蛋白质组学

蛋白质的功能与分类

蛋白质(protein)是原生质的主要成分,目前世界上任何能够独立生存的生物都含有蛋白质。所以说,没有蛋白质就没有生命。就连非常简单的、寄生存在的病毒,也是由蛋白质和核酸组成的。

蛋白质是功能分子,细胞生存需要的很多生理功能都是通过蛋白质实现的。自然界的生物多种多样,因而蛋白质的种类和功能也十分繁多。比如,皮肤和骨骼主要由胶原蛋白构成,毛发、指甲、鳞羽角蹄等由角蛋白构成,绝大多数的酶都是蛋白质,肢体运动、物质运输、免疫防御、信息传递等过程也都离不开蛋白质。

催化酒精代谢的乙醇脱氢酶

蛋白质按分子形状可以分为球状蛋白和纤维状蛋白两大类。前者外形近似球体,多溶于水且具有活性,如酶、转运蛋白、蛋白激素、抗体等。其长度与直径之比一般小于10。后者一般外形细长,分子量大,多为结构蛋白,如胶原蛋白等。纤维状蛋白可分为可溶性纤维蛋白与不溶性纤维蛋白。前者如血液中的纤维蛋白原、肌肉中的肌球蛋白等,后者如角蛋白等结构蛋白。

构成皮肤、骨骼等结构的胶原蛋白

按分子组成,蛋白质可以分为简单蛋白(单纯蛋白)与结合蛋白两大类。前者完全由氨基酸组成,不含非蛋白成分,如血清清蛋白等。简单蛋白根据溶解性又可分为7类:清蛋白、球蛋白、组蛋白、精蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白和硬蛋白。这里的球蛋白(globulin)与前面说的球状蛋白不同,它是指“不溶或微溶于水,可溶于稀盐溶液的单纯蛋白,可被半饱和中性硫酸铵沉淀”(《生化化学与分子生物学名词》第二版)。免疫球蛋白(抗体)是球蛋白中的一种。

结合蛋白除了由氨基酸构成的肽链以外,还含有非蛋白成分,这些成分统称为辅基。根据辅基的不同,可将结合蛋白分为核蛋白、脂蛋白、糖蛋白、磷蛋白、血红素蛋白、黄素蛋白和金属蛋白等7类。

参与视觉过程的视紫红质含有视黄醛辅基

所有的蛋白质都含有碳氢氧氮四种元素,有些蛋白质还含有硫、磷和一些金属元素。蛋白质平均含碳50%,氢7%,氧23%,氮16%。其中氮的含量较为恒定,而且在糖和脂类中一般不含氮,所以常通过测量样品中氮的含量来测定蛋白质含量,比如凯氏定氮:蛋白质含量=蛋白氮×6.25

蛋白质是大分子,分子量范围大约6000到几百万甚至上千万。一般分子量小于6000的称为肽。这个界限不是绝对的,如牛胰岛素分子量为5700,一般仍认为是蛋白质。肌联蛋白(titin)是一个巨大的肌小节蛋白,分子量2700 kD(25000多个氨基端),长度1微米,约占肌节的一半。一般蛋白质煮沸会凝固,而肽不会凝固。

一些常见蛋白的相对大小

蛋白质的水解可以得到多种氨基酸。角蛋白等人体无法消化的蛋白质可以通过水解制取氨基酸,用于医药、饲料等领域。最常用的是方法酸水解,用6 M HCl或4 M H2SO4,105℃回流20小时,即可完全水解。如样品含有杂质,常产生腐黑质,使水解液变黑。

酸水解不引起氨基酸的消旋,但色氨酸完全被破坏,天冬酰胺和谷氨酰胺的酰胺基被水解(所以蛋白质水解液一般都含有17种氨基酸),丝氨酸和苏氨酸部分破坏。用3 mol/L对甲苯磺酸代替盐酸,得到色氨酸较多,可像丝氨酸和苏氨酸一样用外推法求其含量。

碱水解时许多氨基酸被破坏,但色氨酸不被破坏,常用于测定色氨酸含量。酶水解不破坏氨基酸,但时间长,反应不完全。一般用于部分水解,比如蛋白质测序时将大的蛋白质降解成一些肽段,分别测序。





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