第二章 蛋白质的结构与功能
蛋白质（protein）是生物体的基本组成成分之一，也是含量最丰富的高分子物质，约占人体固体成分的45 ％，分布广泛，几乎所有的器官组织都含有蛋白质。生物体结构越复杂其蛋白质种类和功能也越繁多。一个真核细胞可有数千种蛋白质，各自有特殊的结构和功能。如酶、抗体、大部分凝血因子、多肽激素、转运蛋白、收缩蛋白等都是蛋白质，但结构与功能截然不同。在物质代谢、机体防御、血液凝固、肌肉收缩、细胞信息传递、个体生长发育、组织修复等方面，蛋白质发挥着不可替代的重要作用。可见蛋白质是生命活动的物质基础，没有蛋白质就没有生命。

                  第一节蛋白质的分子组成

    组成蛋白质分子的元素主要有碳（50％－55％）、氢（6％－7％）、氧（19％一24％）；氮（13％一19％）和硫（0％－4％）。有些蛋白质还含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钻、铝等，个别蛋白质还含有碘。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，因此测定生物样品的含氮量就可按下式推算出蛋白质的大致含量。    每克样品含氮克数 X 6．25 X 100＝100样品中蛋白质含量（g％）

                            一、氨基酸

    氨基酸（amino acid）是组成蛋白质的基本单位。蛋白质受酸、碱或蛋白酶作用而水解产生游离氨基酸。存在于自然界中的氨基酸有300余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，且均属L-α氨基酸（除甘氨酸外）。

    由图2－l可见，连在一COO-基上的碳称为α一碳原子，为不对称碳原子（甘氨酸除  外），不同的氨基酸其侧链（R）各异。生物界中也有D一氨基酸，大都存在于某些细胞产生的抗生素及个别植物的生物碱中。

    （－）氨基酸的分类

组成体内蛋白质的20种氨基酸，根据其侧链的结构和理化性质可分成四类：①非极性疏水性氨基酸；②极性中性氨基酸；③酸性氨基酸；④碱性氨基酸（表2一1）。

20种氨基酸中脯氨酸和半胱氨酸结构较为特殊。脯氨酸应属亚氨基酸，但其亚氨基仍能与另一羧基形成肽链。脯氨酸在蛋白质合成加工时可被修饰成羟脯氨酸。此外2个半胱氨酸通过脱氢后可以二硫键相结合，形成胱氨酸（图2－2）。蛋白质中有不少半胱氨酸以胱氨酸形式存在。

    （二）氨基酸的理化性质

    1．两性解离及等电点  由于所有氨基酸都含有碱性的α一氨基和酸性的α一羧基，可在酸性溶液中与质子（H＋）结合成带正电荷的阳离子（－NH＋），也可在碱性溶液中与OH－结合，失去质子变成带负电荷的阴离子（－COO－）。因此氨基酸是两性电解质，具有两性解离的特性。氨基酸的解离方式取决于其所处溶液的酸碱度。在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性，此时溶液的 pH称为该氨基酸的等电点（isoelectric point，PI）。

    氨基酸的pI是由α一羧基和α一氨基的解离常数的负对数 pK1和 PK2决定的。pI计算公式为：pI= l／2（pK1＋PK2）.如丙氨酸pK－ COOH＝2·34，pK－NH2＝9·69，所以pI＝l／2（2·34＋9·69）=6.02。若1个氨基酸有3个可解离基团，写出它们电离式后取兼性离子两边的pK值的平均值，即为此氨基酸的pI值。

    2．紫外吸收性质  根据氨基酸的吸收光谱，色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在280nm波长附近（图2—3）。由于大多数蛋白质含有酪氨酸和色氨酸残基，所以测定蛋白质溶液280nm的光吸收值，是分析溶液中蛋白质含量的快速简便的方法。

3．印三酮反应  氨基酸与印三酮水合物共加热，印三酮水合物被还原，其还原物可与氨基酸加热分解产生的氨结合，再与另一分子印三酮缩合成为蓝紫色的化合物，此化合物最大吸收峰在570nm波长处。由于此吸收峰值的大小与氨基酸释放出的氨量成正比，因此可作为氨基酸定量分析方法。

                                  二、肽

（一）肽（petide）

德国化学家Emil Fischer早已证明蛋白质中的氨基酸相互结合成多肽链（polypeptide chain），例如1分子甘氨酸和1分子甘氨酸脱去1分子水缩会成为甘氨酰甘氨酸，这是最简单的肽，即二肽。在甘氨酰甘氨酸分子中连接两个氨基酸的酰胺键称为肽键（peptide bond）(图2—4)。二肽通过肽键与另一分子氨基酸缩合生成三肽。此反应可继续进行，依次生成四肽、五肽……一般来说，由10个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽（oligopeptide），更多的氨基酸相连而成的肽称为多肽（polypeptide）。肽链中的氨基酸分子因脱水缩合而基团不全，被称为氨基酸残基（residue）。蛋白质就是由许多氨基酸残基组成的多肽链。蛋白质和多肽在分子量上很难划出明确界限。在实际应用中，常把由30个氨基酸残基组成的促肾上腺皮质激素称为多肽，而把含有51个氨基酸残基、分子量为5733的胰岛素称为蛋白质。这是习惯上的多肽与蛋白质的分界线。多肽链有两端，

有自由氨基的一端称氨基末端（amino terminal）或 N一端，有自由羧基的一端称为羧基末端（carboxyl terminal）或C一端。

(二)生物活性肽

人体内存在许多具有生物活性的肽，有的仅三肽，有的属寡肽或多肽，在神经传导、代谢调节方面起着重要的作用。

1．谷优甘肽（glutathione，GSH）是由谷、半胱和甘氨酸组成的三肽。第一个肽键与一般不同，由谷氨酸γ一羧基与半脱氨酸的氨基组成（图2－5），分子中半胱氨酸的巯基是该化合物的主要功能基团。GSH的巯基具有还原性，可作为体内重要的还原剂保护体内蛋白质或酶分子中巯基免遭氧化，使蛋白质或酶处在活性状态。在谷胱甘肽过氧化物酶的催化下，GSH可还原细胞内产生的H2O2，使其变成H2O，与此同时，GSH被氧化成氧化型谷胱甘肽（GSSG）（图2—6），后者在谷胱甘肽还原酶催化下，再生成GSH。此外，GSH的巯基还有嗜核特性，能与外源的嗜电子毒物如致癌剂或药物等结合，从而阻断这些化合物与DNA、RNA或蛋白质结合，以保护机体免遭毒物的损害。