探索生命《生物學》9
蛋白質在細胞的結構與功能上扮演重要角色 Proteins Play Crucial Roles in Cell Structure and Function
1. 在建構有機體的構造與功能方面，蛋白質的重要性遠高於其他化合物。舉例來說，蛋白質是肌肉的主成分，蛋白質控制肌肉收縮；蛋白質是身體重要的支撐材料，皮膚、骨頭、肌腱、指甲、爪子、頭髮的纖維是由蛋白質製造出來的。
2. 此外，某些蛋白質能運送氧氣，某些蛋白質負責免疫反應，還有一些蛋白質分子是荷爾蒙。蛋白質能催化生物反應。蛋白質雖然可以細分為很多種，不過他們都是經由縮合反應將基本單元分子結合成蛋白質。
《Swan Lake - Waltz of the Swans》
蛋白質的氨基酸序列取決於它的一級構造 The Sequence of Amino Acids in a Protein Determines Its Primary Structure
3. 所有的蛋白質都包含四個要素：碳、氫、氧和氮；大部分的蛋白質都含有一些硫。這些元素互相結合成分子的基礎單元，稱為胺基酸amino acids；
4. 「胺基原子群NH2」與「羧基原子群COOH」與同一個「碳原子C」連接，構成的分子稱為胺基酸；此外，每一個胺基酸的中心「碳原子C」也同時與「氫原子H」以及各種不同的側鍊連接，中心「碳」連接的側鍊用「R」代稱。
5. 各種胺基酸彼此唯一的差異點就在側鍊「R原子群」。胺基酸的「R取代基」組成可能十分簡單，例如丙胺酸alanine，它的側鍊只是一個甲基（－CH3）；胺基酸的「R原子群」也可能十分複雜，例如苯丙胺酸phenylalanine，它的側鍊包含一個環構造。
6. 以下是十二種常見的氨基酸
7. 形形色色的R取代基帶給每一種氨基酸獨特的性質，每一種氨基酸的獨特性質又影響了他們所組成的蛋白質。
8. 舉例來說，某些氨基酸是不溶於水的（疏水性），因為它們的R原子群是非極性的、pH值是中性的；相反地，有些氨基酸是溶於水的（親水性），因為它們的R原子群有極性或者是帶負電的。
9. 細胞內的溶液通常是稍微帶酸性的，細胞內大部分的胺基酸分子是具有離子性的。酸基carboxyl group通常會釋放一個「氫陽離子/質子H+」，變成帶負電極性的「COO－」，另一端的胺基amino group則會吸引溶液中的「質子H+」鍵結，變成帶正電極性的「NH3＋」：
10. 蛋白質是很長、沒有分支的多聚體polymer，多聚體可能由20個氨基酸組成而成。構成蛋白質的基本單元「氨基酸」，透過縮合反應（脫水），彼此頭尾相接，每一個氨基酸分子的「酸基」與另一個氨基酸的「胺基」彼此連接。
11. 胺基酸分子彼此的共價鍵稱為胜肽鍵peptide bonds，連成一長串的胺基酸分子鍊稱為多胜肽鍊polypeptide chains。
12. 蛋白質分子可能由一條或許多條多胜肽鍊組成，每條多胜肽鍊大約由40到500個氨基酸組成，不過有時也會出現比這個數量更長或更短的多胜肽鍊。
13. 舉例來說，催產素oxytocin是在人類生產時分泌的荷爾蒙，用來刺激子宮收縮，催產素是一條非常短的多肽鍊，由9個氨基酸組成。
14. 許多蛋白質都含有半胱胺酸cysteine，2個半胱胺酸組合可形成很強的非極性共價鍵，稱為「雙硫鍵disulfide bond或雙硫橋disulfide bridge」。
15. 雙硫鍵能夠連接一條多胜肽鍊的不同區段，讓分子維持某種特殊的凹折結構，避免它們與其他分子連接。
圖說：胰島素insulin分子由二條多胜肽鍊透過2個雙硫鍵組合而成。比較短的那條胜肽鍊自己還有一個雙硫鍵。雙硫鍵是很強的共價鍵，因此雙硫鍵能夠連接並鞏固二條多胜肽鍊，避免結構碎裂。
16. 雙硫鍵是很強的共價鍵，它們對蛋白質的立體造型有決定性的影響。胰島素就是這樣的例子，胰島素是脊椎動物的胰臟分泌的荷爾蒙，作用是調節醣的代謝，胰島素這種蛋白質即是靠雙硫鍵把幾條多胜肽鍊扣起來。
17. 每一種胜肽鍊的胺基酸數量、種類、連接順序與雙硫鍵的位置，以上這些因素構成各種蛋白質的性質，組成蛋白質的一級結構primary structure。
18. 因為每一條胜肽鏈可容納20個不同的胺基酸，因此可能產生的蛋白質的種類非常龐大。這就是為什麼數百億種有機體都能為他們自己製造出獨特的蛋白質。
n 翻譯編寫 Carol H. McFadden and William T. Keeton 《Biology》；Healthknot.com、Molecularsciences.org、Wereyouwondering.com、web-books.com、Labspace.open.ac.uk
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