《生命化学论文》doc版.docx

生命化学期末论文课题 蛋白质的作用以及发展前景学号 20111377022姓名 蔡广韬班级 应化合作摘要：生物体的生物现象作为物质运动的一种独有的特殊的运动形式，其基本表现形式就是新城代谢和自我繁殖。构成这种特殊的运动形式的物质基础是蛋白质以及核酸糖类以及脂类等生物分子。正是这些生物分子之间的相互协调作用才形成了丰富多彩的生命现象。生命化学就是研究生物体的物质组成和生命过程中的生物分子化学变化的一门科学。关键词：生命化学 蛋白质 性质 作用蛋白质简介蛋白质是化学结构复杂的一类有机化合物，是人体的必须营养素。蛋白质是一种由氨基酸分子组成的有机化合物，旧称“朊”1。氨基酸分子呈线性排列，相邻氨基酸残基的羧基和氨基通过肽键连接在一起。蛋白质的氨基酸序列是由对应基因所编码。除了遗传密码所编码的20种“标准”氨基酸，在蛋白质中，某些氨基酸残基还可以被翻译后修饰而发生化学结构的变化，从而对蛋白质进行激活或调控。多个蛋白质可以一起，往往是通过结合在一起形成稳定的蛋白质复合物，发挥某一特定功能。蛋白质的英文是protein，源于希腊文的proteios，是“头等重要”意思，表明蛋白质是生命活动中头等重要物质。蛋白质是细胞组分中含量最为丰富、功能最多的高分子物质，在生命活动过程中起着各种生命功能执行者的作用，几乎没有一种生命活动能离开蛋白质，多以没有蛋白质就没有生命。发现历史人们对蛋白质重要性的认识经历了一个漫长的历程。1742年Beccari将面粉团不断用水洗去淀粉，分离出麦麸，实际上就是谷蛋白之一。1841年Liebig发表了分析蛋白质的文章。此后于1883年John Kjedahl发明了一个准确测定氮进而测定蛋白质含量的分析方法，至今仍被广为应用。随后，氨基酸也被发现。1902年E.Fischer测定了氨基酸的化学结构，还测定了肽键的性质。大约在1927年，J.B.Summer证明了酶是一种蛋白质。然后，上世纪50年代，J.B.Summermi描述胰岛素的氨基酸顺序时获得了一个重大发现。其他研究表明DNA、RNA和蛋白质之间的相互关系。1953年F.Crick和J.Watson描述了DNA的分子结构。科学家们逐渐阐明了细胞如何建造具有特定氨基酸顺序的特定蛋白质。蛋白质的结构蛋白质是由不同的L型氨基酸所形成的线性聚合物。目前在绝大多数已鉴定的天然蛋白质中发现的氨基酸有20种（参见标准蛋白氨基酸列表）。不过在自然界中还存在着一些特殊的氨基酸，例如在一种海洋寡毛纲小蠕虫Olavius algarvensis以及与之存在共生关系的细菌1（该细菌属于变形菌）中存在着高含量的硒代半胱氨酸，由原本为终止密码子的UGA编码，和吡咯赖胺酸，由终止密码子UAG编码6。所有氨基酸都有共同的结构特征，包括与氨基连接的碳原子，一个羧基和连接在碳原子上的不同的侧链。但脯氨酸有着与这种基本结构不同之处：它含有一个侧链与氨基连接在一起所形成的特殊的环状结构，使得其氨基在肽键中的构象相对固定。7 标准氨基酸的侧链是构成蛋白质结构的重要元素，它们具有不同的化学性质，因此对于蛋白质的功能至关重要。多肽链中的氨基酸之间是通过脱水反应所形成的肽键来互相连接；一旦形成肽键成为蛋白质的一部分，氨基酸就被称为“残基”，而连接在链的碳、氮、氧原子被称为“主链”或“蛋白质骨架”。由于肽键有两种共振态，具有一定的双键特性，使得相邻碳之间形成肽平面；而肽键两侧的二面角确定了蛋白质骨架的局部形态。由于氨基酸的非对称性（两端分别具有氨基和羧基），蛋白质链具有方向性。蛋白质链的起始端有自由的氨基，被称为N端或氨基端；尾端则有自由的羧基，被称为C端或羧基端。“蛋白质”、“多肽”和“肽”这些名词的含义在一定程度上有重叠，经常容易混淆。“蛋白质”通常指具有完整生物学功能并有稳定结构的分子；而“肽”则通常指一段较短的氨基酸寡聚体，常常没有稳定的三维结构。然而，“蛋白质”和“肽”之间的界限很模糊，通常以20-30个残基为界。8“多肽”可以指任何长度的氨基酸线性单链分子，但常常表示缺少稳定的三级结构。蛋白质的生物合成核糖体产生一种蛋白质，使用信使RNA模板。 编码一个蛋白质氨基酸序列的基因的DNA序列每一种蛋白质都有自己独特的氨基酸序列，而氨基酸序列的组成信息则由编码对应蛋白质的基因的核苷酸序列所决定。遗传密码是一套由三个核苷酸组成的密码子，每一种三个核苷酸的组合可以编码一种特定氨基酸，如mRNA上的AUG（在DNA中为ATG）编码甲硫氨酸。由于DNA含有四种核苷酸（A、T、C、G），所以对应的可能的密码子有444=64种；而标准氨基酸只有20种，因此有部分密码子是冗余的，即部分氨基酸可以由多个不同的密码子所编码。DNA中的基因首先在RNA聚合酶等蛋白质的作用下被转录为前mRNA。在大多数生物体中，前mRNA（或初始转录产物）要经过转录后修饰以形成成熟的mRNA，随后mRNA就可以经由核糖体被用作蛋白质合成的模板。在原核生物中，mRNA可能可以在生成后被直接用于蛋白质合成，或者在离开类核后就结合核糖体。而在真核生物中，mRNA在细胞核中被合成，然后通过核膜被转运到细胞质中；在细胞质中，mRNA才可以被用于蛋白质合成。原核生物的蛋白质合成速率可以达到每秒20个氨基酸，要高于真核生物。9从一个mRNA模板合成一个蛋白质的过程被称为翻译。在翻译过程中，mRNA被一些蛋白质携带到核糖体上；然后核糖体在mRNA上从5端到3端寻找起始密码子（大多数情况下为AUG）；找到起始密码子后，即核糖体上起始tRNA的反密码子与起始密码子配对后，翻译就可以开始进行；在起始密码子后，核糖体每一次阅读三个核苷酸（或一个密码子），同样是通过携带对应氨基酸的tRNA上反密码子与密码子配对。其中，氨酰tRNA合成酶可以将tRNA分子与正确的氨基酸连接到一起。不断延长的多肽链通常被称为“新生链”。生物体中的蛋白质合成总是从N-端到C-端。合成的蛋白质的大小可以通过其含有的氨基酸数目或者其分子量（以道尔顿或千道尔顿，即kDa为单位）来衡量。酵母蛋白的平均长度为466个氨基酸或平均分子量为53kDa。8目前已知的最大蛋白质是肌联蛋白，它是肌肉中肌节的组分之一，其分子量为近3,000 kDa，含有近27,000个氨基酸。10除了生物合成外，一些小的蛋白质可以通过多种化学途径来合成，这些合成方法又被称为肽合成，其依赖于有机合成技术，如化学连接来高通量生产肽。11化学合成允许在合成的肽链中引入非天然氨基酸，如加入荧光标记的氨基酸。12这些合成方法所合成的产物被大量应用于生物化学和细胞生物学实验。但是，化学合成无法有效合成残基数多于300的蛋白质，而且合成的蛋白质可能不具有天然的三级结构。大多数化学合成方法都是从C-端到N-端进行合成，刚好和生物合成反应的方向相反一般作用蛋白质的三大基础生理功能分别是：构成和修复组织；调解生理功能和供给能量。蛋白质是构成机体组织、器官的重要成分，人体各组织、器官无一不含蛋白质。同时人体内各种组织细胞的蛋白质始终在不断更新，只有摄入足够的蛋白质方能维持组织的更新，身体受伤后也需要蛋白质作为修复材料。另外蛋白质在体内是构成多种重要生理活性物质的成分，参与调节生理功能。最后供给人体能量是蛋白质的次要功能。在人体中，蛋白质的主要生理作用表现在六个方面：1)构成和修复身体各种组织细胞的材料人的神经、肌肉、内脏、血液、骨骼等，甚至包括体外的头皮、指甲都含有蛋白质，这些组织细胞每天都在不断地更新。因此，人体必须每天摄入一定量的蛋白质，作为构成和修复组织的材料。2)构成酶、激素和抗体人体的新陈代谢实际上是通过化学反应来实现的，在人体化学反应的过程中，离不开酶的催化作用，如果没有酶，生命活动就无法进行，这些各具特殊功能的酶，均是由蛋白质构成。此外，一些调节生理功能的激素和胰岛素，以及提高肌体抵抗能力儿保护肌体免受致病微生物侵害的抗体，也是以蛋白质为主要原料构成的。3)维持正常的血浆渗透压，是血浆和组织之间的物质交换保持平衡如果膳食中长期缺乏蛋白质，血浆蛋白特别是白蛋白的含量就会降低，血液内的水分便会过多地渗入周围组织，造成临床上的营养不良性水肿。4)供给肌体能量在正常膳食情况下，肌体可将完成主要功能而剩余的蛋白质，氧化分解转化为能量。不过，从整个肌体而言，蛋白质的这方面功能是微不足道的。5)维持肌体的酸碱平衡肌体内组织细胞必须处于合适的酸碱度范围内，才能完成其正常的生理活动。肌体的这种维持酸碱平衡的能力是通过肺、肾脏以及血液缓冲系统来实现的。蛋白质缓冲体系是血液缓冲系统的重要组成部分，因此说蛋白质在维持肌体酸碱平衡方面起着十分重要的作用。6)运输氧气及营养物质血红蛋白可以携带氧气到身体的各个部分，供组织细胞代谢使用。体内有许多营养素必须与某种特异的蛋白质结合，将其作为载体才能运转，例如运铁蛋白、钙结合蛋白、视黄醇蛋白等都属于此类。蛋白质的前景80年代