蛋白质的发现与研究发展

1、.：.；科学技术史论文蛋白质的发现与研讨开展系 别 生物与环境工程学院 专业班级 T08生物工程 姓 名 孟云 学 号 T0843121 日 期 2021年12月9日 蛋白质的发现与研讨开展摘要蛋白质是一种复杂的有机化合物，旧称“朊run)。氨基酸是组成蛋白质的根本单位，氨基酸经过脱水缩合连成肽链。蛋白质是由一条或多条多肽链组成的生物大分子，每一条多肽链有二十至数百个氨基酸残基-R不等；各种氨基酸残基按一定的顺序陈列。蛋白质的氨基酸序列是由对应基因所编码。除了遗传密码所编码的20种根本氨基酸，在蛋白质中，某些氨基酸残基还可以被翻译后修饰而发生化学构造的变化，从而对蛋白质进展激活或调控。多个蛋白

2、质可以一同，往往是经过结合在一同构成稳定的蛋白质复合物，折叠或螺旋构成一定的空间构造，从而发扬某一特定功能。合成多肽的细胞器是细胞质中糙面型内质网上的核糖体。 食入的蛋白质在体内经过消化被水解成氨基酸被吸收后，重新合成人体所需蛋白质，同时新的蛋白质又在不断代谢与分解，时辰处于动态平衡中。因此，食物蛋白质的质和量、各种氨基酸的比例，关系到人体蛋白质合成的量，尤其是青少年的生长发育、孕产妇的优生优育、老年人的安康长寿，都与膳食中蛋白质的量有着亲密的关系。 关键词：蛋白质 氨基酸 生长发育 目录序文1一、蛋白质的构造2二、蛋白质的性质2三、蛋白质的发现3四、蛋白质的折叠过程4五、蛋白质的研讨和意义5

3、科学技术史论文 序文随着人类基因组方案的实施和推进，生命科学研讨已进入了后基因组时代。在这个时代，生命科学的主要研讨对象是功能基因组学，包括构造基因组研讨和蛋白质组研讨等。虽然如今已有多个物种的基因组被测序，但在这些基因组中通常有一半以上基因的功能是未知的。虽然蛋白质的可变性和多样性等特殊性质导致了蛋白质研讨技术远远比核酸技术要复杂和困难得多，但正是这些特性参与和影响着整个生命过程。 一：蛋白质的构造蛋白质是以氨基酸为根本单位构成的生物大分子。一级构造：蛋白质多肽链中氨基酸的陈列顺序，以及二硫键的位置。二级构造：蛋白质分子局区域内，多肽链沿一定方向环绕和折叠的方式。三级构造：蛋白质的二级构造根

4、底上借助各种次级键卷曲折叠成特定的球状分子构造的空间构象。四级构造：多亚基蛋白质分子中各个具有三级构造的多肽链，以适当的方式聚合所构成的蛋白质的三维构造。用约20种氨基酸作原料，在细胞质中的核糖体上，将氨基酸分子相互衔接成肽链。一个氨基酸分子的氨基，脱去一分子水而衔接起来，这种结合方式叫做脱水缩合。经过缩合反响，在羧基和氨基之间构成的衔接两个氨基酸分子的那个键叫做肽键。由肽键衔接构成的化合物称为肽。二：蛋白质的性质具有两性 蛋白质是由-氨基酸经过肽键构成的高分子化合物，在蛋白质分子中存在着氨基和羧基，因此跟氨基酸类似，蛋白质也是两性物质。 可发生水解反响 蛋白质在酸、碱或酶的作用下发生水解反响

5、，经过多肽，最后得到多种-氨基酸。 蛋白质水解时，应找准构造中键的“断裂点，水解时肽键 如：蛋白质 nH2NCH2COOH 找到“断裂点就可以确定蛋白质水解的产物 例如某蛋白质水解 可得三种-氨基酸，为H2NCH2COOH、 溶水具有胶体的性质 有些蛋白质可以溶解在水里例如鸡蛋白能溶解在水里构成溶液。具有胶体性质。 蛋白质的分子直径到达了胶体微粒的大小109107m时，所以蛋白质具有胶体的性质。 参与电解质可产生盐析作用 少量的盐如硫酸铵、硫酸钠等能促进蛋白质的溶解，如向蛋白质水溶液中参与浓的无机盐溶液，可使蛋白质的溶解度降低，而从溶液中析出，这种作用叫做盐析 这样盐析出的蛋白质仍旧可以溶解在

6、水中，而不影响原来蛋白质的性质，因此盐析是个可逆过程利用这个性质，采用盐析方法可以分别提纯蛋白质 蛋白质的变性 在热、酸、碱、重金属盐、紫外线等作作用下，蛋白质会发生性质上的改动而凝结起来这种凝结是不可逆的，不能再使它们恢复成原来的蛋白质蛋白质的这种变化叫做变性 蛋白量变性后，就失去了原有的可溶性，也就失去了它们生理上的作用因此蛋白质的变性凝固是个不可逆过程 呵斥蛋白量变性的缘由 物理要素包括：加热、加压、搅拌、振荡、紫外线照射、超声波等： 化学要素包括：强酸、强碱、重金属盐、三氯乙酸、乙醇、丙酮等。 颜色反响 蛋白质可以跟许多试剂发生颜色反响例如在鸡蛋白溶液中滴入浓硝酸，那么鸡蛋白溶液呈黄色

7、这是由于蛋白质含苯环构造与浓硝酸发生了颜色反响的缘故还可以用双缩脲试剂对其进展检验,该试剂遇蛋白量变紫. 蛋白质在灼烧分解时，可以产生一种烧焦羽毛的特殊气味 利用这一性质可以鉴别蛋白质三：蛋白质的发现蛋白质是荷兰 HYPERLINK baike.baidu/view/66827.htm t _blank 科学家格里特在1838年发现的。他察看到有生命的东西分开了蛋白质就不能生存。蛋白质是生物体内一种极重要的高分子有机物，占人体干重的54%。蛋白质主要由氨基酸组成，因氨基酸的组合陈列不同而组成各种类型的蛋白质。人体中估计有10万种以上的蛋白质。生命是物质运动的高级方式，这种运动方式是经过蛋白质来

8、实现的，所以蛋白质有极其重要的生物学意义。人体的生长、发育、运动、遗传、繁衍等一切生命活动都离不开蛋白质。生命运动需求蛋白质，也离不开蛋白质。 人体内的一些生理活性物质如胺类、神经递质多肽类激素、抗体、酶、核蛋白以及细胞膜上、血液中起“载体作用的蛋白都离不开蛋白质，它对调理生理功能，维持新陈代谢起着极其重要的作用。人体运动系统中肌肉的成分以及肌肉在收缩、作功、完成动作过程中的代谢无不与蛋白质有关，分开了蛋白质，体育锻炼就无从谈起。 在生物学中，蛋白质被解释为是由氨基酸借肽键联接起来构成的多 HYPERLINK baike.baidu/view/64661.htm t _blank 肽，然后由多

9、肽衔接起来构成的物质。通俗易懂些说，它就是构成人体组织器官的支架和主要物质，在人体生命活动中，起着重要作用，可以说没有蛋白质就没有生命活动的存在。每天的饮食中蛋白质主要存在于瘦肉、蛋类、豆类及鱼类中。 蛋白质缺乏：成年人：肌肉消瘦、肌体免疫力下降、贫血，严重者将产生水肿。未成年人：生长发育停滞、贫血、智力发育差，视觉差。蛋白质过量：蛋白质在体内不能储存，多了肌体无法吸收，过量摄入蛋白质，将会因代谢妨碍产生蛋白质中毒甚至于死亡。在18世纪，安东尼奥弗朗索瓦Antoine Fourcroy和其他一些研讨者发现蛋白质是一类独特的生物分子，他们发现用酸处置一些分子可以使其凝结或絮凝。当时他们留意到的例

10、子有蛋清、血液、血洁白蛋白、纤维素和小麦面筋里的蛋白质。荷兰化学家Gerhardus Johannes Mulder对普通的蛋白质进展元素分析发现几乎一切的蛋白质都有一样的实验公式。用“蛋白质这一名词来描画这类分子是由Mulder的协作者永斯贝采利乌斯于1838年提出。Mulder随后鉴定出蛋白质的降解产物，并发现其中含有为氨基酸的亮氨酸，并且得到它非常接近正确值的分子量为131Da。 对于早期的生物化学家来说，研讨蛋白质的困难在于难以纯化大量的蛋白质以用于研讨。因此，早期的研讨任务集中于可以容易地纯化的蛋白质，如血液、蛋清、各种毒素中的蛋白质以及消化性和代谢酶获取自屠宰场。1950年代后期，

11、Armour Hot Dog Co.公司纯化了一公斤纯的牛胰腺中的核糖核酸酶A，并免费提供应全世界科学家运用。目前，科学家可以从生物公司购买越来越多的各类纯蛋白质。 著名化学家莱纳斯鲍林胜利地预测了基于氢键的规那么蛋白质二级构造，而这一想象最早是由威廉阿斯特伯里于1933年提出。随后，Walter Kauzman在总结本人对变性的研讨成果和之前Kaj Linderstrom-Lang的研讨任务的根底上，提出了蛋白质折叠是由疏水相互作用所介导的。1949年，弗雷德里克桑格初次正确地测定了胰岛素的氨基酸序列，并验证了蛋白质是由氨基酸所构成的线性不具有分叉或其他方式多聚体。原子分辨率的蛋白质构造首先

12、在1960年代经过X射线晶体学获得解析；到了1980年代，NMR也被运用于蛋白质构造的解析；近年来，冷冻电子显微学被广泛用于对于超大分子复合体的构造进展解析。截至到2021年2月，蛋白质数据库中已存有接近50,000个原子分辨率的蛋白质及其相关复合物的三维构造的坐标。四：蛋白质的折叠过程对蛋白质折叠机理的研讨，对保管蛋白质活性，维持蛋白质稳定性和包涵体蛋白质折叠复性都具有重要的意义。早在上世纪30年代，我国生化界先驱吴宪教授就对蛋白质的变性作用进展了阐释，30年后，Anfinsen经过对核糖核酸酶A的经典研讨阐明去折叠的蛋白质在体外可以自发的进展再折叠，仅仅是序列本身曾经包括了蛋白质正确折叠的

13、一切信息，并提出蛋白质折叠的热力学假说，为此Anfinsen获得1972年诺贝尔化学奖。这一实际有两个关键点：1蛋白质的形状处于去折叠和天然构象的平衡中；2 天然构象的蛋白质处于热力学最低的能量形状。虽然蛋白质的氨基酸序列在蛋白质的正确折叠中起着中心的作用，各种各样的要素，包括信号序列，辅助因子，分子伴侣，环境条件，均会影响蛋白质的折叠，新生蛋白质折叠并组装成有功能的蛋白质，并非都是自发的，在多数情况下是需求其它蛋白质的协助 ，曾经鉴定了许多参与蛋白质折叠的折叠酶和分子伴侣，蛋白质“自发折叠的经典概念发生了转变和更新，但这并不与折叠的热力学假说相矛盾，而是在动力学上完善了热力学观念。在蛋白质的

14、折叠过程中，有许多作用力参与，包括一些构象的空间妨碍，范德华力，氢键的相互作用，疏水效应，离子相互作用，多肽和周围溶剂相互作用产生的熵驱动的折叠，但对于蛋白质获得天然构造这一复杂过程的特异性，我们还知之甚少，许多实验和实际的任务都在加深我们对折叠的认识，但是问题依然没有处理。 在折叠的机制研讨上早期的实际以为，折叠是从变性形状经过中间形状到天然形状的一个逐渐的过程，并对折叠中间体进展了深化研讨，以为折叠是在热力学驱动下按单一的途径进展的。后来的研讨阐明折叠过程存在实验可测的多种中间体，折叠经过有限的途径进展。新的实际强调在折叠的初始阶段存在多样性，蛋白质经过许多的途径进入折叠漏斗folding

15、 funnel，从而折叠在整体上被描画成一个漏斗样的图像，折叠的动力学过程被以为是部分折叠的蛋白质整体上的进展性装配，并且伴随有自在能和熵的变化，蛋白质最终寻觅到本人的正确的折叠构造，这一实际称为能量图景energy landscape，如图3所示，漏斗下方的凹凸反映蛋白质构象瞬间进入部分自在能最小区域。 能量图景The energy landscape的表示图，高度代表能量尺度，宽度代表构象尺度，在漏斗funnel的下方存在别的低能量形状，共存的不同能量形状的蛋白质种类也降到最小。 这一实际以为构造同源的蛋白质可以经过不同的折叠途径构成类似的天然构象，人酸性成纤维生长因子hFGF-1和蝾螈酸

16、性成纤维生长因子nFGF-1氨基酸序列具有约80%同源性，并且具有构造同源性12个折叠反向平行陈列构成折叠桶，在盐酸胍诱导去折叠的过程中，hFGF-1可以监测到具有熔球体样的折叠中间体，而nFGF-1经由两态天然形状到变性形状去折叠，没有检测到中间体的存在，折叠的动力学研讨也阐明两种蛋白采用不同的折叠机。对于同一蛋白质，采用的浸透压调理剂osmolytes不同，蛋白质叠的途径也不一样，阐明不同的浸透压调理剂对蛋白质的稳定效应不同。这两个例子都阐明折叠机制的复杂性，也与上面所引见的实际相吻合。五：蛋白质的研讨和意义1蛋白质组学研讨的研讨意义和背景 随着人类基因组方案的实施和推进，生命科学研讨已进

17、入了后基因组时代。在这个时代，生命科学的主要研讨对象是功能基因组学，包括构造基因组研讨和蛋白质组研讨等。虽然如今已有多个物种的基因组被测序，但在这些基因组中通常有一半以上基因的功能是未知的。目前功能基因组中所采用的战略，如基因芯片、基因表达序列分析(Serial analysis of gene expression, SAGE)等，都是从细胞中mRNA的角度来思索的，其前提是细胞中mRNA的程度反映了蛋白质表达的程度。但现实并不完全如此，从DNA mRNA 蛋白质，存在三个层次的调控，即转录程度调控(Transcriptional control )，翻译程度调控(Translational

18、 control)，翻译后程度调控(Post-translational control )。从mRNA角度思索，实践上仅包括了转录程度调控，并不能全面代表蛋白质表达程度。实验也证明，组织中mRNA丰度与蛋白质丰度的相关性并不好，尤其对于低丰度蛋白质来说，相关性更差。更重要的是，蛋白质复杂的翻译后修饰、蛋白质的亚细胞定位或迁移、蛋白质蛋白质相互作用等那么几乎无法从mRNA程度来判别。毋庸置疑，蛋白质是生理功能的执行者，是生命景象的直接表达者，对蛋白质构造和功能的研讨将直接阐明生命在生理或病理条件下的变化机制。蛋白质本身的存在方式和活动规律，如翻译后修饰、蛋白质间相互作用以及蛋白质构象等问题，仍

19、依赖于直接对蛋白质的研讨来处理。虽然蛋白质的可变性和多样性等特殊性质导致了蛋白质研讨技术远远比核酸技术要复杂和困难得多，但正是这些特性参与和影响着整个生命过程。 2蛋白质组学研讨的战略和范围 蛋白质组学一经出现，就有两种研讨战略。一种可称为“竭泽法，即采用高通量的蛋白质组研讨技术分析生物体内尽能够多乃至接近一切的蛋白质，这种观念从大规模、系统性的角度来对待蛋白质组学，也更符合蛋白质组学的本质。但是，由于蛋白质表达随空间和时间不断变化，要分析生物体内一切的蛋白质是一个难以实现的目的。另一种战略可称为“功能法，即研讨不同时期细胞蛋白质组成的变化，如蛋白质在不同环境下的差别表达，以发现有差别的蛋白质

20、种类为主要目的。这种观念更倾向于把蛋白质组学作为研讨生命景象的手段和方法。 早期蛋白质组学的研讨范围主要是指蛋白质的表达方式Expression profile, 随着学科的开展，蛋白质组学的研讨范围也在不断完善和扩展。蛋白质翻译后修饰研讨已成为蛋白质组研讨中的重要部分和宏大挑战。蛋白质-蛋白质相互作用的研讨也已被纳入蛋白质组学的研讨范畴。而蛋白质高级构造的解析即传统的构造生物学，虽也有人试图将其纳入蛋白质组学研讨范围，但目前仍独树一帜。 3蛋白质组学研讨技术 可以说，蛋白质组学的开展既是技术所推进的也是受技术限制的。蛋白质组学研讨胜利与否，很大程度上取决于其技术方法程度的高低。蛋白质研讨技术远比基因技术复杂和困难。不仅氨基酸残基种类远多于核苷酸残基20/ 4, 而且蛋白质有着复杂的翻译后修饰，如磷酸化和糖基化等，给分别和分析蛋白质带来很多困难。此外，经过表达载体进展蛋白质的体外扩增和纯化也并非易事，从而难以制备大量的蛋白质。蛋白质组学的兴起对技术有了新的需求和挑战。蛋白质组的研讨本质上是在细胞程度上对蛋白质进展大规模的平行分别和分析，往往要同时处置成千上万种蛋白质。因此，开展高通量、高灵敏度、高准确性的研讨技术平台是如今