舊稱朊。為由多種氨基酸結合而成的有機高分子化合物。分子量為6000~1000000,有的甚至更大。蛋白質是主要的生命基礎物質之一。具有催化作用的各種酶和調節生理機能的某些激素都是蛋白質。沒有蛋白質的作用,去氧核糖核酸和核糖核酸的複製、資訊的轉錄、遺傳密碼的翻譯、高等動物的自身免疫、呼吸氧氣的傳遞都無法進行。此外,皮膚、毛髮等也都是由蛋白質組成的。蛋白質也是動物界重要的營養物質。

  發現 1893年蛋白質首次被認為是天然的含氮有機化合物,並在不同的動物性物質如血清白蛋白、血纖維蛋白、牛奶酪蛋白中發現蛋白質分子。1926年J.B.薩姆納首先得到結晶蛋白質──脲酶。1955年F.桑格等測定瞭第一個蛋白質──胰島素──的一級結構。60年代,中國化學傢鈕經義、汪猷、邢其毅等首先從氨基酸全合成結晶牛胰島素,這是第一個有生理活性的人工合成蛋白質;S.穆爾和W.H.斯坦等設計瞭氨基酸分析儀;P.埃德曼設計瞭蛋白質自動順序分析儀。最近,高效液相色譜、質譜、計算機和氣相順序儀等的應用,使蛋白質結構的研究獲得很大發展。

  1952年L.C.鮑林提出蛋白質構象的假說,認為在肽鍵中有α-螺旋、β-折疊和β-轉角等。1960年J.C.肯德魯等首次用X射線衍射法測定瞭蛋白質的晶體結構,揭示瞭肌紅蛋白的三維空間結構,證實瞭α-螺旋的存在,並揭示出其二級和三級結構。M.F.佩魯茲等通過對血紅蛋白結構的研究,從分子水平闡明瞭鐮刀形貧血癥的病因。中國科學工作者對胰島素三維空間結構的研究達到瞭1.2埃分辨率的水平,最近又研究瞭天花粉蛋白的空間結構。(見彩圖)

天花粉蛋白分子結構模型

  分類 蛋白質的種類繁多,按分子形狀可分為球蛋白(如免疫球蛋白、肌紅蛋白等)、纖維蛋白(如肌肉的結構蛋白、膠原蛋白、彈性蛋白等);按蛋白質功能可分為活性蛋白(如酶、激素蛋白等)、非活性蛋白(如膠原蛋白、角蛋白、彈性蛋白等);按化學組成可分為簡單蛋白和結合蛋白(又稱復合蛋白)兩大類,簡單蛋白僅由多肽鏈組成,結合蛋白除含有多肽鏈外,還有非蛋白部分如核酸、脂肪、糖、色素和金屬絡合離子(見配位化合物)等。

  結構 氨基酸是蛋白質結構的基本單位,常見的有20種氨基酸,都是L-α-氨基酸。它們按一定順序以酰胺鍵(即肽鍵)形式首尾縮合,連接成一條或幾條多肽鏈,每條鏈稱為亞基,鏈與鏈之間由共價鍵或氫鍵相聯,有時也結合糖類、脂類、核酸等分子,具有復雜的三維空間結構,含有碳、氫、氧、氮,大都含有硫,有時還含有磷和金屬等。

  一級結構 或稱化學結構。是指蛋白質中以共價鍵相連的氨基酸的排列順序。蛋白質一級結構通式如圖。

目前已揭示出一級結構的蛋白質已有1000多個,其中最大的為 APO-B100蛋白質(由4536個氨基酸殘基組成)。由於核酸結構分析技術最近的迅速發展,已經可按三聯密碼(見 核酸),從已知的核酸結構中直接翻譯出蛋白質的結構。中國目前已揭示出綠豆胰蛋白酶抑制劑(72個氨基酸殘基)和引產中藥天花粉蛋白(234個氨基酸殘基)的一級結構。

  二級結構 指多肽鏈主鏈骨架中的若幹肽段,各自以鏈內的氫鍵聯系,沿著某個軸盤旋或折疊,從而形成有規則的構象,如α-螺旋、β-折疊和β-轉角等。

  三級結構 多肽鏈在二級結構的基礎上,由於相隔較遠的氨基酸殘基側鏈的相互作用,發生范圍廣泛的盤旋和折疊,從而產生特定的三維空間結構。

  四級結構 各個亞基在低聚蛋白中的空間排佈和亞基之間的相互作用。這裡不考慮亞基本身的構象。由相同亞基構成的四級結構叫均一的四級結構,由不同亞基構成的四級結構叫非均一的四級結構。

  變性 蛋白質分子受某些物理因素(如熱、紫外線、超聲波、高壓等)和化學因素(如酸、堿、有機溶劑、重金屬鹽類、尿素、胍、表面活性劑等)影響,引起蛋白質分子二、三、四級結構的異常變化,從而導致生物活性的喪失和物理、化學性質的異常變化。

  變性可分可逆和不可逆兩種。可逆變性是指除去變性因素後蛋白質構象可以恢復原狀的,如加尿素和胍等可引起蛋白質變性,除去尿素和胍後蛋白質構象即可恢復原狀。不可逆變性是指除去變性因素後蛋白質構象不能恢復原狀,如加熱能使蛋白質變性,除去熱後蛋白質構象不能恢復原狀。

  人工合成 20世紀60年代,中國化學傢從氨基酸人工全合成具有生理活性的蛋白質──結晶牛胰島素──和14C 標記的牛胰島素。(見彩圖)

人工全合成牛胰島素結晶——世界上第一個化學全合成的、有生理活性的蛋白質 中國科學院上海有機化學研究所供稿