細(xì)胞的分子組成（蛋白質(zhì)）

細(xì)胞的分子組成（蛋白質(zhì)）蛋白質(zhì)：由C、H、O、N和少量S組成，其平均含氮量為16％，為生物體的主要組成物質(zhì)之一，占細(xì)胞干重的50％以上，是細(xì)胞內(nèi)含量最多的有機(jī)化合物。其基本構(gòu)造是由多種氨基酸單位通過(guò)肽鍵結(jié)合而成的長(zhǎng)鏈，叫做多肽鏈。有的蛋白質(zhì)含有1調(diào)肽鏈（單鏈蛋白質(zhì)）；有的蛋白質(zhì)含有兩條或更多條多肽鏈（寡聚蛋白質(zhì)），其中的每條肽鏈叫做一個(gè)亞基。從化學(xué)組成上看，有些蛋白質(zhì)單純由氨基酸組成（簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)）；另一些蛋白質(zhì)則還含有一些非蛋白祖墳（輔基），稱為結(jié)合蛋白質(zhì)，并以所含物質(zhì)不同分為糖蛋白、脂蛋白等。根據(jù)蛋白質(zhì)的分子形狀，可分為球狀蛋白（如血紅蛋白、豆類的球蛋白、多數(shù)酶和抗體）和纖維狀蛋白（如膠原蛋白、指甲毛發(fā)中的角蛋白、蠶絲的絲蛋白）。氨基酸：含有氨基的有機(jī)酸，是組成蛋白質(zhì)的基本單位。組成天然蛋白質(zhì)基本結(jié)構(gòu)的氨基酸共有20種。這些氨基酸都是α－碳氨基酸，即氨基和羧基都連在同一個(gè)碳原子（α－碳原子）上。氨基酸分子的結(jié)構(gòu)通式為，在每個(gè)氨基酸分子中，至少含有一個(gè)氨基（-NH2）和一個(gè)羧基（-COOH），并且有一個(gè)氨基和羧基連在α－碳原子上，α－碳原子上還連接一個(gè)氫原子和一個(gè)側(cè)鏈基團(tuán)。側(cè)鏈基團(tuán)通常用R表示。20種氨基酸的R基都不相同。α－氨基酸為無(wú)色晶體，熔點(diǎn)較高，一般能溶于水、稀酸或稀堿，但不溶于有機(jī)溶劑。氨基酸的α－氨基、α－羧基和其側(cè)鏈的功能基都有特征性化學(xué)反應(yīng)。所有具有自由α－氨基的氨基酸與過(guò)量的茚三酮共熱時(shí)，可產(chǎn)生紫色化合物，而α－氨基被取代的脯氨酸則產(chǎn)生黃色。在合適的條件下，顏色的深度反映氨基酸的濃度，可以定量測(cè)量。某些氨基酸在人和動(dòng)物體內(nèi)可以相互轉(zhuǎn)化或由其他物質(zhì)轉(zhuǎn)變而來(lái)，但人和動(dòng)物不能合成全部氨基酸。不能由生物合成的那些氨基酸叫做必需氨基酸。人有8種必需氨基酸，它們是：賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸、蘇氨酸、亮氨酸、異亮氨酸及纈氨酸。這類氨基酸必須由食物，主要是蛋白質(zhì)供給。動(dòng)物蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值一般比植物蛋白質(zhì)高些，這是因?yàn)榍罢咚械谋匦璋被岬慕M成和比例，都比較符合人體的需要。脫水縮合：蛋白質(zhì)是由許多氨基酸分子相互連接而成的。一個(gè)氨基酸的羧基和另一個(gè)氨基酸的氨基相連接，同時(shí)失去一分子的水，這種結(jié)合方式叫做脫水縮合。肽鍵：連接兩個(gè)氨基酸的那個(gè)鍵（－NH―CO―）叫做肽鍵。多肽：多肽都有鏈狀排列的結(jié)構(gòu)，叫做肽鏈。肽鏈和蛋白質(zhì)沒(méi)有嚴(yán)格的界限，一般把只含有數(shù)十個(gè)或更少個(gè)氨基酸單位的多肽叫做肽鏈，把氨基酸單位較多的多肽叫做蛋白質(zhì)。常把多肽中的氨基酸單位叫做氨基酸殘基，因?yàn)檫@些單位在相互連接時(shí)已失去分子的一部分，而不是完整的氨基酸了。只有肽鏈兩端的氨基酸殘基才含有自由α－氨基或自由α－羧基。有自由α－氨基的末端殘基叫做氨基末端（或N端）殘基，有自由α－羧基的末端殘基叫做羧基末端（或C端）殘基。給多肽命名的時(shí)候按照從N端到C端殘基的順序開(kāi)始。若有n個(gè)氨基酸分子縮合成m條肽鏈，則可以形成（n－m）個(gè)肽鍵，脫去（n－m）個(gè)水分子，至少有—NH2和－COOH各m個(gè)。蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)由氨基酸組成，但不是氨基酸隨即聚合而成的聚合物。蛋白質(zhì)有固定的組成和分子量，其多肽鏈內(nèi)的各種氨基酸按特定的順序排列（氨基酸序列），而且多肽鏈還盤(pán)繞折疊形成一定的空間結(jié)構(gòu)。一般用4個(gè)層次描述蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)。一級(jí)結(jié)構(gòu)主要指多肽鏈中氨基酸的序列。1953年，英國(guó)的首先測(cè)定了胰島素（一種激素）的氨基酸序列，共有51個(gè)氨基酸單位。迄今已有數(shù)百種不同生物蛋白質(zhì)的氨基酸序列已測(cè)知。維持一級(jí)結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵是肽鍵（共價(jià)鍵）。蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，也即三維構(gòu)象，指的是多肽鏈中的一切原子，由于單鍵的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的不同空間排布，這種空間排布的變化，一般不涉及共價(jià)鍵的生成和斷裂。蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)可以用二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)3個(gè)層次來(lái)描述。二級(jí)結(jié)構(gòu)是指多肽鏈主鏈骨架盤(pán)曲或折疊的情況，不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象，有多種形式，其中以α－螺旋和β－折疊最重要。三級(jí)結(jié)構(gòu)是指多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上再盤(pán)旋折疊所形成的、特定的、極不規(guī)則的球形構(gòu)象。四級(jí)結(jié)構(gòu)就是寡聚蛋白質(zhì)的亞基結(jié)構(gòu)，維系四級(jí)結(jié)構(gòu)的力是亞基間的非共價(jià)作用。亞基是具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的獨(dú)立結(jié)構(gòu)單位，可以分離，但一般說(shuō)來(lái)不是一個(gè)獨(dú)立的功能單位。如血紅蛋白有兩條α鏈（各含141個(gè)氨基酸）、兩條β鏈（各含146個(gè)氨基酸）和4個(gè)血紅素輔基。血紅蛋白有攜氧的功能，而單個(gè)的α亞基或β亞基沒(méi)有攜氧的功能。蛋白質(zhì)分子在細(xì)胞內(nèi)處于水的環(huán)境中，這使具有極性側(cè)鏈的氨基酸殘基，幾乎全部分布在分子的表面，而帶有非極性側(cè)鏈的氨基酸殘基，則埋藏在分子內(nèi)部，不與水接觸。極性基團(tuán)在分子表面的分布，使球狀蛋白質(zhì)可溶于水。從這種分布情況來(lái)看，蛋白質(zhì)的氨基酸序列（一級(jí)結(jié)構(gòu)）決定其空間結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)與其功能有密切的關(guān)系。如果空間結(jié)構(gòu)遭到破壞（如突變時(shí)），其生物功能也會(huì)立即喪失。蛋白質(zhì)分子通常帶有電荷，因?yàn)槌嚯逆渻啥说摩粒瓪埢挺粒然梢越怆x外，各氨基酸殘基的側(cè)鏈常帶有可解離的酸性和堿性基團(tuán)。蛋白質(zhì)的生理功能：蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的多樣性，決定了蛋白質(zhì)分子具有以下多種功能：（1）蛋白質(zhì)是構(gòu)成細(xì)胞和生物體的重要物質(zhì)，如動(dòng)物的肌肉蛋白、血漿蛋白等。蛋白質(zhì)占細(xì)胞干重的50％以上，占原生質(zhì)有機(jī)成分的80％以上?？梢哉f(shuō)，沒(méi)有蛋白質(zhì)就沒(méi)有生物體。（2）蛋白質(zhì)是生物生長(zhǎng)，發(fā)育和組織更新的重要物質(zhì)，成人每天至少要攝入50g，兒童需要量更多。由于蛋白質(zhì)在體內(nèi)不能儲(chǔ)存，所以每天都要攝取一部分。（3）有的蛋白質(zhì)具有催化功能，如酶，生物體的各種生化反應(yīng)沒(méi)有酶參加催化是不行的。（4）有的蛋白質(zhì)具有調(diào)節(jié)功能，如激素，激素是調(diào)節(jié)生物體內(nèi)新陳代謝、生長(zhǎng)發(fā)育和生殖的必需物質(zhì)，如胰島素、生長(zhǎng)激素和各種促激素等。（5）蛋白質(zhì)是生物體內(nèi)的一種能源物質(zhì)，每克蛋白質(zhì)氧化分解后平均釋放的能量。（6）有的蛋白質(zhì)具有運(yùn)輸功能，如血紅蛋白、載體等。（7）有的蛋白質(zhì)具有止血作用，如人體