高中生物/化學組成(2)基層的勞動者——蛋白質

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肌動蛋白三維結構的飄帶圖,其主要由α螺旋所構成。這種蛋白質是第一個通過X射線晶體學解析其結構。

  在組成生物體的有機物中,含量最多的就是蛋白質。在課本上,蛋白質被稱為生命活動的主要承擔者,這是為什麼呢?通過這一節的學習,我們將會發現其中的奧秘。化學中有一句話,叫做「結構決定性質」,斯言妙哉!在蛋白質中,就是這樣。因為蛋白質有着多種多樣的結構,使得它能夠具有多樣的功能,在人體中發揮着極大的作用,所以它才被稱為生命活動的主要承擔者。
  蛋白質(Protein)是一種生物大分子,其基本單位是胺基酸(Amino acid)。一個胺基酸分子由一個氨基、一個羥基、一個R基團、一個氫原子連接在中心碳原子上而成。在自然界中,天然的胺基酸有300多種,但在人體中,人體胺基酸的種類有二十多種,分為必需胺基酸和非必需胺基酸。
  那麼,簡簡單單的胺基酸是如何形成蛋白質的呢?這和它的結合方式有關。胺基酸相互結合的方法是,一個胺基酸分子的羥基與另一個胺基酸分子的氨基相連,同時脫去一分子水,生成二肽,其中連接胺基酸的化學鍵叫肽鍵。以此類推,含有兩個肽鍵的物質叫做三肽,含有多個肽鍵的化合物叫多肽。並且,我們會發現一個規律:形成的肽鍵數永遠比胺基酸的數目小1.不過,我們還要考慮一種特殊的情況,就是胺基酸不是一個接一個地形成一條鏈,胺基酸有可能形成環。此時,我們就會發現,肽鍵數與胺基酸的數目相等。
  胺基酸脫水縮合形成肽鏈,肽鏈是蛋白質的前體。肽鏈再經過盤曲摺疊,就形成具有一定空間結構的蛋白質。在細胞內,每種胺基酸數目成千上萬;形成肽鏈時,不同種類胺基酸排列方式千變萬化;形成蛋白質分子時,肽鏈的盤曲、摺疊方式及千差萬別。這就是蛋白質種類繁多的原因。
  蛋白質的空間結構能被高溫、酸、鹼、重金屬破壞,失去活性,但是低溫不能破壞。如誤飲硫酸銅溶液(CuSO4)會導致銅離子中毒,是因為銅離子是一種重金屬離子,會破壞蛋白質,使蛋白質失活。可以先喝大量牛奶、豆漿,然後去就近的醫院進行治療,因為牛奶、豆漿中含有豐富的蛋白質,替體內的蛋白質遭受破壞。
  一些蛋白質具有結構功能,如頭髮、蛛絲、肌肉、羽毛的主要成分是蛋白質;一些蛋白質具有運輸載體的功能,如血紅蛋白可以運輸氧氣;一些蛋白質具有催化功能,大部分酶都是蛋白質;一些蛋白質具有傳遞信息的功能,調節機體的生命活動,如胰島素;一些蛋白質具有免疫功能,如人體內的抗體,能抵禦病菌和病毒等抗原對人體的侵害。
  值得關注的是,蛋白質的結構並不是一成不變的。