蛋白質科學及其意義

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引言

蛋白質被稱為我們體內基本的構成大分子。由於它們像碳水化合物和脂類一樣在我們體內需要量很大，所以被稱為大分子。蛋白質由稱為氨基酸的單體單元組成，形成聚合蛋白質。所以，我們可以說氨基酸是蛋白質的構成單元。

蛋白質構成每個細胞的重要組成部分，對生長和修復至關重要，並構成我們體內的酶。它們幾乎介導細胞中發生的每一個過程，展現出幾乎無限多樣的功能。對蛋白質、其結構、性質、作用機制及其在生物體中的功能的研究稱為蛋白質科學。

蛋白質的性質

瞭解蛋白質的物理和化學性質對於體內和體外分離和合成蛋白質非常重要。

蛋白質的物理性質

水溶性

由於氫鍵的形成，一級和二級結構比三級結構更易溶解。

蛋白質的變性和復性

變性是蛋白質失去其二級和三級結構但其一級結構不變的過程。變性是由熱或尿素引起的，導致肽鍵斷裂。

當去除變性劑時，蛋白質恢復其原始結構，蛋白質的這種性質稱為復性。

凝固

當蛋白質經受熱變性時形成不溶性聚集體的過程稱為凝固。白蛋白和球蛋白最容易發生凝固。

等電點

它可以定義為陽離子數量等於陰離子數量的pH值。此特性在蛋白質提取中非常有用。

翻譯後修飾

蛋白質在核糖體中合成後，會進行各種修飾，如糖基化、磷酸化、乙醯化等。這些修飾會改變蛋白質的功能。

蛋白質的化學性質

茚三酮試驗

蛋白質與茚三酮加熱後出現紫色表明存在α-氨基酸。

雙縮脲試驗

當向蛋白質溶液中加入氫氧化鈉和硫酸銅時，會形成紫色，這表明存在肽鍵。

蛋白質的結構

蛋白質由氨基酸組成，氨基酸透過肽鍵首尾相連，這種鏈狀結構稱為多肽。多肽鏈中氨基酸殘基的排列決定其功能。

蛋白質結構有四個組織層次：

• 一級結構

• 二級結構

• 三級結構

• 四級結構

一級結構

它由氨基酸組成，氨基酸以多肽鏈的形式連線在一起，其中氨基酸透過肽鍵相互連線。N端氨基和C端羧基負責多肽鏈上的電荷。

二級結構

多肽鏈原子之間氫鍵的規律性重複模式導致二級結構的形成。二級結構的摺疊模式可以分為兩種：

• α-螺旋

• β-摺疊

三級結構

它是蛋白質的三維結構，是由非共價相互作用引起的，例如靜電相互作用、氫鍵、疏水相互作用等。這些相互作用大多負責某些蛋白質的疏水性質。除了非共價相互作用外，在三級結構中也發現了共價二硫鍵。

四級結構

這種結構包含多個多肽鏈，代表蛋白質中各種亞基的空間排列。

蛋白質的型別

根據形狀、結構、化學性質和溶解度，蛋白質分為三種類型：

• 簡單蛋白質。

• 結合蛋白質。

• 衍生蛋白質。

簡單蛋白質

這些蛋白質水解後只產生氨基酸，因為它們只由氨基酸組成。它們分為兩種型別：纖維狀蛋白質和球狀蛋白質。

結合蛋白質

除了氨基酸外，它們還含有非蛋白質基團，如脂類、磷酸基團或金屬離子。

衍生蛋白質

當簡單蛋白質和結合蛋白質經受物理或化學處理時，會得到衍生蛋白質。例如，肽類、蛋白酶等。

蛋白質科學的意義

蛋白質參與生物體幾乎所有重要的活動，其功能是無限的。瞭解蛋白質非常重要，它具有以下應用：

• 蛋白質構成體內所有酶，也構成身體的其他成分，如抗體和激素。關於這些蛋白質的知識可以用於大規模合成。

• 一些金屬蛋白有助於體內氧氣和二氧化碳的運輸。

• 凝血酶、纖維蛋白原等蛋白質有助於血液凝固。它們還在透過抗體為我們的身體提供免疫力方面發揮著重要作用。

• 肌動蛋白和肌球蛋白等蛋白質有助於運動和運動。它們還有助於儲存，例如白蛋白的情況。

• 蛋白質在跨代遺傳資訊的表達中起著至關重要的作用。

• 血漿蛋白透過一個稱為穩態的過程，始終保持迴圈血液和組織間液之間的體積平衡。

結論

蛋白質科學是關於詳細瞭解蛋白質的結構、功能和性質。這項研究有助於瞭解蛋白質參與的各種機制、體內形成的各種蛋白質、它們的作用以及與它們缺乏相關的疾病。所有這些研究都為了更好地理解如何在體外大規模開發各種蛋白質提供了見解。