蛋白质、氨基酸、肽键

蛋白质是细胞里最复杂的、变化最大的一类大分子，它存在于一切活细胞中。1839 年德国化学家 Mulder G T 给这类化合物起名叫做蛋白质

（Protein），意思是“头等重要的”。所有的蛋白质都含 C，N，O，H 元素， 大多数蛋白质还含 S 或 P，或其他元素如 Fe，Cu，Zn 等。多数蛋白质的分子量范围在 1.2 万至 100 万间。蛋白质是分子量很大的聚合物，水解时产生的单体叫氨基酸。蛋白质的种类繁多，功能迥异，各种特殊功能是由蛋白质分

子里氨基酸的顺序决定的，氨基酸是构成蛋白质的基础。

氨基酸是α－碳[羧基（－COOH）旁边的碳]上有一个氨基（－NH2）的有机酸。氨基酸的结构通式如下：

氨基酸中的 R 基侧链是各种氨基酸的特征基因。最简单的氨基酸是甘氨酸，其中的 R 是一个 H 原子。

人体内的主要蛋白质大约由 20 种氨基酸组成，它们的 R 基团如表 9－1 所示。

蛋白质中的氨基酸是 L－构型。（氨基酸有 L－构型和 D－构型，它们彼此类似但构型不同，将它们重叠时，它们并非等同，而是互为镜象，不能重叠，这两种构型分别为 L－型和 D－型。单糖也有 D－，L－两种异构体，与人类关系密切的是 D－葡萄糖和 D－果糖。）

人体需要 L－氨基酸而不能利用 D－氨基酸。L－和 D－构型的α－氨基酸如下所示：

蛋白质分子中氨基酸连接的基本方式是肽键。一分子氨基酸的羧基与另

新生成的化合物称为肽。肽分子中的酰胺键亦称肽键。

*代表必需氨基酸；精氨酸和组氨酸对儿童为必需氨基酸，但对成人却不是必需氨基酸。

最简单的肽由两个氨基酸组成，称为二肽。例如两个甘氨酸分子缩合成二肽，甘氨酰甘氨酸（符号为 Gly－Gly）：

肽键中的氨基酸由于参与肽键的形成已经不是原来完整的分子，因此称为氨基酸残基。含有三个、四个、五个等氨基酸残基的肽分别称为三肽、四肽、五肽等。肽的命名是根据参与其组成的氨基酸残基来确定的，通常从肽键的 NH2 末端氨基酸残基开始，称为某氨基酰某氨基酰⋯⋯某氨基酸。具有下列化学结构的五肽命名为丝氨酰甘氨酰酪氨酰丙氨酰亮氨酸，可用符号Ser－Gly－Tyr－Ala－Leu 表示。

若由两种不同的氨基酸如甘氨酸和丙氨酸来进行缩合，则可能形成两种不同的二肽：

多个氨基酸失水形成的肽称多肽，多肽一般是链状化合物。若 4 种氨基酸（例如甘氨酸 Gly，丙氨酸 Ala，丝氨酸 Ser 和胱氨酸 Cy①）排列组合，可能的连结方式则有 24 种：

17 种不同的氨基酸组合的不同方式可达到 3.56×1014 种。但目前在自然界中已发现的蛋白质种类比起这个数目来还差得很远。同样，由一组氨基酸按不同顺序组成的蛋白质种类的理论数目和实际存在于细胞中的种类数也相差甚远。这个现象说明只有某些氨基酸并按某几种顺序组合而成的蛋白质才与生命或生理活性有关。

蛋白质分子是由一条或多条多肽链构成的生物大分子。蛋白质的种类很多，按功能来分有活性蛋白和非活性蛋白；按分子形状来分有球蛋白和纤维蛋白。球蛋白溶于水、易破裂，具有活性功能，而纤维状蛋白不溶于水，坚韧，具有结构或保护方面的功能，头发和指甲里的角蛋白就属纤维状蛋白。按化学组成来分有简单蛋白和复合蛋白，简单蛋白只由多肽链组成，复合蛋白由多肽链和辅基组成，辅基包括核苷酸、糖、脂、色素（动植物组织中的有色物质）和金属配离子等。

为了表示蛋白质结构的不同层次，经常使用一级结构、二级结构、三级结构和四级结构这样一些专门术语。一级结构就是共价主链的氨基酸顺序， 二、三和四级结构又称空间结构（即三维构象）或高级结构。氨基酸的顺序决定了蛋白质的功能，对它的生理活性也很重要，顺序中只要有一个氨基酸发生变化，整个蛋白质分子会被破坏。催产素（促进子宫肌肉收缩）、加压素（增加血压）、舒缓激肽（调节血压）和牛胰岛素的化学结构即一级结构， 如图 9－4 所示。

① 范世■.高技术晶体材料——BGO.大学化学，1988（2）：

蛋白质的二级结构是指蛋白质分子中多肽链本身的折叠方式。例如角蛋白中的多肽链，排列成卷曲形，称为α－螺旋。在这种结构里，氨基酸形成螺旋圈，肽键中与氮原子相联的氢，与附在沿链更远处的肽键中和碳原子相连的氧以氢键相结合。根据氨基酸的顺序，各种蛋白质都有其特异的二级结构，如图 9－5 所示。

蛋白质的三级结构是指球状蛋白质的立体结构。一般讲，球蛋白是一个折叠得非常紧密的球形，如图 9－6 所示。蛋白质的更高级结构不再进一步讨论。

蛋白质广泛而又多变的功能决定了它们在生理上的重要性。来自食物的蛋白质是身体的氮和硫的主要来源。除催化功能和结构功能外，还构成了肌肉收缩的体系。作为抗体，它们是身体的防卫系统，而作为激素，则能够调节身体的腺体的活动。在血液中它们维持体液平衡，是凝血机制的一部分， 能输送氧气和类脂物等。