16％，即 100g 蛋白质中含有 16g 氮。这是凯氏(Kjedahl）定氮法测定蛋白质含量的计算基础。 蛋白质含量＝蛋白氮×6 .25 式中：6 .25—16％的倒数，每测定１g 氮相当于 6 .25g 的蛋白质。 蛋白质除含有氮元素外，含有下述几种主要元素：C：50～55%； Ｈ：6～8％；Ｏ：20～30% ；Ｓ：0~4％。 有些蛋白质含有少量的磷，还有些蛋白质含有微量的金属元素，例如铁、铜、锰、锌等。 三、蛋白质的分类 蛋白质可以按不同的方法分类。作为分类的依据主要有：分子的形状或空间构象；分子的溶解性；分子的 组成情况；功能。 表 3-1 简单蛋白质的分类 蛋白质 性 质 1． 清蛋白(albumin) 2.．球蛋白(globulin) 3．谷蛋白(glutelin) 4．醇溶蛋白(prolamine) 5．组蛋白(histone) 6．鱼精蛋白(protamine) 7．硬蛋白（scleroprotein） 溶于水及稀盐、稀酸或稀碱溶液，为饱和硫酸铵所沉淀。广泛存在于生物体内，如 血清清蛋白、乳清蛋白等 为半饱和硫酸铵所沉淀，不溶于水而溶于稀盐溶液的称为优球蛋白( euglobulin)；溶 于水的称为拟球蛋白(pseudoglobulin)。普遍存在于生物体内，如血清球蛋白、肌球蛋白和 植物种子球蛋白等 不溶于水、醇及中性盐溶液，但易溶于稀酸或稀碱，如米谷蛋白(oryzenin)和麦谷蛋 白(glutenin)等 不溶于水及无水乙醇，但溶于 70%~80%的乙醇中。组成上的特点是脯氨酸和酰胺较 多，非极性侧链远较极性侧链多。这类蛋白质主要存在于植物种子中，如玉米醇溶蛋白 (zein)、麦醇溶蛋白(gliadin)等 溶于水及稀酸，但为稀氨水所沉淀。分子中组氨酸、赖氨酸较多，分子呈碱性，如 小牛胸腺组蛋白等 溶于水及稀酸，不溶于氨水。分子中呈碱性的氨基酸特别多，因此呈碱性，如鲑精 蛋白(salmin)等 不溶于水、盐、稀酸或稀碱 。这类蛋白是动物体内作为结缔及保护功能的蛋白质 ， 如角蛋白（keratin)、胶原(collagen)、网硬蛋白(reticulin)和弹性蛋白(elastin)等 按照分子的形状或空间构象可将蛋白质分为纤维状蛋白和球状蛋白两大类。纤维状蛋白分子很不对称，形 状类似纤维。有的纤维状蛋白能溶于水，如肌肉的结构蛋白和血纤维蛋白原；有的纤维状蛋白不溶于水，如角 蛋白、丝心蛋白以及胶原蛋白等。球状蛋白质分子的形状接近球形，空间构象比纤维状蛋白复杂。球状蛋白