纤维素葡萄糖细胞壁纸和芹菜的纤维(glucose)几丁质修饰过的葡萄支持结构螃蟹壳糖3.2细胞的化学功能是由蛋白质实现的蛋白质的多种功能2e图3.4一些较常见的结构蛋白。（a）胶原蛋白：网球拍上的纤维，从肠组织中获得；（b）血纤维蛋白：血凝块的扫描电子显微镜照片（3000倍）；(c)角蛋白：孔雀的羽毛：(d)丝：蛛网：（e）角蛋白：人的头发我们的讨论将从蛋白质这一构成生物体的大分子开始（见表3.1），有机体内的蛋白质，从结构到功能都有很大差异（表3.2及图3.4）
纤维素 葡萄糖 （glucose） 细胞壁 纸和芹菜的纤维 几丁质 修饰过的葡萄 糖 支持结构 螃蟹壳 3.2 细胞的化学功能是由蛋白质实现的 蛋白质的多种功能 我们的讨论将从蛋白质这一构成生物体的大分子开始（见表 3.1），有机体内的蛋 白质，从结构到功能都有很大差异（表 3.2 及图 3.4）。 图 3.4 一些较常见的结构蛋白。（a）胶原蛋白：网球拍上的纤维，从肠组织中获得；（b） 血纤维蛋白：血凝块的扫描电子显微镜照片（3000 倍）；(c)角蛋白：孔雀的羽毛；(d)丝： 蛛网；(e)角蛋白：人的头发 (a) (b) (c) (d) (e)
1酶的催化作用。我们已经接触过一类蛋白质一一酶。酶作为生物催化剂，在生物体内催化特定的反应。正因为如此，酶的出现是生物进化中一个重要的里程碑。酶多是球蛋白，它的三维形状与被催化的化学物质十分吻合，依靠作用于特殊的化学键使反应容易进行。2防御。另一些球蛋白利用用自己的形状“识别”外来的微生物和癌细胞。这些细胞表面的受体形成了机体内分泌和免疫系统的核心。3转运。有一类球蛋白可以运输特定的小分子或离子。比如血红蛋白在血液中运输氧气；与其相似的肌红蛋白在肌肉中运送氧气。铁在血液中靠转铁蛋白(transferrin)运输。4支持。纤维蛋白（fibrousprotein）起结构作用。这些结构蛋白包括头发里的角蛋白(keratin)，凝血块中的血纤蛋白（fibrin）以及构成皮肤、骨骼、肌腱和韧带基质的胶原蛋白（collagen）。胶原是脊椎动物体内含量最丰富的蛋白。5运动。肌肉的收缩是依靠两种丝状蛋白，即肌动蛋白和肌球蛋白的相对滑动。收缩蛋白（contractileprotein）在构成细胞骨架和胞内物质运输中也起到重要作用。6调控。在动物体内，一些被称作激素的小分子扮演着胞间信使(intercellularmessenger)的角色。在细胞内，蛋白质也起着各种各样的调控作用，比如在发育过程中激活或关闭某些基因。另外蛋白质也是信息的接受者，在细胞膜表面充当受体。表3.2蛋白质的多种功能功能蛋白质的实例作用种类酶新陈代谢水解酶切开多糖（催化）蛋白酶分解蛋白质聚合酶合成核酸激酶使糖和蛋白质磷酸化防御抗体免疫球蛋白标记待消除的蛋白质毒素蛇毒阻断神经功能
1 酶的催化作用。我们已经接触过一类蛋白质——酶。酶作为生物催化剂， 在生物体内催化特定的反应。正因为如此，酶的出现是生物进化中一个重要的里 程碑。酶多是球蛋白，它的三维形状与被催化的化学物质十分吻合,依靠作用于 特殊的化学键使反应容易进行。 2 防御。另一些球蛋白利用用自己的形状“识别”外来的微生物和癌细胞。 这些细胞表面的受体形成了机体内分泌和免疫系统的核心。 3 转运。有一类球蛋白可以运输特定的小分子或离子。比如血红蛋白在血液 中运输氧气；与其相似的肌红蛋白在肌肉中运送氧气。铁在血液中靠转铁蛋白 (transferrin)运输。 4 支持。纤维蛋白（fibrous protein）起结构作用。这些结构蛋白包括头发里 的角蛋白(keratin)，凝血块中的血纤蛋白（fibrin）以及构成皮肤、骨骼、肌腱和 韧带基质的胶原蛋白（collagen）。胶原是脊椎动物体内含量最丰富的蛋白。 5 运动。肌肉的收缩是依靠两种丝状蛋白，即肌动蛋白和肌球蛋白的相对滑 动。收缩蛋白（contractile protein）在构成细胞骨架和胞内物质运输中也起到重 要作用。 6 调控。在动物体内，一些被称作激素的小分子扮演着胞间信使(intercellular messenger)的角色。在细胞内，蛋白质也起着各种各样的调控作用，比如在发育 过程中激活或关闭某些基因。另外蛋白质也是信息的接受者，在细胞膜表面充当 受体。 表 3.2 蛋白质的多种功能 功能 蛋 白 质 的 种类 实例 作用 新陈代谢 酶 水解酶 切开多糖 （催化） 蛋白酶 分解蛋白质 聚合酶 合成核酸 激酶 使糖和蛋白质磷酸化 防御 免疫球蛋白 抗体 标记待消除的蛋白质 毒素 蛇毒 阻断神经功能
细胞识别细胞表面抗原主要组织相容性复本体识别合体蛋白（MHC）体内运输球蛋白血红蛋白在血液中运输氧气和二氧化碳肌红蛋白在肌肉中运输氧气和二氧化碳细胞色素电子传递跨膜运输转运蛋白钠钾泵维持膜可兴奋状态质子泵化学渗透阴离子通道运输氯离子软骨支持结构纤维胶原蛋白角蛋白毛发,指甲血凝块血纤维蛋白运动肌肉肌动蛋白肌纤维收缩肌球蛋白肌纤维收缩调节渗透压白蛋白血清白蛋白保持血液渗透压基因调控阻遏蛋白lac阻遏蛋白调控转录胰岛素调节机体功激素调节血糖水平能抗利尿激素增加肾的保水能力催产素调节子宫收缩以及母乳分泌储藏铁蛋白结合离子储藏铁，特别是在脾脏酪蛋白在乳汁中储藏离子钙调蛋白结合钙离子蛋白质在各个方面起着不同的作用，包括催化、防御、物质运输、支持、运动以及调控细胞和机体的功能
细胞识别 细胞表面抗原 主要组织相容性复 合体蛋白（MHC） 本体识别 体内运输 球蛋白 血红蛋白 在血液中运输氧气和二氧化 碳 肌红蛋白 在肌肉中运输氧气和二氧化 碳 细胞色素 电子传递 跨膜运输 转运蛋白 钠钾泵 维持膜可兴奋状态 质子泵 化学渗透 阴离子通道 运输氯离子 支持结构 纤维 胶原蛋白 软骨 角蛋白 毛发,指甲 血纤维蛋白 血凝块 运动 肌肉 肌动蛋白 肌纤维收缩 肌球蛋白 肌纤维收缩 调节渗透压 白蛋白 血清白蛋白 保持血液渗透压 基因调控 阻遏蛋白 lac 阻遏蛋白 调控转录 调 节 机 体 功 能 激素 胰岛素 调节血糖水平 抗利尿激素 增加肾的保水能力 催产素 调节子宫收缩以及母乳 分泌 储藏 结合离子 铁蛋白 储藏铁，特别是在脾脏 酪蛋白 在乳汁中储藏离子 钙调蛋白 结合钙离子 蛋白质在各个方面起着不同的作用，包括催化、防御、物质运输、支持、运动 以及调控细胞和机体的功能
氨基酸是构成蛋白质的基本单位虽然蛋白质是复杂而又多变的大分子，它们却都是由20种氨基酸按照特定顺序排列构成的。很多科学家认为氨基酸是地球上最早出现的几种有机分子之一，地球早期的海洋极有可能含有多种多样的氨基酸。氨基酸的结构氨基酸分子含有一个氨基（一NH2）、一个羧基（一COOH）和一个氢原子，它们都与一个中心碳原子相连。R1H2N-C-COOH1H每个氨基酸特有的化学性质则是AminoacidAminoacid由它侧链（用R表示）的化学性质决R?HHCC-OHHCC-OH定的，侧链也与中心碳原子相连。例11IlOHOH如，当侧链是一CHOH时，这种氨基CH20Polypeptide chain酸（丝氨酸）具有极性，而当侧链是HHR一CH，时，这种氨基酸（丙氨酸）就是H-N-0C-C-1C-OH非极性的。基于侧链的差别，20种常HOHC图3.5肽键。一个氨基酸分子的一NH2末端见的氨基酸被划分为五类：和另一个氨基酸的一COOH末端相连形成肽1.非极性氨基酸：R基通常含键。由于肽键具有部分双键的性质，所以不能绕轴自由旋转。有一CH2或一CH3.例如亮氨Amino acid氨基酸，Aminoacid氨基酸，酸。Polypeptidechain多肽链2.极性不带电荷氨基酸：R基含有氧或仅仅有氢，如苏氨酸。3．带电荷的氨基酸：R基含有酸或碱，如谷氨酸。4.芳香族氨基酸：R基含有一个有机（碳）环，环上的原子由间隔的单双键逐次相连，例如苯丙氨酸。5.具有特殊功能的氨基酸：有其独特的化学性质，如甲硫氨酸通常在氨基酸链的首位，脯氨酸通常造成氨基酸长链的扭结，而半胱氨酸将链与链相连。由于其侧链化学性质的不同，每一种氨基酸对蛋白质的形状产生不同的影响。；
图 3.5 肽键。一个氨基酸分子的 。 －NH2 末端 和另一个氨基酸的－COOH 末端相连形成肽 键。由于肽键具有部分双键的性质，所以不 能绕轴自由旋转。 Amino acid 氨基酸，Amino acid 氨基酸， Polypeptide chain 多肽链 氨基酸是构成蛋白质的基本单位 虽然蛋白质是复杂而又多变的大分子，它们却都是由 20 种氨基酸按照特定 顺序排列构成的。很多科学家认为氨基酸是地球上最早出现的几种有机分子之 一，地球早期的海洋极有可能含有多种多样的氨基酸。 氨基酸的结构 氨基酸分子含有一个氨基（－NH2）、一个羧基（－COOH）和一个氢原子， 它们都与一个中心碳原子相连。 每个氨基酸特有的化学性质则是 由它侧链（用 R 表示）的化学性质决 定的，侧链也与中心碳原子相连。例 如，当侧链是－CH2OH 时，这种氨基 酸（丝氨酸）具有极性，而当侧链是 －CH3 时，这种氨基酸（丙氨酸）就是 非极性的。基于侧链的差别，20 种常 见的氨基酸被划分为五类： 1. 非极性氨基酸:：R 基通常含 有－CH2 或－CH3，例如亮氨 酸。 2. 极性不带电荷氨基酸：R 基含有氧或仅仅有氢，如苏氨酸。 3. 带电荷的氨基酸：R 基含有酸或碱，如谷氨酸。 4. 芳香族氨基酸：R 基含有一个有机（碳）环，环上的原子由间隔的单双 键逐次相连，例如苯丙氨酸。 5. 具有特殊功能的氨基酸：有其独特的化学性质，如甲硫氨酸通常在氨基 酸链的首位，脯氨酸通常造成氨基酸长链的扭结，而半胱氨酸将链与链 相连。 由于其侧链化学性质的不同，每一种氨基酸对蛋白质的形状产生不同的影响。； R | H2N－C－COOH | H
例如，当蛋白质的某一部分含有较多的非极性氨基酸时，它们由于疏NONAROMATIC舌二CH,CH,NonpolarCHCH,CHCHCH,CHHCH,AROMATICOHH,N-C-OHHNOHHNOHHNH!HiH!spleucine(le)AlaneVotnLuctneNH,NPolar unchargedCH2CH,CHzCHCHNHOH,N-CHONCCOHHONNOOHC-OHG-OHaCHOHHHOHOHOCHCH,H,NHN-COHH.Nyplap)(Try)(Phe-0HOOHHN-C-C-OHHSPECIALSTRUCTURALPROPERTYdGlutamine (Gn)claineThrenoHOHOCHSerine (Ser)eqine(Asn)eNHCHCH2CH2CH2NONAROMATIGNH,CH21二二二舌二CH2CH-C-OHlonizable(charged)HNCC-OHH2NCC-OHCH--NH,0HOHCorsHO0ProlineMethiCysteine二舌二YC(Pro)(Cys)(Met)CHCHaCHabHeHINCCOHHINO-OOHHN-C-OHHN-C-C-OHHN-C-C门OH1HOHiCaurasHialaneArananoaare图3.620种常见的氨基酸。每种氨基酸都有相同的的化学结构骨架，只是在其侧链（或叫R基）上有所不同。氨基酸中的六种是非极性的一—它们的R基含有-CH2或一CH3，其中的两种分子又由于其有环状结构比其它四种更大一些，而环状结构使它们具有芳香性。另外的六种在它们的R基中含有氧，或是仅仅含氢，所以具有极性。这些不带电荷的氨基酸的极性各不相同。另外五种氨基酸是极性的，由于其R基的末端是酸或碱，它们可以电离为带电的分子。剩余的三种有特殊的化学性质，可以连接蛋白质的肽链，或是蛋白质链中的扭结。SPECIALSTRUCTURALPROPERTY特殊的结构性质，Proline(Pro）脯氨酸，Methionine(Met）甲硫氨酸，Cysteine(Cys）半胱氨酸，NONAROMATIC非芳香性，ARMATIC芳香性，Nonpolar非极性，Alanine(Ala）丙氨酸，Valine(Val）氨酸，Leucine(Leu）亮氨酸，Isoleucine(Ile）异亮氨酸，Phenylalanine(Phe）苯丙氨酸，Tryptophan(Trp）色氨酸，Polaruncharged极性不带电荷，Glycine(Gly）甘氨酸，Serine(Ser）丝氨酸，Threonine(Thr）苏氨酸，Asparagine(Asn）天冬酰胺，Glutamine(Gln)谷氨酰胺，Tyrosine(Tyr）酪氨酸，lonizable(charged)离子化（带电），Glutamicacid谷氨酸(Glu)，Asparticacid(Asp）天门冬氨酸，Histidine(His）组氨酸，lvsine(Lvs）赖氨酸，Arginine(Arg）精氨酸水作用而倾向于折叠入蛋白质内部。蛋白质是氨基酸的聚合体除了R基，当氨基酸电离时，它的一端是带正电的氨基，而另一端是带负电的羧基。一个氨基酸的氨基和另一个氨基酸的羧基会发生聚合反应，失去一分
例如，当蛋白质的某一部分含有较多的非极性氨基酸时，它们由于疏 水作用而倾向于折叠入蛋白质内部。 蛋白质是氨基酸的聚合体 除了 R 基，当氨基酸电离时，它的一端是带正电的氨基，而另一端是带负 电的羧基。一个氨基酸的氨基和另一个氨基酸的羧基会发生聚合反应，失去一分 图 3.6 20 种常见的氨基酸。每种氨基酸都有相同的的化学结构骨架 。 ，只是在其侧链 （或叫 R 基）上有所不同。氨基酸中的六种是非极性的——它们的 R 基含有－CH2 或－CH3，其中的两种分子又由于其有环状结构比其它四种更大一些，而环状结构使 它们具有芳香性。另外的六种在它们的 R 基中含有氧，或是仅仅含氢，所以具有极 性。这些不带电荷的氨基酸的极性各不相同。另外五种氨基酸是极性的，由于其 R 基的末端是酸或碱，它们可以电离为带电的分子。剩余的三种有特殊的化学性质， 可以连接蛋白质的肽链，或是蛋白质链中的扭结。 SPECIAL STRUCTURAL PROPERTY 特殊的结构性质，Proline(Pro) 脯氨酸， Methionine(Met) 甲硫氨酸，Cysteine(Cys) 半胱氨酸，NONAROMATIC 非芳香性， ARMATIC 芳香性， Nonpolar 非极性，Alanine(Ala) 丙氨酸，Valine(Val) 缬氨酸， Leucine(Leu) 亮氨酸，Isoleucine(IIe) ]异亮氨酸， Phenylalanine(Phe) 苯丙氨酸 ， Tryptophan(Trp) 色氨酸，Polar uncharged 极性不带电荷，Glycine(Gly) 甘氨酸， Serine(Ser) 丝 氨 酸 ， Threonine(Thr) 苏 氨 酸 ， Asparagine(Asn) 天 冬 酰 胺 ， Glutamine(Gln)谷氨酰胺，Tyrosine(Tyr) 酪氨酸，Ionizable(charged)离子化（带电）， Glutamic acid 谷氨酸(Glu)，Aspartic acid(Asp) 天门冬氨酸，Histidine(His) 组氨酸， lysine(Lys) 赖氨酸，Arginine(Arg) 精氨酸