Page 23 - 第九版生物化学

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第一章 蛋白质的结构与功能

蛋白质是生命活动的最主要的载体，更是功能执行者 。 因此，蛋白质是生物体内最重要的生物大

分子之一。早在 1838 年，荷 兰 科学家 G. J. Mulder 引入 "protein" (源自希腊字 proteios, 意为 primary)

一词来表示这类分子 。 1833 年从麦芽 中分离淀 粉酶，随后从胃液 中分 离到类似胃蛋白酶 的物质，推
动了以酶为主体的蛋白质研究； 1864 年，血红蛋白被分 离并结晶 ； 19 世纪末，证明 蛋白质由氨基酸组
成，并利用氨基酸合成了多种短肤； 20 世纪初， 应用 X 线衍射技术发 现了蛋白质的 二级结构 —一a-螺
旋，以及完成了胰岛素一级结构测定； 20 世纪中叶 各种蛋白质分 析技术相 继建立，促进了蛋白质研究
迅速发展； 1962 年，确定了 血 红蛋白的 四级结构； 20 世纪 90 年代以后，随着人类基因组计划实施，功
能基因组与蛋白质组计划的展开，特别是对蛋白质复杂多样的结构功能、相互作用与动态变化的深入
研究，使蛋白质结构与功能的研究达到新的高峰 。

第一节 蛋白质的分子组成

生物体结构越复杂，其蛋白质种类 和功能也越 繁多 。 具有复杂空 间 结构的蛋白质 (pr~tein ) 不仅
是生物体的重要结构物质之一，而且承 担着各种生物学功能，其动态功能包括化学催 化 反应、免疫反
应、血液凝固、物质代谢调控、基因表达调控和肌收缩等功能 ；就 其结构功能而言，蛋白质提供结缔组
织和骨的基质、形成组织形态等 。 显而易见，普遍存在于生物界的蛋白质是生物体的重要组成成分和

生命活动的基本物质基础， 也 是生物体 中 含量最丰富的生物大分子 ( biomacromolecule) , 约占人体固体
成分的 45%, 而在细胞中可达细胞干重的 70% 以上 。 蛋白质分布广泛， 几 乎所有的器官组织都含有

蛋白 质 。一个 真核细胞可有数万 种蛋白质，各 自有特殊 的结构和功能 。
尽管蛋白质的种类繁多，结构各异，但元素组成相似，主要有碳 (50% -55%) 、氢 (6%-7%) 、氧

(19% -24 %) 、氮 ( 13 % -19 %) 和硫 ( O -4 %) 。 有些蛋白质还含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、猛、
钻、铝等，个 别 蛋白质还含有碟 。 各种蛋白质的含氮 量 很接近，平均为 16% 。 由于 蛋白质是体内的主

要含氮物质 ，因此测定 生物样品的含氮量就可按下式推算出蛋 白质 大致含量 ：

每克样品含氮克数 x 6. 25x100 = 100 g 样品中蛋白质含量 (g%)

—、 L 飞X -氨基酸是蛋白质的基本结构单位

人体内蛋白质是以 20 种氨基酸 (amino acid) 为原料合成的多聚体，因此氨基酸是组成蛋白质的
基本单位，只是不同蛋白质的各种氨基酸 的含量与排列顺序不 同而已 。 蛋白质受酸 、碱或 蛋白酶作用
而水解产生游离氨基酸。存在千自然界中 的 氨基酸有 300 余种，参 与蛋白质 合成的氨基酸一般有 20
种，通常是 L-a-氨基酸（除甘氨酸外）。（动画 1-1 "L 型氨基酸 3D 结构展示")

由图 1 - 1 可见 ，连在 —coo- 基上的碳称为 a-碳原子，为不对称碳原子（甘氨酸除外），不同的氨基
酸其侧链 (R) 结构各异。

除了 20 种 基本的氨基酸 外，近年发现硒代半胱 氨酸在某 些情况下也可用于 合成蛋白质。硒 代
半 胱氨酸从结构上来看 ，硒原子替 代了半胱氨酸分子中的硫原子 。 硒代半胱 氨酸存在于少数天然

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