蛋白质组学

神奇的蛋白质

细胞是构成生命的基本单位。人的机体是由数百万亿个细胞组成的。而蛋白质是其主要部分,因此构成和修补人体组织是蛋白质最主要的生理功能。

组成蛋白质的基本单位是氨基酸,氨基酸通过脱水缩合形成肽链。蛋白质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~数百个氨基酸残基不等;各种氨基酸残基按一定的顺序排列。产生蛋白质的细胞器是核糖体。

它是人类生命活动最重要的物质基础。在人体细胞中蛋白质约占1/3,其总量仅次于水分。在人体细胞中,蛋白质约占1/3,成年人体内平均约含蛋白质16.3%;皮肤和骨骼肌中约占80%;胶原约占25%;血液中约占5%。其总量仅次于水分。

因此,蛋白质是构成一切细胞和组织结构必不可少的成分。

蛋白质的发现史

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。

1820年H.布拉孔诺发现甘氨酸和亮氨酸,这是最初被鉴定为蛋白质成分的氨基酸,以后又陆续发现了其他的氨基酸。到19世纪末已经搞清蛋白质主要是由一类相当简单的有机分子——氨基酸所组成。1902年E.菲舍尔和F.霍夫迈斯特各自独立地阐明了在蛋白质分子中将氨基酸连接在一起的化学键是肽键;

1907年E.菲舍尔又成功地用化学方法连接了18个氨基酸首次合成了多肽,从而建立了作为蛋白质化学结构基础的多肽理论。对蛋白质精确的三维结构知识主要来自对蛋白质晶体的X射线衍射分析,

1960 年J.C.肯德鲁首次应用X射线衍射分析技术测定了肌红蛋白的晶体结构 ,这是第一个被阐明了三维结构的蛋白质。

中国科学工作者在1965年用化学合成法全合成了结晶牛胰岛素,首次实现了蛋白质的人工合成;在1969~1973年期间,先后在2.5埃和1.8埃分辨率水平测定了猪胰岛素的晶体结构,这是中国阐明的第一个蛋白质的三维结构。

那么,蛋白质在人体内的主要功能又是什么呢?

促进人体生长发育。

修复和更新受损细胞。

为人体的生命活动提供能量。

蛋白质在生物体中有多种功能

催化功能: 有催化功能的蛋白质称酶,生物体新陈代谢的化学反应都是由酶催化来完成的。

运动功能: 从最低等的细菌鞭毛运动到高等动物的肌肉收缩都是通过蛋白质实现的。肌肉的松弛与收缩主要是由以肌球蛋白为主要成分的粗丝以及以肌动蛋白为主要成分的细丝相互滑动来完成的。

运输功能: 在生命活动过程中,许多小分子及离子的运输是由各种专一的蛋白质来完成的。例如在血液中血浆白蛋白运送小分子、红细胞中的血红蛋白运送氧气和二氧化碳等。

机械支持和保护功能: 高等动物的具有机械支持功能的组织如骨、结缔组织以及具有覆盖保护功能的毛发、皮肤、指甲等组织主要是由胶原、角蛋白、弹性蛋白等组成。

免疫和防御功能: 生物体为了维持自身的生存,拥有多种类型的防御手段其中不少是靠蛋白质来执行的 。 例如抗体即是一类高度专一的蛋白质 ,它能识别和结合侵入生物体的外来物质,如异体蛋白质、病毒和细菌等,取消其有害作用。

调节功能: 在维持生物体正常的生命活动中,代谢机能的调节,生长发育和分化的控制,生殖机能的调节以及物种的延续等各种过程中,多肽和蛋白质激素起着极为重要的作用。此外,尚有接受和传递调节信息的蛋白质如各种激素的受体蛋白等。

发展蛋白质作为生命活动中起重要作用的生物大分子,与一切揭开生命奥秘的重大研究课题都有密切的关系。蛋白质是人类和其他动物的主要食物成分,高蛋白膳食是人民生活水平提高的重要标志之一。许多纯的蛋白质制剂也是有效的药物,例如胰岛素、人丙种球蛋白和一些酶制剂等。在临床检验方面,测定有关酶的活力和某些蛋白质的变化可以作为一些疾病临床诊断的指标,例如乳酸脱氢酶同工酶的鉴定可以用作心肌梗塞的指标甲胎蛋白的升高可以作为早期肝癌病变的指标等。在工业生产上,某些蛋白质是食品工业及轻工业的重要原料,如羊毛和蚕丝都是蛋白质,皮革是经过处理的胶原蛋白。在制革、制药、缫丝等工业部门应用各种酶制剂后 可以提高生产效率和产品质量。蛋白质在农业、畜牧业、水产养殖业方面

蛋白质的摄入量

1、 一个体重65公斤,从事较轻劳动的成年男子,可以从他每天所吃的主副食(粮食500克,肉100克,蛋一个,豆制品50克,蔬菜500克)中获得所需要的75克蛋白质。根据需要,还可增加些乳、蛋、肉类、豆制品等提高蛋白质的量。

2、儿童、青少年、成年、老年男女以及孕妇、产妇和病人可以以此为参考,调剂每天的主副食,酌情增减蛋白质的摄入量。

蛋白质在食物中的含量

含有动物性蛋白质的食物主要有肉类(包括畜、禽类)、鱼类以及鲜奶类(吸收率高达87%--89%)和蛋类。

含蛋白质多的食物包括:牲畜的奶,如牛奶、羊奶、马奶等;畜肉,如牛、羊、猪、狗肉等;禽肉,如鸡、鸭、鹅、鹌鹑、鸵鸟等;蛋类,如鸡蛋、鸭蛋、鹌鹑 蛋等及鱼、虾、蟹等;还有大豆类,包括黄豆、大青豆和黑豆等,其中以黄豆的营养价值最高,它是婴幼儿食品中优质的蛋白质来源;此外像芝麻、瓜子、核桃、 杏仁、松子等干果类的蛋白质的含量均较高。由于各种食物中氨基酸的含量、所含氨基酸的种类各异,且其他营养素(脂肪、糖、矿物质、维生素等)含量也不相同,因此,给婴儿添加辅食时,以上食品都是可供选择的,还可以根据当地的特产,因地制宜地为小儿提供蛋白质高的食物。

蛋白质食品价格均较昂贵,家长可以利用几种廉价的食物混合在一起,提高蛋白质在身体里的利用率。

浅谈氨基酸

生物体内普遍存在的一种主要由氨基酸组成的生物大分子。它与核酸同为生物体最基本的物质,担负着生命活动过程的各种极其重要的功能。蛋白质的基本结构单元是氨基酸,在蛋白质中出现的氨基酸共有20种。氨基酸以肽键相互连接,形成肽链。

食物中的蛋白质必须经过肠胃道消化,分解成氨基酸才能被人体吸收利用,人体对蛋白质的需要实际就是对氨基酸的需要。吸收后的氨基酸只有在数量和种类上都能满足人体需要身体才能利用它们合成自身的蛋白质。营养学上将氨基酸分为必需氨基酸和非必需氨基酸两类。

(1)必需氨基酸指的是人体自身不能合成或合成速度不能满足人体需要,必须从食物中摄取的氨基酸。对成人来说,这类氨基酸有8种,包括赖氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、缬氨酸、色氨酸和苯丙氨酸。对婴儿来说,组氨酸也是必需氨基酸。

(2)非必需氨基酸并不是说人体不需要这些氨基酸,而是说人体可以自身合成或由其它氨基酸转化而得到,不一定非从食物直接摄取不可。这类氨基酸包括谷氨酸、丙氨酸、精氨酸、甘氨酸、天门冬氨酸、胱氨酸、脯氨酸、丝氨酸和酪氨酸等。有些非必需氨基酸如胱氨酸和酪氨酸如果供给充裕还可以节省必需氨基酸中蛋氨酸和苯丙氨酸的需要量。







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