蛋白質(protein)是原生質的主要成分,目前世界上任何能夠獨立生存的生物都含有蛋白質。所以說,沒有蛋白質就沒有生命。就連非常簡單的、寄生存在的病毒,也是由蛋白質和核酸組成的。

蛋白質是功能分子,細胞生存需要的很多生理功能都是通過蛋白質實現的。自然界的生物多種多樣,因而蛋白質的種類和功能也十分繁多。比如,皮膚和骨骼主要由膠原蛋白構成,毛髮、指甲、鱗羽角蹄等由角蛋白構成,絕大多數的酶都是蛋白質,肢體運動、物質運輸、免疫防禦、信息傳遞等過程也都離不開蛋白質。

催化酒精代謝的乙醇脫氫酶

蛋白質按分子形狀可以分為球狀蛋白和纖維狀蛋白兩大類。前者外形近似球體,多溶於水且具有活性,如酶、轉運蛋白、蛋白激素、抗體等。其長度與直徑之比一般小於10。後者一般外形細長,分子量大,多為結構蛋白,如膠原蛋白等。纖維狀蛋白可分為可溶性纖維蛋白與不溶性纖維蛋白。前者如血液中的纖維蛋白原、肌肉中的肌球蛋白等,後者如角蛋白等結構蛋白。

構成皮膚、骨骼等結構的膠原蛋白

按分子組成,蛋白質可以分為簡單蛋白(單純蛋白)與結合蛋白兩大類。前者完全由氨基酸組成,不含非蛋白成分,如血清清蛋白等。簡單蛋白根據溶解性又可分為7類:清蛋白、球蛋白、組蛋白、精蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白和硬蛋白。這裡的球蛋白(globulin)與前面說的球狀蛋白不同,它是指「不溶或微溶於水,可溶於稀鹽溶液的單純蛋白,可被半飽和中性硫酸銨沉澱」(《生化化學與分子生物學名詞》第二版)。免疫球蛋白(抗體)是球蛋白中的一種。

結合蛋白除了由氨基酸構成的肽鏈以外,還含有非蛋白成分,這些成分統稱為輔基。根據輔基的不同,可將結合蛋白分為核蛋白、脂蛋白、糖蛋白、磷蛋白、血紅素蛋白、黃素蛋白和金屬蛋白等7類。

參與視覺過程的視紫紅質含有視黃醛輔基

所有的蛋白質都含有碳氫氧氮四種元素,有些蛋白質還含有硫、磷和一些金屬元素。蛋白質平均含碳50%,氫7%,氧23%,氮16%。其中氮的含量較為恆定,而且在糖和脂類中一般不含氮,所以常通過測量樣品中氮的含量來測定蛋白質含量,比如凱氏定氮:蛋白質含量=蛋白氮×6.25

蛋白質是大分子,分子量範圍大約6000到幾百萬甚至上千萬。一般分子量小於6000的稱為肽。這個界限不是絕對的,如牛胰島素分子量為5700,一般仍認為是蛋白質。肌聯蛋白(titin)是一個巨大的肌小節蛋白,分子量2700 kD(25000多個氨基端),長度1微米,約佔肌節的一半。一般蛋白質煮沸會凝固,而肽不會凝固。

一些常見蛋白的相對大小

蛋白質的水解可以得到多種氨基酸。角蛋白等人體無法消化的蛋白質可以通過水解製取氨基酸,用於醫藥、飼料等領域。最常用的是方法酸水解,用6 M HCl或4 M H2SO4,105℃迴流20小時,即可完全水解。如樣品含有雜質,常產生腐黑質,使水解液變黑。

酸水解不引起氨基酸的消旋,但色氨酸完全被破壞,天冬醯胺和谷氨醯胺的醯胺基被水解(所以蛋白質水解液一般都含有17種氨基酸),絲氨酸和蘇氨酸部分破壞。用3 mol/L對甲苯磺酸代替鹽酸,得到色氨酸較多,可像絲氨酸和蘇氨酸一樣用外推法求其含量。

鹼水解時許多氨基酸被破壞,但色氨酸不被破壞,常用於測定色氨酸含量。酶水解不破壞氨基酸,但時間長,反應不完全。一般用於部分水解,比如蛋白質測序時將大的蛋白質降解成一些肽段,分別測序。

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