高中化学 57 生物大分子 - 蛋白质

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蛋白质的组成

蛋白质是由氨基酸通过肽键连接而成的高分子化合物。组成蛋白质的元素主要有碳、氢、氧、氮，大多数蛋白质还含有硫等元素。

氨基酸

结构通式：氨基酸的结构通式为\(H_{2}N - CHR - COOH\)，其中\(R\)代表不同的侧链基团，不同的氨基酸其\(R\)基不同。

常见氨基酸：组成蛋白质的氨基酸约有20种，其中有8种是人体细胞不能合成的，必须从外界环境中直接获取，这些氨基酸叫做必需氨基酸，如赖氨酸、苯丙氨酸等；另外12种氨基酸是人体细胞能够合成的，叫做非必需氨基酸。

蛋白质的结构

一级结构：指蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序，其化学键为肽键。不同的氨基酸排列顺序决定了蛋白质的不同性质和功能。

二级结构：是指多肽链主链骨架盘绕折叠而形成的构象，主要有\(\alpha - 螺旋\)、\(\beta - 折叠\)等。二级结构的形成主要依靠氢键维持。

三级结构：是指在二级结构的基础上，多肽链进一步盘曲折叠形成的三维结构，其形成主要依靠氢键、范德华力、离子键和疏水相互作用等。

四级结构：由两条或两条以上具有三级结构的多肽链聚合而成的具有特定三维结构的蛋白质构象。每条具有独立三级结构的多肽链称为亚基，亚基之间通过非共价键相互作用形成四级结构。

蛋白质的性质

两性电离：蛋白质分子中含有游离的氨基和羧基，因此既能与酸反应，又能与碱反应，表现出两性电离的性质。

水解反应：在酸、碱或酶的作用下，蛋白质可发生水解反应，最终生成各种氨基酸。

盐析：向蛋白质溶液中加入某些浓的无机盐溶液，如\((NH_{4})_{2}SO_{4}\)、\(Na_{2}SO_{4}\)等，可使蛋白质的溶解度降低而从溶液中析出，这种作用叫做盐析。盐析是一个可逆过程，采用多次盐析和溶解，可以分离和提纯蛋白质。

变性：在某些物理因素或化学因素的影响下，蛋白质的理化性质和生理功能发生改变的现象，称为蛋白质的变性。能使蛋白质变性的因素有加热、紫外线照射、强酸、强碱、重金属盐、乙醇等。蛋白质变性后，其空间结构被破坏，失去生理活性，且变性是不可逆的。

颜色反应：含有苯环结构的蛋白质遇浓硝酸会显黄色，这一反应可用于检验蛋白质的存在。

蛋白质的功能

结构蛋白：许多蛋白质是构成细胞和生物体结构的重要物质，如羽毛、肌肉、头发、蛛丝等的成分主要是蛋白质。

催化作用：细胞内的化学反应离不开酶的催化，绝大多数酶都是蛋白质，它们具有高效性、专一性等特点，能降低化学反应的活化能，使细胞内的各种化学反应快速而有序地进行。

运输作用：有些蛋白质具有运输载体的功能，如血红蛋白能运输氧气，细胞膜上的载体蛋白能协助物质进出细胞等。

调节作用：蛋白质类激素如胰岛素、生长激素等，它们能调节机体的生命活动，维持内环境的稳定。

免疫作用：抗体是一种蛋白质，能与相应的抗原发生特异性结合，从而清除抗原，保护机体免受病原体的侵害。

蛋白质的相关计算

肽键数的计算：设氨基酸的数目为\(n\)，肽链数为\(m\)，则肽键数 = 氨基酸数 - 肽链数，即\(n - m\)。

蛋白质相对分子质量的计算：蛋白质的相对分子质量 = 氨基酸的平均相对分子质量×氨基酸数 - 18×脱去水分子数（即肽键数）。

蛋白质是生命活动的主要承担者，其结构的多样性决定了功能的多样性，在生物体内发挥着至关重要的作用，对蛋白质的研究也一直是生命科学领域的重要课题之一。

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