大虎说事

王大虎:蛋白质及其性质

王大虎说蛋白质是由氨基酸组成的一类高分子有机化合物,是人体的必需营养素。蛋白质的英文是protein,源于希腊文的proteios,是“头等重要”意思,表明蛋白质是生命活动中头等重要的物质。蛋白质是细胞组分中含量最为丰富、功能最多的高分子物质,在生命活动中起着各种生命功能执行者的作用,几乎没有一种生命活动能离开蛋白质,所以没有蛋白质就没有生命。蛋白质是一切生命的物质基础,这不仅是因为蛋白质是构成机体组织器官的基本成分,更重要的是蛋白质本身不断地进行合成与分解。这种合成、分解的对立统一过程,推动生命活动,调节机体正常生理功能,保证机体的生长、发育、繁殖、遗传及修补损伤的组织。根据现代的生物学观点,蛋白质和核酸是生命的主要物质基础。

人们对蛋白质重要性的认识经历了一个漫长的历程。1742年Beccari将面粉团不断用水洗去淀粉,分离出面筋,实际上就是谷蛋白之一。1841年Liebig发表了分析蛋白质的文章。此后John Kjedahl于1883年发明了一种准确测定氮进而测定蛋白质含量的分析方法,至今仍被广泛应用。随后氨基酸也被发现。1902年E. Fischer测定了氨基酸的化学结构,还测定了肽键的性质。大约在1927年,J. B. Sumner证明了酶是一种蛋白质。此后,20世纪50年代,他在描述胰岛素的氨基酸顺序时获得了一个重大发现,研究表明DNA、RNA和蛋白质之间存在着对应的关系。1953年,F. Crick和J. Watson描述了DNA的分子结构。科学家们逐渐阐明了细胞如何建造具有特定氨基酸顺序的特定蛋白质。

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王大虎说(一)蛋白质的生理功能

蛋白质是细胞的重要组成成分,在生命活动中起着重要的作用。在器官、X和其他组织中,没有两种蛋白质的生理功能是完全一样的。这些差异是由组成蛋白质的氨基酸种类、数量和结合方式不同造成的。

1.蛋白质是构建机体组织细胞的主要原料

肌肉、神经、结缔组织、腺体、X、皮肤、血液、毛发、角、喙等都是以蛋白质为主要成分,起着传导、运输、支持、保护、连接、运动等多种功能。肌肉、肝、脾等组织器官的干物质含蛋白质80%以上。蛋白质也是乳、蛋、毛发的主要组成成分。除反刍动物外,食物蛋白质几乎是唯一可用以形成动物体蛋白质的氮来源。

2.蛋白质是机体内功能物质的主要成分

蛋白质是构成机体组织、器官的重要成分,人体各组织、器官无一不含蛋白质。蛋白质在体内是构成多种重要生理活性物质的成分,参与物质代谢及生理功能的调控。在代谢活动中起催化作用的酶、某些起调节作用的激素、具有免疫和防御功能的抗体(免疫球蛋白)都是以蛋白质为主要成分。另外,蛋白质对维持体内的渗透压和水分的正常分布也起着重要的作用。

3.蛋白质是组织更新、修补的主要原料

在动物的新陈代谢过程中,组织和器官蛋白质的更新、损伤组织的修补都需要蛋白质。通过同位素测定,全身蛋白质6~7个月可更新一半。

4.蛋白质可供能和转化为糖、脂肪

在机体能量供应不足时,蛋白质可分解供能,维持机体的代谢活动。当摄入蛋白质过多或氨基酸不平衡时,多余的部分也可能转化成糖、脂肪或分解产热。1g蛋白质在体内氧化供能约1.67×104J。

王大虎说(二)蛋白质的分类

通常按照蛋白质的结构、形态和物理特性对其进行分类,不同分类间往往也有交错重叠的情况。一般可分为纤维蛋白、球状蛋白和结合蛋白三大类。

1.纤维蛋白

(1)胶原蛋白 胶原蛋白是软骨和结缔组织中的主要蛋白质,一般占哺乳动物体蛋白质总量的30%左右。胶原蛋白不溶于水,对动物消化酶有抗性,但在水或稀酸、稀碱中煮沸易变成可溶的、易消化的明胶。胶原蛋白含有大量的羟脯氨酸和少量羟赖氨酸,缺乏半胱氨酸、胱氨酸和色氨酸。

(2)X蛋白 X蛋白是构成X组织,如腱和动脉的蛋白质,不能转变成明胶。

(3)角蛋白 角蛋白是构成羽毛、毛发、爪、喙、蹄、角以及脑灰质、脊髓和视网膜神经的蛋白质。它们不易溶解和消化,含较多的胱氨酸(14%~15%)。粉碎的羽毛和猪毛,在0.68~0.91MPa蒸气压力下加热处理1h,其消化率可提高到70%~80%,胱氨酸含量则减少5%~6%。

2.球状蛋白

(1)清蛋白 主要有卵清蛋白、血清蛋白、豆清蛋白、乳清蛋白等,溶于水,加热凝固。

(2)球蛋白 球蛋白可用5%~10%的NaCl溶液从动植物组织中提取。不溶或微溶于水,可溶于中性盐的稀溶液中,加热凝固。血清球蛋白、血浆纤维蛋白原、肌浆蛋白、豌豆的豆球蛋白等都属于此类蛋白质。

(3)谷蛋白 麦谷蛋白、玉米谷蛋白、大米的米精蛋白等属于此类蛋白质。不溶于水或中性溶液,溶于稀酸或稀碱。

(4)醇溶蛋白 玉米醇溶蛋白、小麦和黑麦的麦醇溶蛋白、大麦的大麦醇溶蛋白属于此类蛋白质。不溶于水、无水乙醇或中性溶液,溶于70%~80%的乙醇。

(5)组蛋白 组蛋白含碱性氨基酸较多,属于碱性蛋白,溶于水。大多数组蛋白在活细胞中与核酸结合,如血红蛋白的珠蛋白和鲭鱼X中的鲭组蛋白。

(6)鱼精蛋白 鱼精蛋白是低分子蛋白质,含碱性氨基酸多,溶于水。如鲑鱼X中的鲑精蛋白、鲟鱼的鲟精蛋白、鲱鱼的鲱精蛋白等。鱼精蛋白在鱼的X中与核酸结合。

3.结合蛋白

结合蛋白是蛋白质再结合一个非氨基酸的基团(辅基),如X白(脱氧核糖X白、核糖体)、磷蛋白(酪蛋白、胃蛋白酶)、金属蛋白(细胞色素氧化酶、铜蓝蛋白、黄嘌呤氧化酶)、脂蛋白(卵黄蛋白、血脂蛋白)、色蛋白(血红蛋白、细胞色素C、黄素蛋白、视网膜中与视紫质结合的水溶性蛋白)及糖蛋白(γ球蛋白、半乳糖蛋白、甘露糖蛋白、氨基糖蛋白)等。

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