一、蛋白质的分类

蛋白质的种类繁多，可以从不同的角度，根据它们的不同特征进行分类。

1．根据蛋白质的形状分类

(1)纤维蛋白如丝蛋白、角蛋白、胶原蛋白等。

(2)球蛋白如蛋清蛋白、酪蛋白、胰蛋白、酶等。

2．根据蛋白质的化学组成分类

(1)单纯蛋白仅由氨基酸单位组成的蛋白质，如球蛋白、角蛋白、谷蛋白等。

(2)结合蛋白结合蛋白质是由单纯蛋白质和非蛋白质部分结合而成的。非蛋白质部分叫做辅基。按辅基种类不同，结合蛋白质又可分为：

脂蛋白：单纯蛋白质与脂类结合。

糖蛋白：单纯蛋白质与糖类结合。

核蛋白：单纯蛋白质与核酸结合。

磷蛋白：单纯蛋白质与磷酸结合。

色蛋白：单纯蛋白质与有色化合物结合。

金属蛋白：单纯蛋白质与金属离子结合。

3．根据蛋白质的生理功能分类

(1)酶蛋白起催化作用。

(2)激素蛋白起调节作用。

(3）抗体蛋白起免疫作用。

(4)输送蛋白起输送作用。

(5)收缩蛋白主管机体的运动。

二、蛋白质的元素组成

蛋白质是由氨基酸组成的一类天然高分子化合物。通常把相对分子质量在1万以上的多肤称为蛋白质。所有蛋白质都含有碳、氢、氧、氮4种元素；大多数蛋白质还含有硫；有些蛋白质含有磷；少量蛋白质还含有微量铁、铜、锰、锌；个别蛋白质还含有碘等元素。

生物组织中所含的氮，绝大部分存在于蛋白质中，而氮含量的变化幅度不大，一般为15%~17%，平均为16%。因此生物样品中每克氮的存在，就意味着样品中大约含蛋白质（粗蛋白）6.25go。6.25就常用作蛋白质转换系数。因此只要测定出样品的含氮量，然后再乘以换算系数6.25，即可求出蛋白质的近似含量，或叫粗蛋白含量。

粗蛋白含量≈样品的含氮量×6.25

三、蛋白质的结构

蛋白质的物理、化学性质和生理功能都依赖于它们的结构，因此，了解蛋白质的结构有利于掌握蛋白质的理化性质和研究蛋白质的生物化学问题和现象。

蛋白质的结构相当复杂，通常用一级结构、二级结构、三级结构、四级结构4种不同的层次来描述。通常将蛋白质的一级结构称为初级结构，属于化学键结构；蛋白质的二级、三级、四级结构统称空间结构，指的是蛋白质分子中原子和基团在三维空间的排列和分布。

1．蛋白质的一级结构

一级结构是指蛋白质分子中氨基酸残基按一定顺序排列以肤键连接的多钛长链。各种蛋白质的生物活性首先是由一级结构决定的。蛋白质分子中只要改变一个氨基酸的种类和位置，就可能导致整个蛋白质的空间结构和生理功能改变。目前已获得了多种蛋白质的一级结构，如上一节中牛胰岛素的结构简式，就是它的一级结构。

2．蛋白质的二级结构

蛋白质的二级结构是指蛋白质分子中的原子和基团在空间的排列分布以及钛链的走向。蛋白质的二级结构的一种形式是a一螺旋，即一条钛链可以通过一个钛键中羰基氧与另一个钛键中亚氨基氢形成氢键而绕成螺旋，这种螺旋叫做a-螺旋。

天然蛋白质的a－螺旋绝大多数是右手螺旋，每圈中有3.6个氨基酸单位。相隔4个钛键形成氢键，氢键取向几乎与中心轴平行。氨基酸的侧链R伸向外侧，两个螺旋之间的距离大约为5.4×10-10m。螺旋直径为1×10-9~1.1×10-9m,中间空隙很小，溶剂分子无法进入。a-螺旋是蛋白质二级结构的主要形式，a-螺旋在蛋白质中的含量，因蛋白质种类不同而异。如毛发中的角蛋白、肌组织中的肌球蛋白、皮肤表皮蛋白等纤维状蛋白，都呈a-螺旋结构，且往往数条螺旋拧在一起形成缆索状，从而增强其机械强度并使其具有弹性。有些蛋白质中的多钛链不是整条钛链形成螺旋，而是部分呈a-螺旋。

蛋白质的另一种二级结构是由两条钛链之间，或一条钛链的两段之间形成氢键而将钛链拉在一起形成折叠片状，叫做β-折叠片二级结构。两条钛链可以是平行的（N-端到C-端是相同的），也可以是反平行的。

3．蛋白质的三级结构

蛋白质的三级结构是指在二级结构的基础上进一步卷曲折叠，构成具有特定构象的紧凑结构。蛋白质的三级结构稳定性主要靠二硫键、氢键、醋键、盐键和疏水交互作用（统称为副键）等维持。

具有三级结构的蛋白质分子一般都是球蛋白分子，例如存在于哺乳类动物体中的肌红蛋白。

4．蛋白质四级结构

蛋白质的四级结构是指由两条或两条以上具有三级结构的多钛链通过副键形成的更为复杂的结构。每一条具有三级结构的多钛链称为亚基。生物功能较复杂的蛋白质都具有亚级。

四、蛋白质的性质

1．蛋白质的胶体性质

蛋白质的分子较大，溶于水后，虽是以单分子形式分散在水中，但其分子直径的大小在10-9一10-1m之间，属于胶体分散范围。因此，蛋白质水溶液具有胶体溶液的一切性质，如具有布朗运动、光散射现象、不能透过半透膜以及具有吸附能力等。

蛋白质分子表面带有许多极性基团，如一NHZ2-COOH-、OH2-SH及钛键等，在水溶液中都能与水分子起水化作用，使蛋白质的每一分子周围都形成一层较厚的水化膜。水化膜的存在使蛋白质分子相互隔开，分子之间不会碰撞而聚成大的颗粒，因此，蛋白质水溶液是一种比较稳定的亲水胶体。蛋白质能形成比较稳定的亲水胶体的另一个原因，是因为在非等电点状态时蛋白质分子上带有同桂电荷，使蛋白质分子之间相互排斥，保持一定距离，不致相互凝聚沉淀。

2．蛋白质的两性性质和等电点

蛋白质的多钛链上除N一端和C-端有自由氨基和自由羧基外，侧链上也存在有碱性基团和酸性基团，因此，蛋白质和氨基酸一样，具有两性性质和等电点。

调节蛋白质水溶液到某一pH时，蛋白质主要以偶极离子存在，净电荷为零，这时溶液的pH叫该蛋白质的等电点（PI)。

各种蛋白质由于组成的氨基酸不同，故等电点不同。在等电点时，蛋白质的溶解度最小。利用这一性质，可以从蛋白质的混合物中把各种蛋白质彼此分开。大多数蛋白质的等电点接近于5左右，故在动植物组织中（pH近于7)，蛋白质大都以阴离子存在。

蛋白质可随外界酸碱条件的变化，而改变其带电情况。这一性质可使蛋白质对外来的酸、碱具有一定的抵抗能力，在一定程度上可使生物的体液保持一定的pH，因而蛋白质是生物体内重要的缓冲剂。例如，哺乳动物血液的pH，主要靠血红蛋白的缓冲能力来调节，控制pH在7.3-7.5这个较小范围内。

蛋白质和氨基酸一样，它的离子在电场中也可以发生电泳现象。电泳的速度则取决于蛋白质颗粒所带电荷量的多少和质点的大小。各种蛋白质的等电点不同，它们的颗粒带电荷量的多少不同，质点的大小也各不相同。因此，在同一电场中，蛋白质混合物的各成分移动的方向、速度也各不相同。故可利用电泳的方法把蛋白质混合液中的各种蛋白质分离开来。

3．蛋白质的沉淀

蛋白质的水溶液是比较稳定的。如除去其稳定因素，蛋白质就会凝聚下沉，这就叫做蛋白质的沉淀。使蛋白质沉淀的方法很多，常用的有以下几种：

(1)盐析法在蛋白质水溶液中，蛋白质分子带有同性电荷和水化膜，这是使蛋白质水溶液稳定的两个因素。如果破坏或削弱这两个因素，蛋白质就会聚集而沉淀。

为了达到破坏或削弱上述两种因素，在蛋白质水溶液中，加入足量的盐类，可使很多蛋白质从其水溶液中沉淀出来，这种现象叫做盐析。盐析是由于盐类离子的水化能力比蛋白质分子水化能力强，所以加入的大量盐离子夺去了蛋白质水化膜中的水分子，破坏了水化膜；另外，盐类离子所带的电荷，也会中和、削弱蛋白质分子表面带有的相反的电荷，破坏了带电。盐析常用的盐有硫酸铵、氯化钠、氯化铵、硫酸钠等，其中以硫酸铵最为常用。盐析法生成的沉淀是可逆的，即盐析所得的蛋白质在适宜的条件下可重新溶解，并仍保留原有的结构和性质。不同的蛋白质盐析时所需盐的浓度不同，因此，可以利用不同浓度的盐溶液使不同的蛋白质分段析出，达到分离和提纯蛋白质的目的。

(2)有机溶剂沉淀法某些水溶性有机溶剂如酒精、丙酮等，能夺去蛋白质分子外面的水化膜，并可进入蛋白质分子内部，有利于蛋白质的沉淀。如果在低温下用这类有机溶剂处理蛋白质，在短时间内，沉淀还是可逆的；若经过长时间接触后，就会导致结构的改变，沉淀就变为不可逆了。

(3)生物碱沉淀试剂沉淀法三氯乙酸、苦味酸、磷钼酸、鞣酸等都是生物碱沉淀试剂，能使蛋白质沉淀。当蛋白质水溶液的pH较其等电点为小时，沉淀才容易析出。
在生物检验中，常用此类试剂沉淀血液中的蛋白质，制备无蛋白的血滤液。

(4)重金属盐沉淀法蛋白质在其水溶液的pH大于它的等电点时，可与重金属离子（如Cu2+、Hg2+、Pb2+、Ag+）结合生成不溶性的蛋白质盐沉淀。

重金属盐能使人畜中毒，就是这个道理。在发生重金属盐中毒的当时，立即大量喝牛奶或鸡蛋清则可解毒。

4．蛋白质的变性

蛋白质的严密空间结构决定了蛋白质的生物活性和某些理化性质。蛋白质受到物理或化学因素的影响，严格的空间结构遭到破坏，而引起蛋白质的生物活性丧失和某些理化性质改变，这种现象叫做蛋白质的变性。
能使蛋白质变性的因素很多。化学因素有强酸、强碱、重金属盐、生物碱沉淀试剂等。物理因素有加热、高压、强烈振荡、紫外线照射等。随着蛋白质变性而出现的表观现象也不尽相同。有些可出现凝固现象；有些可出现沉淀或结絮现象；也有的可仍保留在胶体中而不表现什么现象。在大多数情况下，变性是不可逆的。
有时我们需要使蛋白质变性，例如临床上用酒精、蒸煮或高压等方法进行消毒灭菌，其原理就是使细菌体内蛋白质变性而失去生物活性。有时则需要避免蛋白质变性，例如，预防接种的疫苗需储存在冰箱中，以免温度过高，使蛋白质变性而失去生物活性。

5．蛋白质的水解

蛋白质在酸、碱或酶的作用下都可以水解而生成a-氨基酸。例如，在酶的作用下，蛋白质的水解过程如下：

蛋白质→蛋白陈→较小的钛→二钛→a－氨基酸

蛋白质的水解反应，对于蛋白质的研究以及蛋白质在生物体中的代谢，都有十分重要的意义。

6.蛋白质的的颜色反应

蛋白质可与某些试剂产生颜色反应。这些颜色反应可用来检出某种样品中是否有蛋白质存在。蛋白质的重要颜色反应有：

(1)水合命三酮反应蛋白质与稀的水合茚三酮一起加热呈现蓝色。该反应主要用于纸层析。

(2)缩二脲反应蛋白质水溶液中加入氢氧化钠溶液后，逐滴加入0.5％硫酸铜溶液，则出现紫色或紫红色。此反应是由于蛋白质分子中含有肤键结构所引起的，钛键越多颜色越红。此反应可用于蛋白质的定性鉴定或定量测定。

(3)黄蛋白反应蛋白质分子中若含有苯环的氨基酸，如酪氨酸、色氨酸等，当其遇浓硝酸后产生白色沉淀，加热时沉淀变成黄色，再加碱黄色转变为橙色，这个反应叫做黄蛋白反应。很多蛋白质分子结构中都含有具苯环的氨基酸，因此这个反应也是检验蛋白质的比较普遍的反应。皮肤被硝酸沾污后变黄就是这个道理。

(4）米隆反应米隆试剂是硝酸、亚硝酸、硝酸汞、亚硝酸汞的混合溶液。米隆试剂遇到含有酪氨酸残基的蛋白质能生成白色的蛋白质汞盐沉淀，加热后转变成砖红色，即米隆反应。因大多数蛋白质含有酪氨酸，所以这个反应有普遍性。利用该反应可以检验蛋白质中有无酪氨酸存在。