蛋白质：生命活动的物质基础

蛋白质存在于一切生物体中，是组成生物体细胞的基础物质。动物的肌肉、血液、乳、神经、毛、角、蹄等主要是由蛋白质构成的；植物体中的叶绿素、根茎、种子和果实等也含有一定的蛋白质。此外，生物体内起调节作用的一些激素，以及致病的病毒和免疫的抗体等也都是蛋白质。可以说，没有蛋白质就没有生命，蛋白质是生命活动的物质基础，一切生命现象和生理活动都离不开蛋白质。

所有蛋白质都含有碳、氢、氧、氮4种元素，有些蛋白质还含有硫、磷、铁、铜、锰、锌和碘等其他元素，其中氮元素是蛋白质的特征元素。各种蛋白质含氮量都比较接近，一般为15%～17%（质量分数），平均为16%，即每克氮相对于6.25g蛋白质。

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三聚氰胺

三聚氰胺是三嗪类含氮杂环有机化合物，简称三胺，俗称“蛋白精”，分子式为C3N6H6，是一种用途广泛的基本有机化工中间产品。

三聚氰胺的含氮量高达66.7%（质量分数），比蛋白质平均含氮量16%（质量分数）高出许多，因此常被不法商人掺进食品或饲料中，以提升食品或饲料中的蛋白质含量指标。常用的测试蛋白质含量的方法是凯氏定氮法，该法是通过测出样品中的含氮量乘以6.25来估算蛋白质含量的，因此，添加三聚氰胺会使食品或饲料中的蛋白质含量虚高，从而使劣质食品和饲料在检验机构只做粗蛋白质简易测试时蒙混过关。而且三聚氰胺是白色、无味的结晶粉末，所以掺杂后也不易被发现。目前比较先进的测试方法有HPLC-UV法、HPLC/MS法。

三聚氰胺进入人体后，发生水解生成三聚氰酸，后者和三聚氰胺作用形成大的网状结构，造成结石。

各种不同来源的蛋白质，在酸、碱或蛋白酶的作用下，水解的最终产物都是氨基酸。因此，氨基酸是组成蛋白质分子的基本单位。要认识蛋白质，必须首先认识氨基酸。

1.氨基酸

羧酸分子中烃基上的氢原子被氨基（—NH2）取代后的化合物，称为氨基酸。组成蛋白质的氨基酸几乎都是α-氨基酸，即氨基连在羧基的α位上。α-氨基酸的结构通式可表示为

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在组成生物体内蛋白质的20种氨基酸中，只有赖氨酸、色氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸、缬氨酸、亮氨酸等8种氨基酸是人体内一般不能自己合成而必须从食物中摄取的，这些氨基酸称为必需氨基酸。当食物中缺乏这些氨基酸时，就会影响人体的正常生长和发育。因此，日常生活中，人们要注意合理膳食，科学营养，保证人体必需氨基酸的摄取量。

氨基酸是无色晶体，一般易溶于水，难溶于有机溶剂。有些氨基酸有甜味或甘味。氨基酸的熔点一般在200～300℃之间。

（1）氨基酸的两性

氨基酸分子中既含有碱性的氨基，又含有酸性的羧基，因此既能与酸作用生成盐，又能与碱作用生成盐，表现出两性。

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味精是人所共知的调味品，但它的诞生至今还不到100年。味精的化学名称是谷氨酸钠，又叫麸胺酸钠。据研究，少量的味精可以增进人们的食欲，提高人体对其他食物的吸收能力，对人体有一定的滋补作用。因为味精里含有大量的谷氨酸，是人体所需的一种氨基酸，96%（质量分数）能被人体吸收，形成人体组织中的蛋白质。

（2）氨基酸与水合茚三酮的反应

【实验8-9】在1支试管中加入1%（质量分数）甘氨酸溶液1mL，再滴入2～3滴水合茚三酮溶液，水浴加热，观察现象。

实验表明，α-氨基酸可与水合茚三酮反应，生成蓝紫色的溶液。该法常用来检验α-氨基酸的存在。

2.蛋白质

蛋白质是由几十到几百甚至几千个α-氨基酸分子脱水缩合而相互连接起来的含氮生物大分子化合物，结构复杂，可分为一级结构、二级结构、三级结构和四级结构等四个层次，其中，二、三、四级结构统称为空间结构。

图8-6-7　蛋白质结构示意图

蛋白质可按其分子形状、分子组成及其溶解度分类。根据分子形状，蛋白质可分为球状蛋白质和纤维状蛋白质；根据分子组成，蛋白质可分为单纯蛋白质和结合蛋白质两大类。只有氨基酸组成的蛋白质称为单纯蛋白质，如清蛋白、球蛋白、组蛋白等；由单纯蛋白质和非蛋白质分子（辅基）结合而成的蛋白质称为结合蛋白质。此外，根据蛋白质的功能不同，蛋白质可分为活性蛋白和非活性蛋白。

蛋白质含有多种氨基酸分子，因此具有一些与氨基酸相似的性质，如具有两性性质等。但它与氨基酸也有质的区别，如可以发生盐析、变性和颜色反应等。

（1）蛋白质的盐析

【实验8-10】取2mL 20%（质量分数）鸡蛋清溶液于试管中，缓慢加入2mL饱和（NH4）2SO4溶液，观察有无沉淀析出。取上述反应液1mL于另1支试管中，加入4～5mL水，轻轻振荡，观察沉淀是否溶解。

实验表明，在蛋白质水溶液中加入足量的盐类，可析出沉淀，这种现象叫盐析。盐析作用是可逆的，盐析出的蛋白质稀释后能溶解并仍保持原来的性质，不影响蛋白质的活性。因此，可用多次盐析和溶解的方法，分离和提纯蛋白质。

（2）蛋白质的变性

蛋白质受到物理或化学因素的影响，而引起蛋白质某些理化性质的改变和生物学功能的丧失，这种现象叫做蛋白质的变性。能使蛋白质变性的因素很多，物理因素有加热、高压、强烈震荡、紫外线照射等，化学因素有强酸、强碱、重金属盐等。(www.xing528.com)

【实验8-11】在2支试管中各加入2mL 20%（质量分数）鸡蛋清溶液，给其中的1支试管加热，在另1支试管中滴入1～2滴饱和Pb（CH3COO）2溶液，观察现象。然后再向2支试管中各加入5mL水，轻轻振荡，观察现象。

实验表明，蛋白质的变性是一个不可逆过程，变性后的蛋白质在水中不能重新溶解，同时也失去了原有的生理活性。

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蛋白质的变性有许多实际的应用，如酒精、蒸煮或高压、紫外线照射等方法进行消毒、灭菌，农业上用“福尔马林”、波尔多液杀菌，防治病害等。在日常生活中，人们加热烹调食物的过程实际上就是蛋白质的变性过程，食物中的蛋白质变性后，酶才能发挥作用将其消化，以利于人体吸收。

有时，我们又要避免蛋白质的变性，如将疫苗、抗血清等在低温、干燥或避光等条件下保存，以防止蛋白质变性。

（3）蛋白质的颜色反应

【实验8-12】向1支试管中加入2mL鸡蛋清溶液和2mL 10%（质量分数）NaOH溶液，再滴入2滴1%（质量分数）CuSO4溶液，观察现象。

蛋白质能与硫酸铜的碱性溶液发生反应生成紫色化合物，此反应有称为双缩脲反应。通常利用此反应检验某些样品中是否含有蛋白质。

课堂反馈

1.选择题：

（1）下列化合物中，属于非还原糖的是（　）。

A.麦芽糖　B.蔗糖　C.果糖　D.葡萄糖

（2）淀粉彻底水解得到的主要产物是（　）。

A.二氧化碳和水　B.果糖　C.葡萄糖　D.葡萄糖和果糖

（3）下列糖类物质中，本身不具有还原性，但经水解后具有还原性的是（　）。

A.葡萄糖　B.果糖　C.蔗糖　D.麦芽糖

（4）各种蛋白质的含氮量都很接近，平均质量分数为（　）。

A.2%　B.10%　C.16%　D.25%

（5）下列氨基酸中，不属于必需氨基酸的是（　）。

A.苯丙氨酸　B.苏氨酸　C.丙氨酸　D.甲硫氨酸

2.试用化学方法鉴别下列各组化合物：

（1）葡萄糖和蔗糖　（2）麦芽糖和淀粉

3.什么叫盐析？盐析是可逆的，还是不可逆的？

4.什么叫蛋白质的变性？哪些因素可以使蛋白质变性？

■知识链接

营养与膳食

为了满足机体合理营养的需要，人们必须每日通过膳食向机体供给一定数量的各种营养素，这一数量可以称为每日膳食中营养素供给量。营养素的种类很多，主要包括糖类、油脂、蛋白质、维生素、矿物质和水六类物质。它们可以互相补充、互相制约，共同调理。在我们日常食物中，没有一种食物能满足人们所需的一切营养素，必须吃多样的食物来满足各种营养素的供给。

图8-6-8　平衡膳食“宝塔”示意图

如果某种营养素摄入过多或过少都会造成营养失调，使营养素互相补充、互相制约的作用被破坏，以致身体内平衡被打乱，造成机体失调，从而诱发多种疾病。我们的祖先很早就已经注意到人们的饮食与医疗、健康之间有着非常密切的关系。在2000多年前的《黄帝内经·素问》中已提出“五谷为养、五果为助、五畜为益、五菜为充”的见解，讲食物分为四大类，并以“养”“助”“益”“充”来代表每一类食物的营养价值和在膳食中的合理配比；还提出了“饮食有节，饮食以时，饥饱得中”等认识。这些均与现代营养学的膳食调配和饮食适量的观点一致，图8-6-8为平衡膳食“宝塔”示意图。因此，对于膳食质量的要求既要满足各类人群对营养素的生理需要，避免营养缺乏症；又要避免因某些营养素摄入过多而导致机体的负担与代谢的紊乱。例如，在膳食中蛋白质比例过低会在人群、尤其在幼儿中引起营养性水肿，维生素缺乏引起各种维生素缺乏症，钙缺乏引起佝偻病，铁缺乏引起缺铁性贫血；摄入维生素A、维生素D过多也会中毒，适量的维生素A、维生素E或锌会促进免疫功能的提高。片面强调营养素越多越好是错误的，盲目追求全营养也是不恰当的。全营养、高营养，必然引起某种营养素摄入过多，一方面造成浪费，同时又会影响机体对真正缺乏的营养素的吸收和利用。膳食平衡就是要合理地调配膳食，保持膳食中各种营养素之间的平衡，保持身体的健康。