一、蛋白質(zhì)的分類
蛋白質(zhì)的種類繁多，可以從不同的角度，根據(jù)它們的不同特征進(jìn)行分類。
1．根據(jù)蛋白質(zhì)的形狀分類
(1)纖維蛋白如絲蛋白、角蛋白、膠原蛋白等。
(2)球蛋白如蛋清蛋白、酪蛋白、胰蛋白、酶等。
2．根據(jù)蛋白質(zhì)的化學(xué)組成分類
(1)單純蛋白僅由氨基酸單位組成的蛋白質(zhì)，如球蛋白、角蛋白、谷蛋白等。
(2)結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白質(zhì)是由單純蛋白質(zhì)和非蛋白質(zhì)部分結(jié)合而成的。非蛋白質(zhì)部分叫做輔基。按輔基種類不同，結(jié)合蛋白質(zhì)又可分為：
脂蛋白：單純蛋白質(zhì)與脂類結(jié)合。
糖蛋白：單純蛋白質(zhì)與糖類結(jié)合。
核蛋白：單純蛋白質(zhì)與核酸結(jié)合。
磷蛋白：單純蛋白質(zhì)與磷酸結(jié)合。
色蛋白：單純蛋白質(zhì)與有色化合物結(jié)合。
金屬蛋白：單純蛋白質(zhì)與金屬離子結(jié)合。
3．根據(jù)蛋白質(zhì)的生理功能分類
(1)酶蛋白起催化作用。
(2)激素蛋白起調(diào)節(jié)作用。
(3）抗體蛋白起免疫作用。
(4)輸送蛋白起輸送作用。
(5)收縮蛋白主管機(jī)體的運(yùn)動。
二、蛋白質(zhì)的元素組成
蛋白質(zhì)是由氨基酸組成的一類天然高分子化合物。通常把相對分子質(zhì)量在1萬以上的多膚稱為蛋白質(zhì)。所有蛋白質(zhì)都含有碳、氫、氧、氮4種元素；大多數(shù)蛋白質(zhì)還含有硫；有些蛋白質(zhì)含有磷；少量蛋白質(zhì)還含有微量鐵、銅、錳、鋅；個別蛋白質(zhì)還含有碘等元素。
生物組織中所含的氮，絕大部分存在于蛋白質(zhì)中，而氮含量的變化幅度不大，一般為15%~17%，平均為16%。因此生物樣品中每克氮的存在，就意味著樣品中大約含蛋白質(zhì)（粗蛋白）6.25go。6.25就常用作蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)換系數(shù)。因此只要測定出樣品的含氮量，然后再乘以換算系數(shù)6.25，即可求出蛋白質(zhì)的近似含量，或叫粗蛋白含量。
粗蛋白含量≈樣品的含氮量×6.25
三、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)
蛋白質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)和生理功能都依賴于它們的結(jié)構(gòu)，因此，了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)有利于掌握蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)和研究蛋白質(zhì)的生物化學(xué)問題和現(xiàn)象。
蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，通常用一級結(jié)構(gòu)、二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)、四級結(jié)構(gòu)4種不同的層次來描述。通常將蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)稱為初級結(jié)構(gòu)，屬于化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)；蛋白質(zhì)的二級、三級、四級結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱空間結(jié)構(gòu)，指的是蛋白質(zhì)分子中原子和基團(tuán)在三維空間的排列和分布。
1．蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)
一級結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)分子中氨基酸殘基按一定順序排列以膚鍵連接的多鈦長鏈。各種蛋白質(zhì)的生物活性首先是由一級結(jié)構(gòu)決定的。蛋白質(zhì)分子中只要改變一個氨基酸的種類和位置，就可能導(dǎo)致整個蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)和生理功能改變。目前已獲得了多種蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)，如上一節(jié)中牛胰島素的結(jié)構(gòu)簡式，就是它的一級結(jié)構(gòu)。
2．蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)
蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)分子中的原子和基團(tuán)在空間的排列分布以及鈦鏈的走向。蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)的一種形式是a一螺旋，即一條鈦鏈可以通過一個鈦鍵中羰基氧與另一個鈦鍵中亞氨基氫形成氫鍵而繞成螺旋，這種螺旋叫做a-螺旋。
天然蛋白質(zhì)的a－螺旋絕大多數(shù)是右手螺旋，每圈中有3.6個氨基酸單位。相隔4個鈦鍵形成氫鍵，氫鍵取向幾乎與中心軸平行。氨基酸的側(cè)鏈R伸向外側(cè)，兩個螺旋之間的距離大約為5.4×10-10m。螺旋直徑為1×10-9~1.1×10-9m,中間空隙很小，溶劑分子無法進(jìn)入。a-螺旋是蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要形式，a-螺旋在蛋白質(zhì)中的含量，因蛋白質(zhì)種類不同而異。如毛發(fā)中的角蛋白、肌組織中的肌球蛋白、皮膚表皮蛋白等纖維狀蛋白，都呈a-螺旋結(jié)構(gòu)，且往往數(shù)條螺旋擰在一起形成纜索狀，從而增強(qiáng)其機(jī)械強(qiáng)度并使其具有彈性。有些蛋白質(zhì)中的多鈦鏈不是整條鈦鏈形成螺旋，而是部分呈a-螺旋。
蛋白質(zhì)的另一種二級結(jié)構(gòu)是由兩條鈦鏈之間，或一條鈦鏈的兩段之間形成氫鍵而將鈦鏈拉在一起形成折疊片狀，叫做β-折疊片二級結(jié)構(gòu)。兩條鈦鏈可以是平行的（N-端到C-端是相同的），也可以是反平行的。
3．蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)
蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)是指在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步卷曲折疊，構(gòu)成具有特定構(gòu)象的緊湊結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性主要靠二硫鍵、氫鍵、醋鍵、鹽鍵和疏水交互作用（統(tǒng)稱為副鍵）等維持。
具有三級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)分子一般都是球蛋白分子，例如存在于哺乳類動物體中的肌紅蛋白。
4．蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)
蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)是指由兩條或兩條以上具有三級結(jié)構(gòu)的多鈦鏈通過副鍵形成的更為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。每一條具有三級結(jié)構(gòu)的多鈦鏈稱為亞基。生物功能較復(fù)雜的蛋白質(zhì)都具有亞級。
四、蛋白質(zhì)的性質(zhì)
1．蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)
蛋白質(zhì)的分子較大，溶于水后，雖是以單分子形式分散在水中，但其分子直徑的大小在10-9一10-1m之間，屬于膠體分散范圍。因此，蛋白質(zhì)水溶液具有膠體溶液的一切性質(zhì)，如具有布朗運(yùn)動、光散射現(xiàn)象、不能透過半透膜以及具有吸附能力等。
蛋白質(zhì)分子表面帶有許多極性基團(tuán)，如一NHZ2-COOH-、OH2-SH及鈦鍵等，在水溶液中都能與水分子起水化作用，使蛋白質(zhì)的每一分子周圍都形成一層較厚的水化膜。水化膜的存在使蛋白質(zhì)分子相互隔開，分子之間不會碰撞而聚成大的顆粒，因此，蛋白質(zhì)水溶液是一種比較穩(wěn)定的親水膠體。蛋白質(zhì)能形成比較穩(wěn)定的親水膠體的另一個原因，是因為在非等電點(diǎn)狀態(tài)時蛋白質(zhì)分子上帶有同桂電荷，使蛋白質(zhì)分子之間相互排斥，保持一定距離，不致相互凝聚沉淀。
2．蛋白質(zhì)的兩性性質(zhì)和等電點(diǎn)
蛋白質(zhì)的多鈦鏈上除N一端和C-端有自由氨基和自由羧基外，側(cè)鏈上也存在有堿性基團(tuán)和酸性基團(tuán)，因此，蛋白質(zhì)和氨基酸一樣，具有兩性性質(zhì)和等電點(diǎn)。
調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)水溶液到某一pH時，蛋白質(zhì)主要以偶極離子存在，凈電荷為零，這時溶液的pH叫該蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)（PI)。
各種蛋白質(zhì)由于組成的氨基酸不同，故等電點(diǎn)不同。在等電點(diǎn)時，蛋白質(zhì)的溶解度最小。利用這一性質(zhì)，可以從蛋白質(zhì)的混合物中把各種蛋白質(zhì)彼此分開。大多數(shù)蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)接近于5左右，故在動植物組織中（pH近于7)，蛋白質(zhì)大都以陰離子存在。
蛋白質(zhì)可隨外界酸堿條件的變化，而改變其帶電情況。這一性質(zhì)可使蛋白質(zhì)對外來的酸、堿具有一定的抵抗能力，在一定程度上可使生物的體液保持一定的pH，因而蛋白質(zhì)是生物體內(nèi)重要的緩沖劑。例如，哺乳動物血液的pH，主要靠血紅蛋白的緩沖能力來調(diào)節(jié)，控制pH在7.3-7.5這個較小范圍內(nèi)。
蛋白質(zhì)和氨基酸一樣，它的離子在電場中也可以發(fā)生電泳現(xiàn)象。電泳的速度則取決于蛋白質(zhì)顆粒所帶電荷量的多少和質(zhì)點(diǎn)的大小。各種蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)不同，它們的顆粒帶電荷量的多少不同，質(zhì)點(diǎn)的大小也各不相同。因此，在同一電場中，蛋白質(zhì)混合物的各成分移動的方向、速度也各不相同。故可利用電泳的方法把蛋白質(zhì)混合液中的各種蛋白質(zhì)分離開來。
3．蛋白質(zhì)的沉淀
蛋白質(zhì)的水溶液是比較穩(wěn)定的。如除去其穩(wěn)定因素，蛋白質(zhì)就會凝聚下沉，這就叫做蛋白質(zhì)的沉淀。使蛋白質(zhì)沉淀的方法很多，常用的有以下幾種：
(1)鹽析法在蛋白質(zhì)水溶液中，蛋白質(zhì)分子帶有同性電荷和水化膜，這是使蛋白質(zhì)水溶液穩(wěn)定的兩個因素。如果破壞或削弱這兩個因素，蛋白質(zhì)就會聚集而沉淀。
為了達(dá)到破壞或削弱上述兩種因素，在蛋白質(zhì)水溶液中，加入足量的鹽類，可使很多蛋白質(zhì)從其水溶液中沉淀出來，這種現(xiàn)象叫做鹽析。鹽析是由于鹽類離子的水化能力比蛋白質(zhì)分子水化能力強(qiáng)，所以加入的大量鹽離子奪去了蛋白質(zhì)水化膜中的水分子，破壞了水化膜；另外，鹽類離子所帶的電荷，也會中和、削弱蛋白質(zhì)分子表面帶有的相反的電荷，破壞了帶電。鹽析常用的鹽有硫酸銨、氯化鈉、氯化銨、硫酸鈉等，其中以硫酸銨最為常用。鹽析法生成的沉淀是可逆的，即鹽析所得的蛋白質(zhì)在適宜的條件下可重新溶解，并仍保留原有的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。不同的蛋白質(zhì)鹽析時所需鹽的濃度不同，因此，可以利用不同濃度的鹽溶液使不同的蛋白質(zhì)分段析出，達(dá)到分離和提純蛋白質(zhì)的目的。
(2)有機(jī)溶劑沉淀法某些水溶性有機(jī)溶劑如酒精、丙酮等，能奪去蛋白質(zhì)分子外面的水化膜，并可進(jìn)入蛋白質(zhì)分子內(nèi)部，有利于蛋白質(zhì)的沉淀。如果在低溫下用這類有機(jī)溶劑處理蛋白質(zhì)，在短時間內(nèi)，沉淀還是可逆的；若經(jīng)過長時間接觸后，就會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的改變，沉淀就變?yōu)椴豢赡媪恕?
(3)生物堿沉淀試劑沉淀法三氯乙酸、苦味酸、磷鉬酸、鞣酸等都是生物堿沉淀試劑，能使蛋白質(zhì)沉淀。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)水溶液的pH較其等電點(diǎn)為小時，沉淀才容易析出。
在生物檢驗中，常用此類試劑沉淀血液中的蛋白質(zhì)，制備無蛋白的血濾液。
(4)重金屬鹽沉淀法蛋白質(zhì)在其水溶液的pH大于它的等電點(diǎn)時，可與重金屬離子（如Cu2+、Hg2+、Pb2+、Ag+）結(jié)合生成不溶性的蛋白質(zhì)鹽沉淀。
重金屬鹽能使人畜中毒，就是這個道理。在發(fā)生重金屬鹽中毒的當(dāng)時，立即大量喝牛奶或雞蛋清則可解毒。
4．蛋白質(zhì)的變性
蛋白質(zhì)的嚴(yán)密空間結(jié)構(gòu)決定了蛋白質(zhì)的生物活性和某些理化性質(zhì)。蛋白質(zhì)受到物理或化學(xué)因素的影響，嚴(yán)格的空間結(jié)構(gòu)遭到破壞，而引起蛋白質(zhì)的生物活性喪失和某些理化性質(zhì)改變，這種現(xiàn)象叫做蛋白質(zhì)的變性。
能使蛋白質(zhì)變性的因素很多?；瘜W(xué)因素有強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬鹽、生物堿沉淀試劑等。物理因素有加熱、高壓、強(qiáng)烈振蕩、紫外線照射等。隨著蛋白質(zhì)變性而出現(xiàn)的表觀現(xiàn)象也不盡相同。有些可出現(xiàn)凝固現(xiàn)象；有些可出現(xiàn)沉淀或結(jié)絮現(xiàn)象；也有的可仍保留在膠體中而不表現(xiàn)什么現(xiàn)象。在大多數(shù)情況下，變性是不可逆的。
有時我們需要使蛋白質(zhì)變性，例如臨床上用酒精、蒸煮或高壓等方法進(jìn)行消毒滅菌，其原理就是使細(xì)菌體內(nèi)蛋白質(zhì)變性而失去生物活性。有時則需要避免蛋白質(zhì)變性，例如，預(yù)防接種的疫苗需儲存在冰箱中，以免溫度過高，使蛋白質(zhì)變性而失去生物活性。
5．蛋白質(zhì)的水解
蛋白質(zhì)在酸、堿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，蛋白質(zhì)的水解過程如下：
蛋白質(zhì)→蛋白陳→較小的鈦→二鈦→a－氨基酸
蛋白質(zhì)的水解反應(yīng)，對于蛋白質(zhì)的研究以及蛋白質(zhì)在生物體中的代謝，都有十分重要的意義。
6.蛋白質(zhì)的的顏色反應(yīng)
蛋白質(zhì)可與某些試劑產(chǎn)生顏色反應(yīng)。這些顏色反應(yīng)可用來檢出某種樣品中是否有蛋白質(zhì)存在。蛋白質(zhì)的重要顏色反應(yīng)有：
(1)水合命三酮反應(yīng)蛋白質(zhì)與稀的水合茚三酮一起加熱呈現(xiàn)藍(lán)色。該反應(yīng)主要用于紙層析。
(2)縮二脲反應(yīng)蛋白質(zhì)水溶液中加入氫氧化鈉溶液后，逐滴加入0.5％硫酸銅溶液，則出現(xiàn)紫色或紫紅色。此反應(yīng)是由于蛋白質(zhì)分子中含有膚鍵結(jié)構(gòu)所引起的，鈦鍵越多顏色越紅。此反應(yīng)可用于蛋白質(zhì)的定性鑒定或定量測定。
(3)黃蛋白反應(yīng)蛋白質(zhì)分子中若含有苯環(huán)的氨基酸，如酪氨酸、色氨酸等，當(dāng)其遇濃硝酸后產(chǎn)生白色沉淀，加熱時沉淀變成黃色，再加堿黃色轉(zhuǎn)變?yōu)槌壬@個反應(yīng)叫做黃蛋白反應(yīng)。很多蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)中都含有具苯環(huán)的氨基酸，因此這個反應(yīng)也是檢驗蛋白質(zhì)的比較普遍的反應(yīng)。皮膚被硝酸沾污后變黃就是這個道理。
(4）米隆反應(yīng)米隆試劑是硝酸、亞硝酸、硝酸汞、亞硝酸汞的混合溶液。米隆試劑遇到含有酪氨酸殘基的蛋白質(zhì)能生成白色的蛋白質(zhì)汞鹽沉淀，加熱后轉(zhuǎn)變成磚紅色，即米隆反應(yīng)。因大多數(shù)蛋白質(zhì)含有酪氨酸，所以這個反應(yīng)有普遍性。利用該反應(yīng)可以檢驗蛋白質(zhì)中有無酪氨酸存在。
