蛋白质是生命的物质基础，是构成生命的基本物质。人体的所有细胞都是由蛋白质组成的。一般来说，蛋白质是人体氮的唯一来源，在人体生命活动中起着重要作用。可以说没有蛋白质就没有生命活动，所以摄取蛋白质是非常重要的。它能促进机体的新陈代谢，保证机体的运动和形成变异蛋白，维持组织的硬度和弹性，调节生理机能，为机体提供能量。是人体维持健康所必需的，也是非常重要的营养素。

首先，蛋白质简史

蛋白质是荷兰科学家GerPark Jung Su mulder在1838年发现的。他观察到没有蛋白质，生物就不能生存。1820年，H. Brakono发现了甘氨酸和亮氨酸，最初被确定为蛋白质成分，后来其他氨基酸也相继被发现。到19世纪末，人们已经清楚，蛋白质主要由一种相当简单的有机分子——氨基酸组成。1902年，E. Fischer和F. Hoffmeister独立阐明了蛋白质分子中连接氨基酸的化学键是肽键；1907年，E. Fischer首次用化学方法成功地将18个氨基酸连接起来合成多肽，从而确立了多肽作为蛋白质化学结构基础的理论。1960年，J.C. Chendru利用X射线衍射分析技术首次确定了肌红蛋白的晶体结构。

1965年，我国科学家用化学合成法完全合成了结晶牛胰岛素，首次实现了蛋白质的人工合成。1969年至1973年，在2.5埃和1.8埃的分辨率水平上测定了猪胰岛素的晶体结构，这是我国首次阐明蛋白质的三维结构。

二、蛋白质的来源

蛋白质的主要来源是肉、蛋、奶和豆类。一般来说，来自动物的蛋白质质量高，含有充足的必需氨基酸。蛋白质中通常有1-2种必需氨基酸，所以素食者需要吃多种食物，从各种组合中获取足够的必需氨基酸。一块扑克牌大小的熟肉含蛋白质约30-35g，一大杯牛奶含约8-10g，半杯各种豆类含约6-8g。所以每天吃一块扑克牌大小的肉，喝两杯大杯的牛奶，一些豆类和少量的蔬菜、水果、米饭，可以获得60-70g左右的蛋白质，足够一个体重60kg的长跑运动员食用。如果你的需求量比较大，可以酌情多喝一杯牛奶或者多吃点肉，就可以获得足够的蛋白质。

三。蛋白质的使用

蛋白质是人类和其他动物的主要食物成分，高蛋白饮食是人们生活水平提高的重要标志之一。很多纯蛋白制剂也是有效药物，如胰岛素、人丙种球蛋白和一些酶制剂。在临床检验中，酶活性的测定和某些蛋白质的变化可作为某些疾病临床诊断的指标，如乳酸脱氢酶同工酶的鉴定可作为心肌梗死的指标，甲胎蛋白的升高可作为早期肝癌病变的指标。在工业生产中，有些蛋白质是食品工业和轻工业的重要原料。比如羊毛和蚕丝都是蛋白质，皮革是处理过的胶原蛋白。各种酶制剂在制革、制药、缫丝等工业部门的应用，可以提高生产效率和产品质量。蛋白质在农业、畜牧业、水产养殖业中的重要性也是显而易见的。

第四，蛋白质的分类

蛋白质种类繁多，结构复杂，主要由氨基酸组成，由于氨基酸的不同组合和排列形成各种类型的蛋白质。蛋清是蛋白质，蛋黄是蛋白质。蚕丝是蛋白质，羊毛是蛋白质，鹿角是蛋白质，鱼鳞是蛋白质，鸟毛和人毛，指甲和肌肉是蛋白质。甚至酶、很多激素、天花、麻疹、流感病毒都是蛋白质。人体内大约有成千上万种蛋白质。

1。根据所含氨基酸的种类和数量。

(1)完全蛋白质:这是一种优质蛋白质。它们含有各种各样的必需氨基酸，数量充足，比例适当。这种蛋白质不仅能维持人体健康，还能促进生长发育。牛奶、鸡蛋、鱼、肝脏、酵母、大豆、肉类中的蛋白质都属于完全蛋白质，植物中的大豆也含有完全蛋白质。

(2)半完全蛋白质:这类蛋白质虽然含有各种氨基酸，但有一部分不能满足人体的需要。它们可以维持生命，但不能促进生长发育。例如，小麦中的醇溶蛋白是半完全蛋白质，几乎不含赖氨酸。食物中含有的一种或几种不同于人体所需的氨基酸称为限制性氨基酸。谷类蛋白质中赖氨酸的含量大多较低，所以它们的限制性氨基酸是赖氨酸。

(3)蛋白质不全:这类蛋白质不能提供人体所需的全部必需氨基酸，所含氨基酸种类不全。它们既不能促进生长，也不能维持生命。如谷物、小麦和玉米中的蛋白质，动物皮和骨头中的明胶等。

1。根据蛋白质分子的形状。

(1)球状蛋白:形状接近球形，水溶性好，种类多，能执行多种生物学功能。

⑵纤维状蛋白质:分子对称性差，形状为棒状或纤维状，溶解度不同，大多不溶于水，如胶原蛋白、角蛋白等。其他的溶于水，如肌球蛋白和纤维蛋白原。它是生物体的重要结构成分或在生物体中起保护作用。

(3)膜蛋白:一般折叠成近球形，插入生物膜中，有的通过非共价键或共价键结合在生物膜表面。生物膜的大部分功能是由膜蛋白实现的。

十三。根据化学结构、形状和营养价值。

(1)蛋白质按化学结构可分为两类:纯蛋白质(由α-氨基酸组成)和结合蛋白(由纯蛋白质和非蛋白质分子组成)。前者，如白蛋白、球蛋白、谷蛋白等。，水解后的最终产物只有氨基酸；后者，如核蛋白、糖蛋白、脂蛋白等。，水解后含有非蛋白质分子(辅助基团)。

(2)根据蛋白质的形状，蛋白质可分为纤维状蛋白质和球状蛋白质。前者多为结构蛋白，是身体组织形成的物质基础，如胶原蛋白等。后者多用于合成生物活性因子，如酶、激素、免疫因子、补体等。

(3)蛋白质按营养价值可分为完全蛋白质、半完全蛋白质和不完全蛋白质。

4。根据化学成分。

(1)简单蛋白质

分子 只含氨基酸，不含其他成分。

①白蛋白又称白蛋白，分子量小，溶于水、中性盐、稀酸和稀碱，可被饱和硫酸铵沉淀。白蛋白在自然界中分布广泛，如小麦种子中的小麦白蛋白、血液中的血清白蛋白、鸡蛋中的卵清蛋白等。

②球蛋白分子相对对称，接近球形或椭球形。一类含有紧密折叠多肽链的蛋白质，一般不溶于水，溶于稀盐溶液、稀酸或稀碱溶液，可被半饱和硫酸铵沉淀。球蛋白广泛存在于生物界，具有重要的生物学功能。大多数蛋白质属于球状蛋白，如大豆种子中的豆球蛋白、血液中的血清球蛋白、肌肉中的肌球蛋白和免疫球蛋白。

③组蛋白溶于水或稀酸。组蛋白是染色体的结构蛋白，富含精氨酸和赖氨酸，所以是一种碱性蛋白。

④鱼精蛋白是一种分子量小、结构简单的蛋白质，易溶于水或稀酸。精子含碱性氨基酸较多，缺乏色氨酸和酪氨酸，是一种碱性蛋白质。精子存在于成熟的精子细胞中，与DNA结合，如鱼精蛋白。

⑤醇溶蛋白不溶于水和盐溶液，溶于70% ~ 80%的乙醇，多存在于禾本科作物种子中，如玉米醇溶蛋白和小麦醇溶蛋白。

⑥谷蛋白不溶于水和稀盐溶液，溶于稀酸和稀碱。谷蛋白存在于植物种子中，如水稻种子中的大米蛋白和小麦种子中的谷蛋白。

⑦硬蛋白不溶于水、盐溶液、稀酸和稀碱，主要存在于皮肤、头发和指甲中，起支撑和保护作用，如角蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白、丝蛋白等。

(2)结合蛋白。

是蛋白质部分和非蛋白质部分的组合。有六种主要结合蛋白:

①核蛋白的非蛋白部分是一种核酸，叫做核蛋白。它分布广泛，存在于所有生物细胞中。

②糖蛋白的非蛋白质部分是糖，称为糖蛋白。广泛存在于动物、植物、真菌、细菌和病毒中。

③脂蛋白蛋白与脂质结合形成脂蛋白。在脂蛋白中，脂质和蛋白质通过非共价键结合。广泛分布于细胞和血液中。

④色蛋白蛋白与一些色素物质结合形成色蛋白。非蛋白部分多为血红素，故又称血红素蛋白。

⑤金属蛋白是一类直接与金属结合的蛋白质，如含铁的铁蛋白；乙醇脱氢酶含有锌，黄嘌呤氧化酶含有钼和铁。

⑥磷蛋白分子中含有磷酸基团，一般通过酯键与蛋白质分子中的丝氨酸或苏氨酸相连。如酪蛋白和胃蛋白酶，都属于这类蛋白质。

⒌根据需求。

食物中的蛋白质必须经过胃肠道的消化，分解成氨基酸，才能被人体吸收利用。人体对蛋白质的需要，其实就是对氨基酸的需要。吸收的氨基酸只能在数量和种类上满足人体的需要，身体才能利用它们合成自己的蛋白质。

(1)必需氨基酸

必需氨基酸是指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，有8种氨基酸，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，有9种，多一种组氨酸。如果体内缺乏必需氨基酸，就无法为身体各组织合成足够的蛋白质，其他多余的蛋白质也会被身体的新陈代谢所浪费，所以保证必需氨基酸的充足摄入非常重要。

(2)非必需氨基酸

非必需氨基酸不是指人体不需要这些氨基酸，而是指人体可以自行合成或由其他氨基酸转化而来，不需要直接从食物中摄取。这些氨基酸包括甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、天冬氨酸、谷氨酸(及其胺)、脯氨酸、精氨酸、组氨酸、酪氨酸和胱氨酸。一些非必需氨基酸，如胱氨酸和酪氨酸，如果供应充足，也可以省去必需氨基酸中蛋氨酸和苯丙氨酸的需要量。

五、蛋白质的分离纯化。

许多蛋白质在结构和性质上有许多相似之处，因此蛋白质的分离是一项复杂的任务。蛋白质纯化的目的是提高产品的纯度和收率，同时保持和提高产品的生物活性。所以，要想分离纯化某种蛋白质，首先要选择富含蛋白质的材料。其次，制备活性蛋白应避免蛋白质变性。对于大多数蛋白质来说，纯化操作是在0 ~ 4℃的低温下进行的。同时也要避免酸碱过多的条件，以及剧烈的搅拌和振荡。此外，应尽量去除变性蛋白和其他外源蛋白，以提高纯度和收率。

1。原材料的选择

选择适当的富含这种蛋白质的食物或其他材料。

2。预处理和细胞破碎

在分离纯化某种蛋白质时，首先要使蛋白质从组织或细胞中释放出来，保持其原有的自然状态，不丧失其活性。破碎组织细胞的常用方法有:

(1)机械破碎这种方法是利用机械力的剪切作用来破碎细胞。常用的设备有高速组织捣碎机、均质机、研钵等。

(2)渗透破碎法这种方法是在低渗条件下，使细胞膨胀破碎。

(3)反复冻融法生物组织冷冻后，胞内液冻结膨胀，导致细胞破裂。这种方法简单方便，但需要注意的是不适用于对温度变化敏感的蛋白质。

(4)超声波法利用超声波振动器，使细胞膜上的张力不均匀，使细胞破裂。

(5)用溶菌酶破坏微生物细胞等酶法。

3。蛋白质的提取

蛋白质通常通过选择合适的缓冲溶剂来提取。用于提取的缓冲液的pH、离子强度、组成和其他条件的选择应取决于待制备的蛋白质的性质。白蛋白可以用水提取；球蛋白可用中性盐溶液提取；面筋可以用稀酸或稀碱提取；用适当浓度的乙醇提取醇溶液中的谷蛋白。例如在膜蛋白的提取中，表面活性剂(十二烷基磺酸钠等。)通常被添加到提取缓冲液中，以破坏膜结构并促进蛋白质从膜中分离。在提取过程中，需要保持低温以减少降解酶的作用。一般在0℃附近提取。避免剧烈搅拌等。，防止蛋白质变性。

4。蛋白质粗品的获取

选择合适的方法将所需的蛋白质与其他外源蛋白质分离。更方便有效的方法是基于蛋白质溶解度的差异进行分离。以下是常用的方法:

(1)不同的等电点沉淀法蛋白质中的等电点不同，可以用等电点沉淀法相互分离。

⑵不同的盐析方法需要不同的盐饱和度，因此可以通过调节盐浓度来沉淀目的蛋白。通过盐析沉淀的蛋白质仍然保持其天然性质，并且可以在不变性的情况下再次溶解。

(3)有机溶剂沉淀乙醇、丙酮等中性有机溶剂的介电常数比水低。它可以降低大部分球状蛋白在水溶液中的溶解度，然后从溶液中沉淀出来，所以可以用来沉淀蛋白质。此外，有机溶剂会破坏蛋白质表面的水合层，促使蛋白质分子变得不稳定并沉淀。由于有机溶剂能使蛋白质变性，使用该方法时，应注意低温操作，选择合适的有机溶剂浓度。

5。蛋白质的纯化

等电点沉淀和盐析法得到的蛋白质一般含有其他蛋白质杂质，需要进一步分离纯化才能得到一定纯度的样品。有时有必要结合这些方法来获得高纯度的蛋白质样品。常用的净化方法有:

(1)凝胶过滤法

也叫分子筛分离法。它主要是利用具有多孔网络结构的凝胶分子筛，根据被分离物质分子大小的不同进行分离。它允许大颗粒通过，同时保留小颗粒，从而使大小不同的蛋白质分子通过凝胶相互分离。该方法适用于分离和纯化水溶性聚合物，如蛋白质、酶、核酸和激素。

这种方法有以下优点:

①分离条件温和，因此不稳定分子也可以用这种方法分离。

②样品回收率高，几乎达到100%。

③实验重复性高。

④完成手术的时间相对较短，所需设备简单经济。

(2)离子交换色谱法

是一种常用的分离纯化方法。最常用的是使用各种离子交换剂的柱色谱法。如果带电基团带负电，可以结合阳离子，称为阳离子交换剂；如果带电基团带正电，可以结合阴离子，称为阴离子交换剂。通常使用各种改进的纤维离子交换器。这种纤维经过各种离子化基团的化学处理，如阴离子交换剂DEAE-纤维素(即二乙氨基乙基纤维素)和阳离子交换剂CM-纤维素(羧甲基纤维素)。

蛋白质分子既带正电，也带负电。如果pH值增加，这些分子带负电；如果pH值降低，就会带正电；在等电点，分子包含等量的正负电荷。这一特性对蛋白质的纯化大有裨益。例如，可以将蛋白质混合物的pH值调节到某一点，在该点，溶液中所需的蛋白质带正电。此时，如果混合物在阳离子交换剂上进行色谱分离，可以除去许多阳离子蛋白。之后，增加pH以将所需的蛋白质溶液变成负电荷，然后在阴离子交换剂上进行层析，从而可以除去许多阴离子成分。

(3)电泳

电泳是鉴定生物大分子和分析其纯度的基本工具。这种方法是基于蛋白质分子具有可电离的基团，在溶液中可以形成带电离子，因此在电场的作用下会发生运动。由于各种蛋白质分子的静电荷不同，蛋白质被纯化。

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