蛋白质的种类及其作用

蛋白质的种类及其作用

阿力木江 · 依明 【 1 】

（ 新疆维吾尔自治区叶城县第三中学 新疆喀什 844900 ）

摘要 ：蛋白质是生物大分子 ，承担着主要生命活动 ，蛋白质相关的内容涉及到细胞的结构，跨膜运输，能量代谢，细胞的分裂，基因的表达 ，膜电位的变化，动植物生命活动的调节及发酵技术；其实大都是蛋白质是结合蛋白，它们的结构和组成决定蛋白质的特异性。即蛋白质发挥作用的过程中既它的构象（立体结构）发生变化，恢复构象 。
关键词： 蛋白质 、 结合蛋白 、糖蛋白、酶、载体 、 ATP水解酶 、主动运输
我们知道蛋白质是由各种氨基酸按一定的序列缩合而成的生物大分子，也是生命活动的主要承担者。关于蛋白质的内容是高中生物教材中的核心内容之一，在高中对部分师生关于蛋白质的认识只限于简单蛋白质，其实高中生物学中所谓的大部分蛋白质由蛋白质和非蛋白质组成的结合物，它是作为生物大分子种类多结构和功能极为复杂，只靠教材不能充分的理解蛋白质及其种类和功能。
酶根据分子组成分为简单蛋白质和组合蛋白质两大类；完全由氨基酸缩合而形成的叫做简单蛋白质，如胰岛素。各种简单蛋白质和非蛋白物质通过共价键结合成核蛋白、脂蛋白、色蛋白、金属蛋白、肽聚糖、糖蛋白等结合蛋白，其中非蛋白部分叫做辅基。核蛋白由蛋白质与核酸组成。由于核酸是两种，所以核蛋白也分为核糖核蛋白（核糖体）和染色体等两种。

核糖体由细胞质中合成的核糖体蛋白质与核仁中生成的rRNA联合而形成，它分布细胞质基质和线粒体，叶绿体，内质网等细胞器。染色体在细胞核内组蛋白和脱氧核糖核酸组合而形成。DNA病毒和RNA病毒也是典型的核蛋白。 脂蛋白 — 由蛋白质和脂质连接而成的，存在于生物膜和动物血浆中，脂蛋白中的蛋白质成为载脂蛋白，参与脂类的运输 。
色蛋白 — 由蛋白质和色素组成的，如血红蛋白，过氧化氢酶等；血红蛋白由珠蛋白和血红素（铁卟啉）组成的；过氧化氢酶是使血红素（铁卟啉）为辅基的氧化还原酶。
金属蛋白 — 与金属离子直接结合的蛋白质。如铁蛋白含Fe²⁺ ,固氮酶含Mo²⁺ ，羧肽酶含Zn²⁺ 等 。
肽聚糖— 是小分子肽和多糖通过共价键连接而成 ，是细菌细胞壁的成分。它保护细菌细胞。
糖蛋白—蛋白质和糖类通过共价键结合而成的结合蛋白。糖蛋白的特异性由蛋白质的种类和糖链来决定。糖蛋白分子中蛋白质为主，糖链作为辅基。通常分泌到体液或膜蛋白中，种类多，作用复杂；具体地说细胞内外酶的大都数是糖蛋白，即有起运输作用的载体（ATP酶），核酸酶类、蛋白酶类、抗体、抗原、干扰素、受体、凝集素、动物和人体的很多种激素、血型物质都是蛋白质和糖类结合而成的结合蛋白。下面以酶核载体为例解释糖蛋白及辅基的作用和机理。

酶根据组合成份分为单纯蛋白类酶和结合蛋白类酶两种；单纯蛋白类酶包括蛋白酶、脲酶、淀粉酶，脂肪酶、核糖核酸酶等部分水解酶等。而结合蛋白类酶由蛋白质和非蛋白质部分组成。结合酶由蛋白质部分和和非蛋白部分（辅因子）组成，如转移酶、氧化还原酶等。
其中蛋白质部分叫做酶蛋白，非蛋白部分叫做辅因子（辅基），一种酶蛋白只能和一种专一性的辅基结合变成全酶，并成为特异性酶 。酶分子之所以具有催化能力，因为它具有活性部位；活性部位是指酶分子中直接和底物结合，并和酶催化作用直接有关的部位；单纯酶的活性部位有氨基酸残基的侧链组成，结合酶的辅基上的某一部分是活性部位的组成部分。酶蛋白和辅基单独存在时均无催化能力，只要结合状态才表现出完全的酶活力。
酶蛋白 + 辅因子 = 全酶
全酶的酶蛋白本身决定酶促反应的专一性；而不同的辅基起以下不同的作用 ：①维持酶分子的活性构象②作为电子及特殊功能基团的载体③酶与底物之间起连接作用④中和离子、降低反应中的静电斥力。
酶转移性的机理：酶和底物的专一性主要取决于酶分子与底物结合部位的空间结构（构象）。如胰蛋白酶的底物结合部位有一个凹穴，其底部有一个负电荷，因此适合带有正电荷侧链氨基酸残基插入，结果胰蛋白酶水解赖氨酸和精氨酸的羧基端形成的肽键；按照以上的原理各种酶特异性的水解（切割）不同氨基酸之间的肽键。这种机理使酶具有特异性。从中可以知道蛋白酶或肽酶都水解（断裂）肽键，但不同的蛋白酶对各种蛋白质或肽链的氨基酸序列能够识别并指定的位点切割肽键，又如胃蛋白酶催化具有苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、亮氨酸谷氨酸谷氨酰胺等之间的肽键，使其变化为短肽；糜蛋白酶水解含有苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸羧基形成的肽键。氨肽酶将肽键从氨基端（N-末端）切割，羧肽酶将肽键从羧基褍切割，结果是蛋白质或肽链最终水解成游离的氨基酸。

载体：载体之所以对进出细胞的化合物具有选择透过性，因为载体对透过的化合物特异的亲和力，并在其内部有适合某种化合物的通道。主动运输为例解释载体蛋白的运输机理。
主动运输是出入细胞的物质逆浓度梯度运输的方式，需要载体和ATP的提供能量，载体镶嵌在细胞膜磷脂双分子层的糖蛋白，这种载体（ATP酶）（下面简称载体）］的膜外的部份是与被运输的物质相结合，膜内的部分是水解ATP，这种运输所利用的载体既离子泵，又水解（ATP）酶，是复合体，必须Na⁺、K⁺、Mg²⁺的存在才有活性 。
动物细胞内K⁺ 多于Na⁺，而细胞外正恰相反，当载体与ATP接触时，将ATP 水解成ADP和磷酸（Pi） ，释放能量 ；载体的细胞膜的内侧与磷酸根（Pi）结合，这引起载体的膜内部分的构象变化， 这又连锁引起膜外侧的构象变化，结果对Na⁺、K⁺亲和力发生变化 。即Na⁺ 及Mg²⁺ 在膜内与载体结合，促进ATP的水解，结果使Na⁺结合的部位转向膜外，这种水解ATP的载体对Na⁺ 的亲和力低，而K⁺ 的亲和力高 ，因而使Na⁺ 释放到膜外，而K⁺ 结合。K⁺ 结合载体后磷酸根（Pi）解离，载体的构象回复原状，这时候它对Na⁺亲和力高，而K⁺ 亲和力低 ，这引起与K⁺ 结合部位转向膜内侧，使K⁺ 释放到膜内而与Na⁺ 结合 ；通过以上机理完成Na⁺、K⁺ 跨膜运输 。这种机理存在动物细胞和细菌，植物细胞中未发现 。