組成細(xì)胞的有機(jī)物中含量最多的就是蛋白質(zhì)（protein）。從化學(xué)角度看，蛋白質(zhì)也是目前已知的結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、功能最多樣的分子。細(xì)胞核中的遺傳信息，往往要表達(dá)成蛋白質(zhì)才能起作用。蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者

蛋白質(zhì)的功能

許多蛋白質(zhì)是構(gòu)成細(xì)胞和生物體結(jié)構(gòu)的重要物質(zhì)，稱為結(jié)構(gòu)蛋白。例如，肌肉、頭發(fā)、羽毛、蛛絲等的成分主要是蛋白質(zhì)（圖為肌肉纖維）。

有些蛋白質(zhì)能夠調(diào)節(jié)機(jī)體的生命活動(dòng)，如胰島素（圖中黃色區(qū)域的部分細(xì)胞能分泌胰島素）。

細(xì)胞中的化學(xué)反應(yīng)離不開酶的催化。絕大多數(shù)酶都是蛋白質(zhì)（圖為胃蛋白酶結(jié)品）。

有些蛋白質(zhì)具有運(yùn)輸功能（圖為血紅蛋白示意圖，能運(yùn)輸氧）。

有些蛋白質(zhì)能夠調(diào)節(jié)機(jī)體的生命活動(dòng)，如胰島素（圖中黃色區(qū)域的部分細(xì)胞能分泌胰島素）。

有些蛋白質(zhì)有免疫功能。人體內(nèi)的抗體是蛋白質(zhì)，可以幫助人體抵御病菌和病毒等抗原的侵害。

總體來說，蛋白質(zhì)是細(xì)胞的基本組成成分，具有參與組成細(xì)胞結(jié)構(gòu)、催化、運(yùn)輸、信息傳遞、防御等重要功能。可以說，細(xì)胞的各項(xiàng)生命活動(dòng)都離不開蛋白質(zhì)。

蛋白質(zhì)能夠承擔(dān)如此多樣的功能，這與蛋白質(zhì)的多樣性有關(guān)。人體內(nèi)有數(shù)萬種不同的蛋白質(zhì)。據(jù)估計(jì)，生物界的蛋白質(zhì)種類多達(dá)101°~10”種。

為什么蛋白質(zhì)能有這么多的種類和這么多樣的功能？這與它的組成和結(jié)構(gòu)有關(guān)嗎？

蛋白質(zhì)的基本組成單位——氨基酸

作為手術(shù)縫合線的膠原蛋白之所以能被人體組織吸收，是因?yàn)槟z原蛋白被分解為可以被人體吸收的氨基酸（amino acid

在人體中，組成蛋白質(zhì)的氨基酸有21種。氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本單位。氨基酸的結(jié)構(gòu)是怎樣的呢？

其他氨基酸與以上4種氨基酸結(jié)構(gòu)相似，即每種氨基酸至少都含有一個(gè)氨基（—NH2）和一個(gè)羧基（—COOH），并且都有一個(gè)氨基和一個(gè)羧基連接在同一個(gè)碳原子上。這個(gè)碳原子還連接一個(gè)氫原子和一個(gè)側(cè)鏈基團(tuán)，這個(gè)側(cè)鏈基團(tuán)用R表示（圖2-9）。各種氨基酸之間的區(qū)別在于R基的不同，如甘氨酸上的R基是一個(gè)氫原子（一H），丙氨酸上的R基是一個(gè)甲基（—CH）。

△與社會(huì)的聯(lián)系 組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸有21種，其中有8種是人體細(xì)胞不能合成的，它們是賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋（甲硫）氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸，這些氨基酸必須從外界環(huán)境中獲取，因此，被稱為必需氨基酸。經(jīng)常食用奶制品、肉類、蛋類和大豆制品，人體一般就不會(huì)缺乏必需氨基酸。另外13種氨基酸是人體細(xì)胞能夠合成的，叫作非必需氨基酸。

盡管氨基酸的種類有限，但卻構(gòu)成了種類繁多、功能多樣的蛋白質(zhì)。

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其多樣性

蛋白質(zhì)是以氨基酸為基本單位構(gòu)成的生物大分子。氨基酸分子首先通過互相結(jié)合的方式進(jìn)行連接：一個(gè)氨基酸分子的羧基（—COOH）和另一個(gè)氨基酸分子的氨基（—NH2）相連接，同時(shí)脫去一分子的水，這種結(jié)合方式叫作脫水縮合。連接兩個(gè)氨基酸分子的化學(xué)鍵叫作肽鍵。由兩個(gè)氨基酸縮合而成的化合物，叫作二肽（圖2-10）。

以此類推，由多個(gè)氨基酸縮合而成的，含有多個(gè)肽鍵的化合物，叫作多肽。多肽通常呈鏈狀結(jié)構(gòu)，叫作肽鏈。由于氨基酸之間能夠形成氫鍵等，從而使得肽鏈能盤曲、折疊，形成具有一定空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)分子。許多蛋白質(zhì)分子都含有兩條或多條肽鏈，它們通過一定的化學(xué)鍵如二硫鍵相互結(jié)合在一起（圖2-11）。這些肽鏈不呈直線，也不在同一個(gè)平面上，而是形成更為復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)。例如，

血紅蛋白是一種由574個(gè)氨基酸組成的蛋白質(zhì)，含4條多肽

鏈，它的空間結(jié)構(gòu)如圖2-12所示。

在細(xì)胞內(nèi)，組成一種蛋白質(zhì)的氨基酸數(shù)目可能成千上萬，氨基酸形成肽鏈時(shí)，不同種類氨基酸的排列順序千變?nèi)f化，肽鏈的盤曲、折疊方式及其形成的空間結(jié)構(gòu)千差萬別，因此，蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)極其多樣，這就是細(xì)胞中蛋白質(zhì)種類繁多的原因。

每一種蛋白質(zhì)分子都有與它所承擔(dān)功能相適應(yīng)的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，如果氨基酸序列改變或蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)改變，就可能會(huì)影響其功能。例如，人正常血紅蛋白的空間結(jié)構(gòu)呈球狀，由它參與組成的紅細(xì)胞呈兩面凹的圓盤狀，如果血紅蛋白某一處的谷氨酸被纈氨酸取代，就可能形成異常的血紅蛋白。這樣的血紅蛋白可聚合成纖維狀，性質(zhì)也與正常血紅蛋白有差異，由它參與組成的紅細(xì)胞就會(huì)扭曲成鐮刀狀（圖2-13），運(yùn)輸氧的能力會(huì)大為削弱。

△與社會(huì)的聯(lián)系蛋白質(zhì)變性是指蛋白質(zhì)在某些物理和化學(xué)因素作用下其特定的空間構(gòu)象被破壞，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)的改變和生物活性喪失的現(xiàn)象。例如，雞蛋、肉類經(jīng)煮熟后蛋白質(zhì)變性就不能恢復(fù)原來狀態(tài)。原因是高溫使蛋白質(zhì)分子的空間結(jié)構(gòu)變得伸展、松散，容易被蛋白酶水解，因此吃熟雞蛋、熟肉容易消化。又如，經(jīng)過加熱、加酸、加酒精等引起細(xì)菌和病毒的蛋白質(zhì)變性，可以達(dá)到消毒、滅菌的目的。