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蛋白质

    蛋白质(protein)是生命的物质基础,没有蛋白质就没有生命。因此,它是与生命及与各种形式的生命活动紧密联系在一起的物质。机体中的每一个细胞和所有重要组成部分都有蛋白质参与。蛋白质占人体重量的16.3%,即一个60kg重的成年人其体内约有蛋白质9.8kg。人体内蛋白质的种类很多,性质、功能各异,但都是由20多种氨基酸按不同比例组合而成的,并在体内不断进行代谢与更新。

  蛋白质:α—氨基酸按一定顺序结合形成一条多肽链,再由一条或一条以上的多肽链按照其特定方式结合合而成的高分子化合物。

  蛋白质是一种复杂的有机化合物,旧称“朊(ruǎn)”。氨基酸是组成蛋白质的基本单位,氨基酸通过脱水缩合连成肽链。蛋白质是由一条或多条多肽链组成的生物大分子,每一条多肽链有二十至数百个氨基酸残基(-R)不等;各种氨基酸残基按一定的顺序排列。蛋白质的氨基酸序列是由对应基因所编码。除了遗传密码所编码的20种基本氨基酸,在蛋白质中,某些氨基酸残基还可以被翻译后修饰而发生化学结构的变化,从而对蛋白质进行激活或调控。多个蛋白质可以一起,往往是通过结合在一起形成稳定的蛋白质复合物,折叠或螺旋构成一定的空间结构,从而发挥某一特定功能。合成多肽的细胞器是细胞质中糙面型内质网上的核糖体。   食入的蛋白质在体内经过消化被水解成氨基酸被吸收后,重新合成人体所需蛋白质,同时新的蛋白质又在不断代谢与分解,时刻处于动态平衡中。因此,食物蛋白质的质和量、各种氨基酸的比例,关系到人体蛋白质合成的量,尤其是青少年的生长发育、孕产妇的优生优育、老年人的健康长寿,都与膳食中蛋白质的量有着密切的关系。

  蛋白质是以氨基酸为基本单位构成的生物大分子。一级结构:蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序,以及二硫键的位置。二级结构:蛋白质分子局区域内,多肽链沿一定方向盘绕和折叠的方式。三级结构:蛋白质的二级结构基础上借助各种次级键卷曲折叠成特定的球状分子结构的空间构象。四级结构:多亚基蛋白质分子中各个具有三级结构的多肽链,以适当的方式聚合所形成的蛋白质的三维结构。用约20种氨基酸作原料,在细胞质中的核糖体上,将氨基酸分子互相连接成肽链。一个氨基酸分子的氨基,脱去一分子水而连接起来,这种结合方式叫做脱水缩合。通过缩合反应,在羧基和氨基之间形成的连接两个氨基酸分子的那个键叫做肽键。由肽键连接形成的化合物称为肽。

  蛋白质是由C(碳)、H(氢)、O(氧)、N(氮)组成,一般蛋白质可能还会含有P、S、Fe(铁)、Zn(锌)、Cu(铜)、B(硼peng)、Mn(锰)、I(碘)、Mo(钼)等   这些元素在蛋白质中的组成百分比约为:碳 50% 氢7% 氧23% 氮16% 硫0~3% 其他 微量。 

    蛋白质的性质

  ①具有两性   蛋白质是由α-氨基酸通过肽键构成的高分子化合物,在蛋白质分子中存在着氨基和羧基,因此跟氨基酸相似,蛋白质也是两性物质。   ②可发生水解反应   蛋白质在酸、碱或酶的作用下发生水解反应,经过多肽,最后得到多种α-氨基酸[1]。   蛋白质水解时,应找准结构中键的“断裂点”,水解时肽键   如:蛋白质   nH2N—CH2—COOH   找到“断裂点”就可以确定蛋白质水解的产物   例如某蛋白质水解   可得三种α-氨基酸,为H2N—CH2—COOH、   ③溶水具有胶体的性质   有些蛋白质能够溶解在水里(例如鸡蛋白能溶解在水里)形成溶液。具有胶体性质。   蛋白质的分子直径达到了胶体微粒的大小(10-9~10-7m)时,所以蛋白质具有胶体的性质。   ④加入电解质可产生盐析作用   少量的盐(如硫酸铵、硫酸钠等)能促进蛋白质的溶解,如向蛋白质水溶液中加入浓的无机盐溶液,可使蛋白质的溶解度降低,而从溶液中析出,这种作用叫做盐析.   这样盐析出的蛋白质仍旧可以溶解在水中,而不影响原来蛋白质的性质,因此盐析是个可逆过程.利用这个性质,采用盐析方法可以分离提纯蛋白质.   ⑤蛋白质的变性   在热、酸、碱、重金属盐、紫外线等作作用下,蛋白质会发生性质上的改变而凝结起来.这种凝结是不可逆的,不能再使它们恢复成原来的蛋白质.蛋白质的这种变化叫做变性.   蛋白质变性后,就失去了原有的可溶性,也就失去了它们生理上的作用.因此蛋白质的变性凝固是个不可逆过程.   造成蛋白质变性的原因   物理因素包括:加热、加压、搅拌、振荡、紫外线照射、超声波等:   化学因素包括:强酸、强碱、重金属盐、三氯乙酸、乙醇、丙酮等。   ⑥颜色反应   蛋白质可以跟许多试剂发生颜色反应.例如在鸡蛋白溶液中滴入浓硝酸,则鸡蛋白溶液呈黄色.这是由于蛋白质(含苯环结构)与浓硝酸发生了颜色反应的缘故.还可以用双缩脲试剂对其进行检验,该试剂遇蛋白质变紫.   ⑦蛋白质在灼烧分解时,可以产生一种烧焦羽毛的特殊气味.   利用这一性质可以鉴别蛋白质.

    蛋白质的生理功能

  1、构造人的身体:蛋白质是一切生命的物质基础,是机体细胞的重要组成部分,是人体组织更新和修补的主要原料。人体的每个组织:毛发、皮肤、肌肉、骨骼、内脏、大脑、血液、神经、内分泌等都是由蛋白质组成,所以说饮食造就人本身。蛋白质对人的生长发育非常重要。   
比如大脑发育的特点是一次性完成细胞增殖,人的大脑细胞的增长有二个高峰期。第一个是胎儿三个月的时候;第二个是出生后到一岁,特别是0---6个月的婴儿是大脑细胞猛烈增长的时期。到一岁大脑细胞增殖基本完成,其数量已达成人的9/10。所以0到1岁儿童对蛋白质的摄入要求很有特色,对儿童的智力发展尤关重要。   2、修补人体组织:人的身体由百兆亿个细胞组成,细胞可以说是生命的最小单位,它们处于永不停息的衰老、死亡、新生的新陈代谢过程中。例如年轻人的表皮28天更新一次,而胃黏膜两三天就要全部更新。所以一个人如果蛋白质的摄入、吸收、利用都很好,那么皮肤就是光泽而又有弹性的。反之,人则经常处于亚健康状态。组织受损后,包括外伤,不能得到及时和高质量的修补,便会加速肌体衰退。   3、维持肌体正常的新陈代谢和各类物质在体内的输送。载体蛋白对维持人体的正常生命活动是至关重要的。可以在体内运载各种物质。比如血红蛋白—输送氧(红血球更新速率250万/秒)、脂蛋白—输送脂肪、细胞膜上的受体还有转运蛋白等。   4、白蛋白:维持机体内的渗透压的平衡及体液平衡。   5、维持体液的酸碱平衡。   6、免疫细胞和免疫蛋白:有白细胞、淋巴细胞、巨噬细胞、抗体(免疫球蛋白)、补体、干扰素等。七天更新一次。当蛋白质充足时,这个部队就很强,在需要时,数小时内可以增加100倍。   7、构成人体必需的催化和调节功能的各种酶。我们身体有数千种酶,每一种只能参与一种生化反应。人体细胞里每分钟要进行一百多次生化反应。酶有促进食物的消化、吸收、利用的作用。相应的酶充足,反应就会顺利、快捷的进行,我们就会精力充沛,不易生病。否则,反应就变慢或者被阻断。   8、激素的主要原料。具有调节体内各器官的生理活性。胰岛素是由51个氨基酸分子合成。生长素是由191个氨基酸分子合成。   9、构成神经递质乙酰胆碱、五羟色氨等。维持神经系统的正常功能:味觉、视觉和记忆。   10、胶原蛋白:占身体蛋白质的1/3,生成结缔组织,构成身体骨架。如骨骼、血管、韧带等,决定了皮肤的弹性,保护大脑(在大脑脑细胞中,很大一部分是胶原细胞,并且形成血脑屏障保护大脑)   11、提供生命活动的能量。

    蛋白质和健康

  蛋白质是荷兰科学家格里特在1838年发现的。他观察到有生命的东西离开了蛋白质就不能生存。蛋白质是生物体内一种极重要的高分子有机物,占人体干重的54%。蛋白质主要由氨基酸组成,因氨基酸的组合排列不同而组成各种类型的蛋白质。人体中估计有10万种以上的蛋白质。生命是物质运动的高级形式,这种运动方式是通过蛋白质来实现的,所以蛋白质有极其重要的生物学意义。人体的生长、发育、运动、遗传、繁殖等一切生命活动都离不开蛋白质。生命运动需要蛋白质,也离不开蛋白质。  

    人体内的一些生理活性物质如胺类、神经递质、多肽类激素、抗体、酶、核蛋白以及细胞膜上、血液中起“载体”作用的蛋白都离不开蛋白质,它对调节生理功能,维持新陈代谢起着极其重要的作用。人体运动系统中肌肉的成分以及肌肉在收缩、作功、完成动作过程中的代谢无不与蛋白质有关,离开了蛋白质,体育锻炼就无从谈起。   在生物学中,蛋白质被解释为是由氨基酸借肽键联接起来形成的多肽,然后由多肽连接起来形成的物质。通俗易懂些说,它就是构成人体组织器官的支架和主要物质,在人体生命活动中,起着重要作用,可以说没有蛋白质就没有生命活动的存在。每天的饮食中蛋白质主要存在于瘦肉、蛋类、豆类及鱼类中。

    蛋白质缺乏:成年人:肌肉消瘦、肌体免疫力下降、贫血,严重者将产生水肿。未成年人:生长发育停滞、贫血、智力发育差,视觉差。蛋白质过量:蛋白质在体内不能贮存,多了肌体无法吸收,过量摄入蛋白质,将会因代谢障碍产生蛋白质中毒甚至于死亡。

    蛋白质的分类

  营养学上根据食物蛋白质所含氨基酸的种类和数量将食物蛋白质分三类:1、完全蛋白质这是一类优质蛋白质。它们所含的必需氨基酸种类齐全,数量充足,彼此比例适当。这一类蛋白质不但可以维持人体健康,还可以促进生长发育。奶、蛋、鱼、肉中的蛋白质都属于完全蛋白质。2、半完全蛋白质这类蛋白质所含氨基酸虽然种类齐全,但其中某些氨基酸的数量不能满足人体的需要。它们可以维持生命,但不能促进生长发育。例如,小麦中的麦胶蛋白便是半完全蛋白质,含赖氨酸很少。食物中所含与人体所需相比有差距的某一种或某几种氨基酸叫做限制氨基酸。谷类蛋白质中赖氨酸含量多半较少,所以,它们的限制氨基酸是赖氨酸。3、不完全蛋白质 这类蛋白质不能提供人体所需的全部必需氨基酸,单纯靠它们既不能促进生长发育,也不能维持生命。例如,肉皮中的胶原蛋白便是不完全蛋白质。

    蛋白质的作用

  蛋白质在细胞和生物体的生命活动过程中,起着十分重要的作用。生物的结构和性状都与蛋白质有关。蛋白质还参与基因表达的调节,以及细胞中氧化还原、电子传递、神经传递乃至学习和记忆等多种生命活动过程。在细胞和生物体内各种生物化学反应中起催化作用的酶主要也是蛋白质。许多重要的激素,如胰岛素和胸腺激素等也都是蛋白质。此外,多种蛋白质,如植物种子(豆、花生、小麦等)中的蛋白质和动物蛋白、奶酪等都是供生物营养生长之用的蛋白质。有些蛋白质如蛇毒、蜂毒等是动物攻防的武器。   

    蛋白质占人体的20 %,占身体比例最大的。胆汁,尿液除外,都是蛋白质合成的。只有蛋白质充足,才能代谢正常 。就像盖房子,构建身体的原材料最主要的是蛋白质。   1.蛋白质是构建新组织的基础材料,是酶,激素合成的原料,;维持钾钠平衡;消除水肿。   2.是合成抗体的成分:白细胞,T淋巴细胞,干扰素等,提高免疫力。   3.提供一部分能量。   4.调低血压 ,缓冲贫血,是红细胞的载体。   5.形成人体的胶原蛋白。眼球玻璃体,视紫质都有胶原蛋白。   6.调解酸碱度。经常吃肉的人呈酸性体质 。会出现头沉---供血不足,吃充足的蛋白质,不让糖分降低。   7.大脑细胞分裂的动力源是蛋白质;脑基液是蛋白质合成的;记忆力下降   8.性功能障碍   9.肝脏:造血功能;合成激素,酶;解毒。缺乏蛋白质,肝细胞不健康。有一副好肝脏 ,人健康就有保障。   10.心脏---泵器官。缺乏蛋白质会出现手脚冰凉;缺氧;心肌缺氧造成心力衰竭----死亡。   11.脾胃:每天都要消化食物,消化酶是蛋白质合成的。缺乏会造成胃动力不够,消化不良,打嗝。胃溃疡,胃炎;胃酸过多,刺激溃疡面你会感觉到疼,蛋白质唯一具有修复再造细胞的功能。消化壁上有韧带,缺乏蛋白质会松弛,内脏下垂,子宫下垂脏器移位。   12.四肢:人老先老腿,缺乏蛋白质肌肉萎缩;骨头的韧性减低,易骨折   13.抗体会减少,易感冒,发烧。

    常见蛋白质

  纤维蛋白(fibrous protein):一类主要的不溶于水的蛋白质,通常都含有呈现相同二级结构的多肽链许多纤维蛋白结合紧密,并为 单个细胞或整个生物体提供机械强度,起着保护或结构上的作用。   

    球蛋白(globular protein):紧凑的,近似球形的,含有折叠紧密的多肽链的一类蛋白质,许多都溶于水。典形的球蛋白含有能特异的识别其它化合物的凹陷或裂隙部位。   

    角蛋白(keratin):由处于α-螺旋或β-折叠构象的平行的多肽链组成不溶于水的起着保护或结构作用蛋白质。   

    胶原(蛋白)(collagen):是动物结缔组织最丰富的一种蛋白质,它是由原胶原蛋白分子组成。原胶原蛋白是一种具有右手超螺旋结构的蛋白。每个原胶原分子都是由3条特殊的左手螺旋(螺距0.95nm,每一圈含有3.3个残基)的多肽链右手旋转形成的。   

    伴娘蛋白(chaperone):与一种新合成的多肽链形成复合物并协助它正确折叠成具有生物功能构向的蛋白质。伴娘蛋白可以防止不正确折叠中间体的形成和没有组装的蛋白亚基的不正确聚集,协助多肽链跨膜转运以及大的多亚基蛋白质的组装和解体。   

    肌红蛋白(myoglobin):是由一条肽链和一个血红素辅基组成的结合蛋白,是肌肉内储存氧的蛋白质,它的氧饱和曲线为双曲线型。   

    血红蛋白(hemoglobin): 是由含有血红素辅基的4个亚基组成的结合蛋白。血红蛋白负责将氧由肺运输到外周组织,它的氧饱和曲线为S型。   

    蛋白质变性(denaturation):生物大分子的天然构象遭到破坏导致其生物活性丧失的现象。蛋白质在受到光照,热,有机溶剂以及一些变性剂的作用时,次级键受到破坏,导致天然构象的破坏,使蛋白质的生物活性丧失。  

    复性(renaturation):在一定的条件下,变性的生物大分子恢复成具有生物活性的天然构象的现象。   

    别构效应(allosteric effect):又称为变构效应,是寡聚蛋白与配基结合改变蛋白质的构象,导致蛋白质生物活性改变的现象。   

    蛋白质的主要来源是肉、蛋、奶、和豆类食品,一般而言,来自于动物的蛋白质有较高的品质,含有充足的必需氨基酸。必需氨基酸约有8种,无法由人体自行合成,必须由食物中摄取,若是体内有一种必需氨基酸存量不足,就无法合成充分的蛋白质供给身体各组织使用,其他过剩的蛋白质也会被身体代谢而浪费掉,所以确保足够的必需氨基酸摄取是很重要的。植物性蛋白质通常会有1-2种必需氨基酸含量不足,所以素食者需要摄取多样化的食物,从各种组合中获得足够的必需氨基酸。一块像扑克牌大小的煮熟的肉约含有30-35公克的蛋白质,一大杯牛奶约有8-10公克,半杯的各式豆类约含有6-8公克。所以一天吃一块像扑克牌大小的肉,喝两大杯牛奶,一些豆子,加上少量来自于蔬菜水果和饭,就可得到大约60-70公克的蛋白质,足够一个体重60公斤的长跑选手所需。若是你的需求量比较大,可以多喝一杯牛奶,或是酌量多吃些肉类,就可获得充分的蛋白质   

    怎样选择蛋白质食物   蛋白质食物是人体重要的营养物质,保证优质蛋白质的补给是关系到身体健康的重要问题,怎样选用蛋白质才既经济又能保证营养呢?   

    首先,要保证有足够数量和质量的蛋白质食物.根据营养学家研究,一个成年人每天通过新陈代谢大约要更新300g以上蛋白质,其中3/4来源于机体代谢中产生的氨基酸,这些氨基酸的再利用大大减少了需补给蛋白质的数量.一般地讲,一个成年人每天摄入60g~80g蛋白质,基本上已能满足需要.   

    其次,各种食物合理搭配是一种既经济实惠,又能有效提高蛋白质营养价值的有效方法.每天食用的蛋白质最好有三分之一来自动物蛋白质,三分之二来源于植物蛋白质.我国人民有食用混合食品的习惯,把几种营养价值较低的蛋白质混合食用,其中的氨基酸相互补充,可以显著提高营养价值.例如,谷类蛋白质含赖氨酸较少,而含蛋氨酸较多.豆类蛋白质含赖氨酸较多,而含蛋氨酸较少.这两类蛋白质混合食用时,必需氨基酸相互补充,接近人体需要,营养价值大为提高.   

    第三,每餐食物都要有一定质和量的蛋白质.人体没有为蛋白质设立储存仓库,如果一次食用过量的蛋白质,势必造成浪费.相反如食物中蛋白质不足时,青少年发育不良,成年人会感到乏力,体重下降,抗病力减弱.   

    第四,食用蛋白质要以足够的热量供应为前提.如果热量供应不足,肌体将消耗食物中的蛋白质来作能源.每克蛋白质在体内氧化时提供的热量是18kJ,与葡萄糖相当.用蛋白质作能源是一种浪费,是大材小用.   

    帮助癌细胞的蛋白质的结构   

    当癌细胞快速增生时,它们好像需要一种名为survivin的蛋白质的帮助。这种蛋白质在癌细胞中含量很丰富,但在正常细胞中却几乎不存在。癌细胞与survivin蛋白的这种依赖性使得survivin自然成为制造新抗癌药物的靶标,但是在怎样对付survivin蛋白这个问题上却仍有一些未解之谜。最近据一些研究人员报道,survivin蛋白出人意料地以成双配对的形式结合在一起——这一发现很有可能为抗癌药物的设计提供了新的锲机。   

    Survivin蛋白属于一类防止细胞自我破坏(即凋亡)的蛋白质。这类蛋白质主要通过抑制凋亡酶(caspases)的作用来阻碍其把细胞送上自杀的道路。以前一直没有科学家观察到survivin蛋白与凋亡酶之间的相互作用。也有其它迹象表明survivin蛋白扮演着另一个不同的角色——在细胞分裂后帮助把细胞拉开。   

    为了搞清survivin蛋白到底起什么作用,美国加利福尼亚州的结构生物学家Joseph Noel和同事们率先认真观察了它的三维结构。他们将X射线照射在该蛋白质的晶体上,并测量了X射线的偏转角度,这可以让研究人员计算出蛋白质中每个原子所处的位置。他们得到的结果指出,survivin蛋白形成一种结和,这是其它凋亡抑制物不形成的。这几位研究人员在7月份出版的《自然结构生物学》杂志中报告,survivin分子的一部分出人意料地与另一个survivin分子的相应部分连结在一起,形成了一个被称为二聚物(dimer)的蛋白质对。研究人员推测这些survivin蛋白的二聚物可能在细胞分裂时维持关键的分子结构。如果这种蛋白质必须成双配对后才能发挥作用,那么用一种小分子把它们分开也许能对付癌症。   

    生物化学家Guy Salvesen说,掌握了survivin蛋白的结构“并没有澄清它是怎样防止细胞自杀的疑点”。但是他说,这些蛋白质配对的事实确实让人惊奇,“你几乎很难找到不重要的二聚作用区域”。他也同意两个蛋白质的接触面将是抗癌症药物集中对付的良好靶标。   

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