高中生物/化学组成(2)基层的劳动者——蛋白质

  在组成生物体的有机物中,含量最多的就是蛋白质。在课本上,蛋白质被称为生命活动的主要承担者,这是为什么呢?通过这一节的学习,我们将会发现其中的奥秘。化学中有一句话,叫做“结构决定性质”,斯言妙哉!在蛋白质中,就是这样。因为蛋白质有着多种多样的结构,使得它能够具有多样的功能,在人体中发挥着极大的作用,所以它才被称为生命活动的主要承担者。
  蛋白质(Protein)是一种生物大分子,其基本单位是氨基酸(Amino acid)。一个氨基酸分子由一个氨基、一个羟基、一个R基团、一个氢原子连接在中心碳原子上而成。在自然界中,天然的氨基酸有300多种,但在人体中,人体氨基酸的种类有二十多种,分为必需氨基酸和非必需氨基酸。
  那么,简简单单的氨基酸是如何形成蛋白质的呢?这和它的结合方式有关。氨基酸相互结合的方法是,一个氨基酸分子的羟基与另一个氨基酸分子的氨基相连,同时脱去一分子水,生成二肽,其中连接氨基酸的化学键叫肽键。以此类推,含有两个肽键的物质叫做三肽,含有多个肽键的化合物叫多肽。并且,我们会发现一个规律:形成的肽键数永远比氨基酸的数目小1.不过,我们还要考虑一种特殊的情况,就是氨基酸不是一个接一个地形成一条链,氨基酸有可能形成环。此时,我们就会发现,肽键数与氨基酸的数目相等。
  氨基酸脱水缩合形成肽链,肽链是蛋白质的前体。肽链再经过盘曲折叠,就形成具有一定空间结构的蛋白质。在细胞内,每种氨基酸数目成千上万;形成肽链时,不同种类氨基酸排列方式千变万化;形成蛋白质分子时,肽链的盘曲、折叠方式及千差万别。这就是蛋白质种类繁多的原因。
  蛋白质的空间结构能被高温、酸、碱、重金属破坏,失去活性,但是低温不能破坏。如误饮硫酸铜溶液(CuSO4)会导致铜离子中毒,是因为铜离子是一种重金属离子,会破坏蛋白质,使蛋白质失活。可以先喝大量牛奶、豆浆,然后去就近的医院进行治疗,因为牛奶、豆浆中含有丰富的蛋白质,替体内的蛋白质遭受破坏。
  一些蛋白质具有结构功能,如头发、蛛丝、肌肉、羽毛的主要成分是蛋白质;一些蛋白质具有运输载体的功能,如血红蛋白可以运输氧气;一些蛋白质具有催化功能,大部分酶都是蛋白质;一些蛋白质具有传递信息的功能,调节机体的生命活动,如胰岛素;一些蛋白质具有免疫功能,如人体内的抗体,能抵御病菌和病毒等抗原对人体的侵害。
  值得关注的是,蛋白质的结构并不是一成不变的。

肌动蛋白三维结构的飘带图,其主要由α螺旋所构成。这种蛋白质是第一个通过X射线晶体学解析其结构。