蛋白质分子中的氨基酸属于
蛋白质
蛋白质的英文名称protein,源于希腊文,是“第一重要”的意思。蛋白质分子是由氨基酸首尾相连而成的肽链,并具有特有的空间结构而发挥生物学功能。蛋白质的相对分子质量很大,大约6000到100万不等,例如胰岛素,它的相对分子质量大约5700。对于一种特定的蛋白质,它的氨基酸组成、序列和肽链的长度是相等的,例如甲同学和乙同学的胰岛素是一样的。
每种细胞活性都依赖于1种或几种特定的蛋白质。归纳起来,蛋白质的生物学功能主要包括:1、新陈代谢中起催化作用的酶;2、调节基因表达和其它蛋白质执行生理功能,例如胰岛素是调节体内血糖代谢的激素;3、转运物质,例如血红蛋白将氧气从肺转到其它组织,血清白蛋白将脂肪酸从脂肪组织转运到各器官;4、贮存氮元素和铁元素等营养成分;5、运动功能,例如肌肉的收缩;6、结构成分,例如骨、韧带和皮中的胶原蛋白;7、参与信号分子的识别和通讯;8、免疫功能。
每3个脱氧核糖核苷酸序列编码1个氨基酸,例如UUU编码苯丙氨酸,UUA编码亮氨酸。参与蛋白质组成的常见氨基酸只有20种。理论上,4种脱氧核糖核苷酸可以编码4X4X4=64种氨基酸,已足够使用。地球上千千万万个物种和生命皆源于此。
20种氨基酸的生物合成概况
氨基酸是组成人体蛋白的基本单位,相邻氨基酸分子之间通过脱水缩合形成的酰胺键被称为肽键。
氨基酸分子之间通过脱水形成肽链,产物称为肽。著名的肽有:谷胱甘肽及多肽类激素(促肾上腺皮质激素)等。
蛋白质是一切生命的物质基础。蛋白质即是构造组织和细胞的基本材料,又与各种形式的生命活动息息相关。
蛋白质的基本单位——氨基酸是分子中具有氨基(-NH2)和羧基(-COOH)的一类化合物。由一个氨基酸的α-羧基和另一个氨基酸的α-氨基组成的共价键为酰胺键,又称为肽键。
自然界中的氨基酸有300多种,但构成人体蛋白质的氨基酸只有21种。
在21种人体成蛋白氨基酸中有9种不同由人体合成或合成速度不能满足机体需求,必须由食物提供,称为“必需氨基酸”。它们是亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、组氨酸、苏氨酸、色氨酸和缬氨酸。
半胱氨酸和酪氨酸在体内可由蛋氨酸和苯丙氨酸转变生成,如果膳食中直接提供半胱氨酸和酪氨酸则人体对蛋氨酸和苯丙氨酸的需要量可分别减少30%和50%。所以这2种氨基酸被称为半必需氨基酸。
其他10种氨基酸被称为“非必需氨基酸”,它们是甘氨酸、丝氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、谷氨酸、谷氨酰胺、精氨酸、脯氨酸、丙氨酸和硒代半胱氨酸。
肽是氨基酸的线性聚合物,因此也常称为肽链。蛋白质是一条或多条具有确定的氨基酸序列的多肽链构成的大分子。
除蛋白质外,蛋白质的部分水解物和生物体内游离存在的某些激素和抗生素也是多肽,只是它们相较于蛋白质而言比较短。
「生物化学基础知识」之「氨基酸与多肽」,20种氨基酸的生物合成概况
四种DNA字母要编码20种氨基酸。绝不可能是一对一编码,也不可能是二对一编码,因为两个字母最多只能组成16种组合(4×4)。因此,最低要求是三个字母,也就是DNA序列里面最少要有三个字母对应到一个氨基酸,被称为三联密码,后来被克里克和西德尼·布伦纳证实。
但是这样看起来似乎很浪费,因为用四种字母组成三联密码,总共可以有64种组合(4×4×4),这样应该可以编码64个不同的氨基酸,那为什么只有20种氨基酸呢?一定有一个神奇的答案来解释为什么4种字母,3个一组,拼成64个单词,然后编码20种氨基酸。
1952年,沃森就曾写信告诉克里克:“DNA合成信使RNA(mRNA), mRNA合成蛋白质。”克里克开始研究这一小段mRNA的字母序列,如何翻译成蛋白质里面的氨基酸序列。他认为mRNA可能需要一系列“适配器”来帮助完成翻译,每一个适配器都负责携带一个氨基酸。当然每一个适配器一定也是RNA,而且都带有一段“反密码子”序列,这样才能和mRNA序列上的密码子配对。
适配器分子也由RNA分子组成。它们现在叫作“转运RNA”或tRNA。现在整个工程变得有点像乐高积木,一块块积木接上来又掉下去,一切顺利的话,它们就会这样一个接一个地搭成精彩万分的聚合物。
随着实验技术进步而且越来越精密,在20世纪60年代中期许多实验室陆续解开了序列密码。然而经过一连串不懈的译码工作后,大自然却好像随兴地给了个潦草结尾,让人既困惑又扫兴。遗传密码子的安排一点也不具创意,只不过“简并”了(意思就是说,冗余)。有三种氨基酸可对应六组密码子,其他的则各对应一到两组密码子。每组密码子都有意义,还有三组的意思是“在此停止”,剩下的每一组都对应一个氨基酸。这看起来既没规则也不美,根本就是“美是科学真理的指南”这句话的最佳反证。甚至,我们也找不出任何结构上的原因来解释密码排列,不同的氨基酸与其对应的密码之间似乎并没有任何物理或化学的关联。
克里克称这套让人失望的密码系统为“冻结的偶然”,而大部分人也只能点头同意。他说这个结果是冻结的,因为任何解冻(试图去改变密码对应的氨基酸)都会造成严重的后果。一个点突变也许只会改变几个氨基酸,而改变密码系统本身却会从上到下造成天大灾难。就好似前者只是一本书里无心的笔误,并不会改变整本书的意义,然而后者却将全部的字母转换成毫无意义的乱码。克里克说,密码一旦被刻印在石板上,任何想改动它的企图都会被处以死刑。这个观点至今仍有许多生物学家认同。
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