人类营养学基础/蛋白质功能

5.4 功能：蛋白质

蛋白质是人体功能和维持的重要方面。没有蛋白质，肌肉、骨骼甚至皮肤都无法正常运作。蛋白质的一个独特之处在于，人体无法像储存碳水化合物和脂肪那样储存蛋白质以备将来使用。许多人以此为借口，通过从蛋白质奶昔到专门的蛋白质棒等各种方式过度摄入蛋白质。不幸的是，过量的蛋白质实际上会对身体造成比益处更多的伤害。过量的蛋白质可以转化为脂肪，然后储存在体内。就像任何其他宏量营养素一样，过量的蛋白质是不好的。 http://www.livestrong.com/article/32424-excess-protein-diet/.

5.4.1 细胞和组织合成

众所周知，蛋白质非常多功能。它们能够生长、修复和替换组织。

蛋白质被称为人体的组成部分，是所有身体细胞的主要结构成分。例如，在构建骨骼的过程中，蛋白质会生成胶原蛋白中的基质。

• 基质：赋予发育结构形状的基本物质。
• 胶原蛋白：构成骨骼和牙齿基础的结构蛋白。

然后，蛋白质会添加矿物质，如钙、磷、镁和氟，赋予骨骼强度。

胶原蛋白在皮肤表面和深处起着非常重要的作用。当你在割伤或擦伤后留下疤痕时，那是胶原纤维将撕裂的组织部分缝合在一起。此外，胶原蛋白对循环系统至关重要。它为韧带和肌腱提供材料，并为动脉壁提供力量，使其在血液通过时保持足够的柔韧性；这是由于胶原蛋白的弹性。

另一种叫做角蛋白的纤维蛋白遍布全身，但主要存在于表皮中。表皮中含有大量的特定类型的角蛋白丝，使皮肤坚韧，形成天然的水屏障。随着表皮中的表皮细胞死亡，下一层细胞（表皮内有 5 层）会取代它们。构成角质形成细胞的蛋白质有助于替换皮肤中受损或死亡的细胞。

Rolfes, S., & Whitney, E. (2013). Understanding Nutrition (pp. 179). Stamford, CT: Cengage Learning.

Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002). Epidermis and Its Renewal by Stem Cells. Molecular Biology of the Cell. 4th edition. New York: Garland Science. Available from: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26865/

5.4.2 酶

酶 [希腊语：enzym; en = 在；zyme = 酸面团，酵母；enzym = 在酸面团中)。酶的旧名称是“发酵”。

除了少数 RNA 分子外，酶是作为生物催化剂的蛋白质，即加速活生物体中发生的（生物）化学过程的加速器。（RNA：核糖核酸）历史

约公元前 10000 年：发酵；导致发现酶的过程。

公元前 2000 年：埃及人和苏美尔人开发了发酵技术，用于酿造、烘焙面包和制造奶酪。

公元前 800 年：小牛的胃和小牛胃蛋白酶用于制造奶酪。

中世纪：炼金术士将酒精确定为发酵的产物。

酒精发酵无疑是最古老的酶反应。这些和其他现象直到 1857 年都被认为是自发的反应。1857 年，法国化学家路易·巴斯德得出结论，酒精发酵是由“发酵剂”催化的，只有在活细胞存在的情况下才会发生。随后，德国化学家爱德华·布赫纳在 1897 年发现，酵母的无细胞提取物可以引起酒精发酵。这个古老的谜团终于解开了；酵母细胞产生控制发酵的酶。

1877 年，德国生理学家威廉·库恩（Wilhelm Kühne，1837-1900）首次使用“酶”一词。

酶是生物催化剂，可以加速化学反应，使反应比反应物（也称为底物）随机相遇时更有效地发生。虽然酶参与化学反应，但它始终保持不变，不会影响化学平衡。生物系统中的大多数酶都是蛋白质，但一些 RNA 分子也参与催化。

氨基酸侧链赋予每种蛋白质酶其特定的催化特性。不同的氨基酸侧链类型如下

• 疏水性氨基酸包括：Gly、Ala、Val、Met、Leu、Pro、Ile、Phe、Tyr 和 Trp。
• 极性、不带电氨基酸包括：Ser、Thr、Cys、Asn 和 Gln。
• 带正电荷、极性氨基酸包括：Lys、Arg 和 His。
• 带负电荷、极性氨基酸包括：Asp 和 Glu。

这些基团的性质可以通过将底物定位在最佳构象中来加速反应，例如当疏水性底物定位在酶活性位点中氨基酸的疏水“口袋”中时。极性氨基酸的一些侧链也可以参与亲核反应，并与底物形成氢键，这有助于催化。除了侧链外，蛋白质的氨基 (NH2) 和羧基 (COOH) 末端也可以帮助这些反应。只有球状蛋白（可溶于水）可以作为生物系统中的酶。在这些蛋白质中，疏水性氨基酸聚集在折叠蛋白质的内部，而亲水性、极性氨基酸位于外部。这种性质赋予了它们溶解性。

酶主要分为六类。这些类别基于酶在催化中的功能。第一类是氧化还原酶，催化氢原子、氧原子和电子在底物之间的移动。第二类是转移酶，将化学基团（如甲基）在底物之间转移。第三类是水解酶，使用水催化底物的分解。第四类是裂解酶，催化底物中基团的去除，不使用水。这些酶通常留下双键。第五类是异构酶，催化底物内原子重新排列。例如，糖酵解途径中的一种主要酶，磷酸三糖异构酶，催化中间体二羟丙酮磷酸转化为 3-磷酸甘油醛。最后一类酶是连接酶，催化新化学键的合成。这些酶利用核苷酸三磷酸（如 ATP）的能量来推动反应前进。

所有类型的酶都参与消化期间和消化后的主要大分子代谢。蛋白质酶也参与主要代谢途径的调节。这些酶通常通过蛋白激酶的磷酸化和蛋白磷酸酶的去磷酸化发挥作用。整个激活或失活系统称为酶级联。酶级联的一个例子是激活和失活碳水化合物分解的系统。当激素信使（如胰高血糖素或胰岛素）与细胞外部的受体蛋白结合时，这些级联反应就会开始。以胰高血糖素为例，会启动一系列反应，最终导致蛋白激酶 A 的激活。蛋白激酶 A 会磷酸化酶中氨基酸的羟基，最终导致糖异生和糖原分解增加，糖原合成和糖酵解减少。胰岛素的结合具有相反的效果。它会刺激其受体酪氨酸激酶上酪氨酸残基的自磷酸化，这会激活一种蛋白磷酸酶，该酶会使其他酶去磷酸化。最终的结果是糖酵解和糖原分解增加，糖异生和糖原分解减少。其他大分子代谢以类似的方式进行调节。这样，酶参与了几乎所有代谢步骤。因此，蛋白质中氨基酸的独特性质会影响酶在催化中的功能。如果没有酶，生物系统中的化学反应发生得太慢，生命将无法存在。因此，酶在生命中起着非常重要的作用。

参考文献 Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2013). Lehninger principles of biochemistry (6th ed.). New York, NY: W.H. Freeman and Company. Palmer, T., & Bonner, P. L. (2007). Enzymes: biochemistry, biotechnology, clinical chemistry (2nd ed.). Cambridge, UK: Woodhead Publishing Limited. Whitney, E., & Rolfes, S. R. (2013). Understanding nutrition (14th ed.). Stamford, CT: Cengage Learning.

5.4.3 激素

荷尔蒙字面意思是“驱使”。荷尔蒙是身体的化学信使，它们在血液中循环，传递信息到不同的组织或器官。^[3]

只需要少量的荷尔蒙就能改变细胞的代谢过程。它本质上是一个化学信使，将信号从一个细胞传递到另一个细胞。荷尔蒙与受体蛋白结合，激活信号转导机制，最终导致细胞类型特异性的反应。^[4]

荷尔蒙可以根据其化学结构分为 5 类：^[5]

1. 直接由酪氨酸氨基酸衍生而来，包括：甲状腺素、三碘甲状腺原氨酸，

肾上腺素和去甲肾上腺素

1. 由短链氨基酸组成，包括：促肾上腺皮质激素 (ACTH)、促肾上腺皮质激素释放激素 (CRH)、促甲状腺激素释放激素 (TRH)、促性腺激素释放激素 (GnRH)、生长激素释放激素 (GHRH)、抗利尿激素、催产素、生长抑素、胃泌素、胰高血糖素和降钙素。
2. 由长链氨基酸组成，包括：胰岛素、生长激素 (GH)、催乳素、甲状旁腺激素 (PTH)、胆囊收缩素 (CCK) 和促胰液素。
3. 由与葡萄糖分子结合形成糖蛋白的蛋白质组成，包括：促甲状腺激素 (TSH)、促卵泡激素 (FSH)、黄体生成素 (LH)
4. 由胆固醇衍生而来，形成脂溶性类固醇激素，包括：雌激素、孕酮、睾酮、雄烯二酮、醛固酮和皮质醇。

因此，荷尔蒙具有多种功能

1. 通过打开或关闭门控离子通道来改变质膜通透性
2. 刺激蛋白质的合成，更具体地说，是酶的合成
3. 激活或失活已存在的酶
4. 诱导分泌活动
5. 刺激细胞分裂

5.4.4 体液平衡

体液平衡是指维持体内正确的水分含量。它是体内水分输入和输出的持续过程。体液平衡会因疾病和病痛而改变。

体液由水分摄入、激素控制和水分输出来调节。

5 个关键点^[6]

1. 体液平衡是体内水分输入和输出的平衡，以确保代谢过程正常运行
2. 为了评估体液平衡，护士需要了解体内的水分隔室以及水分在这些隔室之间如何流动
3. 脱水是指由于水分流失导致的体质量减少 1% 或更多。症状包括认知功能障碍、头痛、疲劳和皮肤干燥。严重脱水会导致低血容量休克、器官衰竭和死亡
4. 评估体液平衡和水合状态的三个要素是：临床评估、体重和尿量；回顾体液平衡图表；回顾血液化学指标
5. 体液平衡记录往往不足或不准确，原因通常是人员短缺、缺乏培训或时间不足

5.4.5 酸碱平衡调节

什么是正常水平？^[7]
蛋白质也起着酸碱调节的作用。由于蛋白质表面带有负电荷，它们会吸引氢离子的正电荷。通过接受和释放氢离子，蛋白质充当缓冲剂，维持血液和体液的酸碱平衡 (A.C.)。动脉血 pH 值的正常范围是 7.35 到 7.45。酸中毒是指 pH 值低于 7.35；碱中毒是指 pH 值高于 7.45。由于 pH 值以氢 (H+) 离子浓度表示，H+ 离子浓度增加会导致 pH 值降低，反之亦然。
通过几种缓冲系统可以稳定 H+ 离子浓度的变化：碳酸氢盐-碳酸、蛋白质、血红蛋白和磷酸盐。
因此，酸中毒可以描述为一种生理状况，是由身体无法缓冲过量的 H+ 离子引起的。酸碱平衡与水分和电解质平衡密切相关，一个系统的紊乱往往会影响另一个系统。水分代谢在水分代谢中进行讨论，电解质在电解质紊乱中进行讨论。

因此，身体有三种代偿机制来应对血清 pH 的变化：^[7]

生理缓冲液，由弱酸（易于分解）及其碱性盐组成，或由弱碱及其酸性盐组成。

肺部代偿，其中通气量的变化旨在改变动脉二氧化碳分压 (PaCO2)，并将 pH 值推向正常范围。

肾脏代偿，当其他机制失效时，通常在持续酸中毒或碱中毒 6 小时后才开始。
碱中毒是由 H+ 离子浓度不足引起的。酸血症和碱血症分别是指动脉血中发生酸中毒或碱中毒的过程。

5.4.6 转运蛋白

转运蛋白是http://www.minahealth.com/what_are_transport_proteins.htm

1. 细胞膜内的蛋白质，转运物质（例如分子和离子）穿过膜或在细胞内，或者参与囊泡转运
2. 在血浆中，它们结合并携带特定的分子或离子从一个器官到另一个器官。
3. 红细胞的血红蛋白在血液通过肺部时结合氧气。
4. 其他类型的转运蛋白存在于所有生物体的质膜和细胞内膜中；它们适应于结合葡萄糖、氨基酸或其他物质，并将它们转运穿过膜。

以下是转运蛋白的一些功能：- 血红蛋白：将氧气从肺部运送到细胞 - 脂蛋白：在体内转运脂类。

在生物体中，转运现象是必不可少的，无论是将疏水性分子穿过水性介质（氧气或脂类在血液中的转运），还是将分子穿过极性疏水性屏障（穿过质膜的转运）。载体和通道始终是生物蛋白。

膜蛋白，如通道和泵，对于某些化合物穿过细胞膜的转运至关重要。吸附的营养物质必须穿过四个屏障才能到达血液：^[8]

1. 粘液层，一种扩散屏障，在小肠中相当薄。
2. 肠上皮细胞顶端膜，一种脂质双层，需要转运蛋白来转运水溶性分子
3. 肠上皮细胞，一种代谢屏障，可能代谢营养物质。
4. 基底外侧膜，一种脂质双层，再次需要转运蛋白来转运水溶性分子。

除了转运蛋白外，肠上皮细胞内的代谢区室化或区域化还能增强吸收，从而防止过度代谢（例如，只有 10% 的吸收的葡萄糖）。^[9]

跨膜分子转运蛋白的分类由国际生物化学与分子生物学联盟命名法委员会的转运小组制定并最近得到批准。该系统基于 (i) 转运蛋白类别和亚类（转运方式和能量耦合机制），(ii) 蛋白质系统发育科和亚科以及 (iii) 底物特异性。几乎所有超过 250 个已识别的转运蛋白家族都包含专门用于转运的成员。通道（115 个家族）、次级主动转运蛋白（单向转运蛋白、同向转运蛋白和反向转运蛋白）（78 个家族）、初级主动转运蛋白（23 个家族）、基团转运蛋白（6 个家族）以及功能不明确或机制未知的转运蛋白（51 个家族）构成不同的类别。^[10] 虽然不同的转运蛋白携带非常不同的底物，但它们共享许多共同的结构特征。它们具有疏水性氨基酸区域，可以折叠成螺旋，当这些螺旋像桶的木板一样聚集在一起时，会跨越膜并形成一个“孔”，底物可以通过该孔进行转运。蛋白质的一部分（带有糖聚合物）位于膜外，可以充当信号受体，允许其他化合物控制主要底物转运速率。转运可以是被动转运，允许被转运的营养物质在膜两侧达到平衡，也可以是主动转运，允许膜一侧的浓度高于另一侧。

渗透

蛋白质不参与。渗透作用是指水分子穿过半透膜（或称差异性渗透膜或选择性渗透膜）的扩散现象。溶质的存在会降低物质的水势。因此，一杯清水中的水含量比等体积的海水中水含量高。在细胞中，由于存在许多细胞器和其他大分子，水流通常流向细胞。^[9] 水、二氧化碳和氧气是少数几种可以通过扩散（或称为渗透作用的一种扩散）穿过细胞膜的简单分子。^[11] 这种水流动的结果是稀释了浓度较高的区域。反渗透是指在压力作用下，水分子从浓度较高的溶液流向浓度较低的溶液，穿过半透膜的过程。^[9] 高渗溶液是指溶质浓度较高（因此水势较低）的溶液。低渗溶液是指溶质浓度较低（反之，水势较高）的溶液。等渗溶液是指溶质浓度相等（iso-）的溶液。

血液在动物体内的一项重要功能是维持等渗的内部环境。这消除了细胞内外水分流失或过量水分摄入所带来的问题。我们再次回到稳态。

被动扩散

扩散是物质在细胞内移动的主要方法之一，也是必需的小分子穿过细胞膜的方法。被动扩散或由膜两侧元素浓度差异和黏膜驱动的运输。被动运输不需要能量，并且沿着浓度梯度移动。离子跨膜运动通过膜内的孔或通道进行，是一个能量无关过程。蛋白质不参与所有类型的营养物质被动运输。大量的肠道黏膜被动运输可能通过旁细胞途径发生，或通过细胞间紧密连接的细胞间运输。^[12]

以下是一些例子，说明营养物质如何在没有蛋白质帮助的情况下（被动运输）从高浓度区域（沿着浓度梯度）移动到低浓度区域：乙醇吸收进入肠上皮细胞；食物中75%的维生素B6；硫胺素的吸收和吸收被认为是一个有效的过程，在硫胺素摄入量高时为被动过程，在硫胺素摄入量低时为主动过程。^[13]

协助扩散

协助扩散是指通过嵌入膜中的载体蛋白将元素转移穿过膜的过程。协助运输类似于简单扩散，因为它不依赖于能量，并且由膜两侧离子浓度差异驱动。协助运输比简单扩散快得多，并且由于载体蛋白数量有限，因此可饱和。^[12]

这些包括协助转运蛋白和离子通道，它们允许溶质在两个方向上跨膜转移。因此，运输沿着浓度梯度进行（称为“下坡运输”）。细胞内运输物质的净积累可能是由于以下原因造成的：向代谢产物转变为不能穿过膜的化合物（例如，维生素B6通过磷酸化为磷酸吡哆醛而在细胞内积累），或者与胞质蛋白结合（例如，铁蛋白，它与铁结合）。^[9]

’’’通道’’’（或孔）的定义是指一种蛋白质结构，它通过在蛋白质中创建一个中央水通道来促进分子或离子跨膜转运。这个中央通道促进双向扩散，这取决于浓度梯度的方向。通道蛋白不结合或隔离通过通道移动的分子或离子。通道对离子或分子的特异性是物质大小和电荷的函数。通过通道的分子流可以通过各种机制进行调节，这些机制会导致通道打开或关闭。^[14] 因此，运输蛋白可能与另一个调节蛋白相连，该调节蛋白可以将运输蛋白伴侣到膜中，从而调节运输能力。^[9]

膜通道有三种不同类型。α型通道是同源或异源寡聚体结构，在后者情况下由几种不同的蛋白质组成。这种类型的通道蛋白有 2 到 22 个跨膜α螺旋结构域，解释了它们的类别来源。分子沿着它们的浓度梯度通过α型通道移动，因此不需要代谢能量的输入。这类通道中的一些对转运的分子具有高度特异性，而另一些则没有。此外，用于转运相同分子的通道在不同组织之间可能存在差异。例如，人类体内有超过 15 种不同的钾离子特异性电压门控通道。^[14]

分子通过α型通道的转运是通过几种不同的机制发生的。这些机制包括膜电位的变化（称为电压门控或电压依赖性）、通道蛋白的磷酸化、细胞内钙离子、G 蛋白和有机调节剂。^[14]

• 水通道蛋白

水通道蛋白（AQP）是α型通道家族，负责水分子跨膜转运。在哺乳动物中至少发现了 11 种水通道蛋白，其中 10 种已知存在于人类（称为 AQP0 到 AQP9）。一个相关的蛋白质家族被称为水甘油通道蛋白，它们参与水的转运以及其他小分子的转运。AQP9 是人类水甘油通道蛋白。水通道蛋白在膜中以同源四聚体的形式组装，每个单体包含六个跨膜α螺旋结构域，形成独特的水孔。水通道蛋白表达最显著的位置可能是肾脏。近端小管表达 AQP1、AQP7 和 AQP8，而集合管表达 AQP2、AQP3、AQP4、AQP6 和 AQP8。肾脏水通道蛋白的功能丧失与多种疾病状态相关。AQP2 表达降低与肾性尿崩症（NDI）、获得性低钾血症和高钙血症相关。^[14]

β桶通道（也称为孔蛋白）之所以得名，是因为它们具有一个跨膜结构域，该结构域由形成β桶结构的β链组成。孔蛋白存在于线粒体的外膜中。线粒体孔蛋白是电压门控阴离子通道，参与线粒体稳态和细胞凋亡。孔形成毒素代表第三类膜通道。虽然这是最早在细菌中发现的一大类蛋白质，但哺乳动物细胞中也表达了少数这类蛋白质。防御素是一个由富含半胱氨酸的小型抗生素蛋白组成的家族，它们是存在于上皮细胞和造血细胞中的孔形成通道。防御素参与宿主防御微生物（因此得名），并且可能参与感染期间的内分泌调节。^[14]

人体营养中被动运输的例子

• 碳水化合物

果糖和糖醇由被动转运蛋白转运，而葡萄糖和半乳糖则由相同的主动（钠离子连接）转运蛋白吸收。这意味着只有部分果糖和糖醇可以被吸收，在大量剂量后，可能会有很多残留在肠腔内，导致渗透性腹泻。^[9]

• 水和电解质

水的运输机制尚不清楚，已提出几种假设。水吸收是一个被动过程，其中水跨细胞间和跨细胞途径通过响应由跨细胞钠和其他溶质吸收产生的渗透梯度而通过。^[8] 简单渗透可能解释了一些水分吸收，但渗透压差仅为 3-30 mosmol/kg，这意味着肠上皮细胞每隔几秒钟就会替换其全部体液。虽然一些水是协同转运的，但肠上皮细胞没有足够的转运蛋白来解释所有吸收的水。特定的水转运蛋白（水通道蛋白）存在于分泌上皮细胞中，基因敲除小鼠的研究表明它们可能是水吸收中定量最重要的因素。结肠作为水和电解质回收的器官，但其容量有限。快速注入 500 毫升或更多水到结肠会导致通过反射排便而引起腹泻，这是直肠给药灌肠的基础。^[9] 糖醇，用作甜味剂，例如木糖醇、乳糖醇和山梨糖醇，吸收不良，会随着足够的水进入结肠以维持管腔等渗，然后发酵和吸收短链脂肪酸（SCFAs）、水和 Na+。如果结肠发酵能力超过，则会发生渗透性腹泻，因为多余的水无法被吸收。大多数矿物质通过载体介导的扩散（非被动）吸收。^[9]

• 维生素

水溶性维生素通过特定的转运蛋白吸收。水溶性维生素被动转运的一个例子是维生素 B1、B2 和 B6 的磷酸化衍生物在肠腔内被去磷酸化，这些衍生物被易化转运蛋白吸收，然后通过再磷酸化被捕获在细胞内。维生素 B12 与内因子结合吸收，内因子是一种由胃粘膜壁细胞分泌的糖蛋白。^[9]

主动运输

主动运输

• 概述

被动运输和主动运输之间的区别在于是否需要能量以及它们是顺浓度梯度还是逆浓度梯度移动。被动运输不需要能量，并顺着浓度梯度移动。主动运输需要能量才能逆浓度梯度移动。主动吸收/转运的能量由三磷酸腺苷 (ATP) 提供，ATP 是人体中的能量货币。ATP 在其高能磷酸键中储存能量。

主动运输和载体蛋白的作用非常类似于酶底物反应。每种类型的载体蛋白至少有一个与其特定底物或溶质的结合位点。载体蛋白将溶质跨越膜的脂质双层，首先在膜的一侧暴露溶质结合位点，然后在另一侧暴露。竞争性抑制剂或非竞争性抑制剂都可以中断和阻断溶质的结合，就像酶的情况一样。竞争性抑制剂竞争相同的结合位点，而非竞争性抑制剂则结合在其他地方，间接改变载体蛋白的形状，从而阻碍其特定底物与其结合的能力。主动运输的过程可以通过三种方式完成：^[15]

1. 耦合载体将一种溶质跨膜上坡转运与另一种溶质下坡转运耦合。能量由 ATP 水解提供。

2. ATP 驱动泵将上坡转运与 ATP 水解耦合。通过另一种溶质（如 Na+ 或 H+）的下坡流动，该溶质已释放能量。

3. 光驱动泵，主要存在于细菌细胞中，将上坡转运与光能输入耦合。

Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002). 载体蛋白和主动膜转运。细胞分子生物学。第 4 版。纽约：Garland Science。可从：http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26896/

• 参考文献

• '完整参考文献：

[1] Pacha, J. 2000. 哺乳动物肠道运输功能的发展。生理学评论。80(4) 1633-1677。

[2] Saier, MH. 2000. 跨膜溶质转运蛋白的功能-系统发育分类系统。微生物学和分子生物学评论。64(2):354-411. DOI:10.1128/MMBR.64.2.354-411.2000.

[3] Geissler, C. and Powers, H. 2005. 人体营养学。第 9 版，爱思唯尔有限公司。

[4] Purves 等人，1992. 生命：生物科学，第 4 版，由 Sinauer Associates 和 WH Freeman 出版。

[5] Lindsay H. Allen 和 Andrew Prentice。2012. 人体营养百科全书，第 3 版。

[6] Gropper SS, Smith JL, Groff JL. (2008). 先进营养学和人体代谢。贝尔蒙特，加州：沃兹沃思出版社。

[7] Michael, W King. 2013. http://themedicalbiochemistrypage.org/membranes.php [email protected]

[8] Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002). 表皮及其干细胞的更新。细胞分子生物学。第 4 版。纽约：Garland Science。可从：http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26865/

[9] Rolfes, S., & Whitney, E. (2013). 理解营养学 (pp. 179). 斯坦福德，CT：Cengage Learning。

[10] Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002). 载体蛋白和主动膜转运。细胞分子生物学。第 4 版。纽约：Garland Science。可从：http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26896/

• 网站

- 国际生物化学与分子生物学联盟 [1]

- Michael W King，博士© 1996-2013 [themedicalbiochemistrypage.org]，[email protected] - Sinauer Associates [www.sinauer.com]

- WH Freeman [www.whfreeman.com]

5.4.7 抗体

蛋白质参与防御，特别是针对外来入侵者。抗体是执行这项工作的专门蛋白质，它们防御机体免受抗原的攻击，并被免疫系统用来保护机体免受细菌、病毒和其他外来物质（A.C.）的攻击。抗体是大型的 Y 形蛋白质。它们被免疫系统招募来识别和中和细菌和病毒等外来物体。^[1]

抗体如何起作用？^[2] 抗体在血液中循环，并可能出现在身体的任何地方。如果循环的抗体接触到它们被生成以对抗的目标或抗原，则抗体会与目标结合。根据抗原的不同，结合可能阻碍导致疾病的生物过程，或可能招募巨噬细胞来破坏外来物质。

作为功能

文件：抗体功能

http://www.nwcreation.net/presentations/recombination/img031.GIF

抗体类型：类型：1. IgG：^[3] 两条相同的重链和两条相同的轻链以 Y 形排列，这是抗体单体的典型形状。（也称为“γ 球蛋白”）是人体免疫系统中最丰富的抗体。它存在于血液和组织液中。IgG 是唯一能够穿过胎盘为发育中的胎儿提供免疫保护的抗体。IgG 抗体在感染后约一个月出现，因此它们的存在表明机体对外来病原体产生了成熟的抗体反应。

2. IgM：主要存在于血液和淋巴液中，是机体对抗新感染时首先产生的抗体。^[4]

3. IgA：免疫球蛋白 A (IgA) 作为大多数哺乳动物粘液分泌物中主要的抗体类别，代表了对抗易受攻击的粘膜表面吸入和摄入的病原体入侵的关键第一道防线。存在 2 种 IgA1 和 IgA2。

• IgA1 是血清中主要的 IgA 亚类。大多数淋巴组织中 IgA 产生细胞占主导地位。
• 在 IgA2 中，重链和轻链不是通过二硫键连接，而是通过非共价键连接。在分泌性淋巴组织（例如，肠道相关淋巴组织，或 GALT）中，IgA2 的产量比例大于非分泌性淋巴器官（例如，脾脏，外周淋巴结）。

4.IGE：IgE 通过与肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面上的 Fc 受体结合，启动 IgE 介导的过敏反应。Fc 受体也存在于人类的嗜酸性粒细胞、单核细胞、巨噬细胞和血小板中。

5.IGD：是人体产生的五类抗体之一。它在血清组织中少量存在。虽然其确切功能尚不清楚，但 IgD 在对牛奶、胰岛素、青霉素和各种毒素的过敏反应中会增加。血清中 IgD 的正常浓度为 0.5 至 3 mg/dL。

5.4.8 能量和葡萄糖

葡萄糖中的能量储存在分子间的共价键中，最重要的是储存在氢电子中。氢电子在光合作用过程中（植物从阳光中转移）被提升到“更高的能量水平”，该过程发生在植物的光系统 I 中。这些氢电子随后将在有氧细胞呼吸过程中通过电子传递链，而氢离子变得稳定。

1.8 5.4.8 蛋白质功能- 能量和葡萄糖

在严重碳水化合物不足的情况下，蛋白质可以从其通常的功能中转移出来，以葡萄糖的形式为大脑和神经系统提供能量。（Berg、Tymoczko 和 Stryer，2002）。然而，蛋白质产生的能量明显低于碳水化合物和脂类（4 千卡/克至 9 千卡/克），使用蛋白质作为燃料会牺牲其其他独特功能。限制碳水化合物，因此依赖蛋白质作为主要能量来源，如果没有医生的调节，可能是一个有风险的饮食选择。蛋白质作为其构建块分子——氨基酸被整合到能量通路中。在代谢之前，必须通过脱氨基过程从氨基酸的骨架碳骨架中去除氨基（NH2）。含氮氨基与二氧化碳在肝脏中合成形成尿素，尿素在通过肝脏排泄之前被送到肾脏（Schutz，2011）。碳骨架被保留以进入能量通路。生糖氨基酸被转化为丙酮酸，丙酮酸可以形成乙酰辅酶 A 并进入 TCA 循环，或形成葡萄糖。生酮氨基酸直接转化为乙酰辅酶 A，因此不能形成葡萄糖。生糖和生酮氨基酸都可以通过 TCA 循环为身体提供能量或形成体脂肪，但只有生糖氨基酸可以为身体提供额外的葡萄糖。

图：生糖氨基酸的糖异生

参考文献 Benson, D. (n.d.). 糖异生。检索于 2015 年 11 月 29 日，来自加州大学戴维斯分校化学：http://chemwiki.ucdavis.edu/Biological_Chemistry/Metabolism/Gluconeogenisis Berg, J. M., Tymoczko, J. L., & Stryer, L. (2002). 第 16.3 节：葡萄糖可以从非碳水化合物前体合成。在 J. M. Berg, J. L. Tymoczko, & L. Stryer, 生物化学（第 5 版）中。纽约：W H Freeman。检索于 2015 年 11 月 28 日，来自 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22591/ Schutz, Y. (2011, 3 月). 蛋白质周转、再生成和糖异生。国际维生素和营养研究杂志，81(23)，101-107。doi:10.1024/0300-9831/a000064

5.4.9 蛋白质调节

蛋白质负责细胞中大量惊人的功能，从 DNA 复制到帮助自身产生蛋白质。没有蛋白质，我们就无法生存。蛋白质是我们生物学中如此重要的一个方面，自然界一定会制定了几个检查和平衡措施，以便它们能够正确发挥功能并防止它们破坏我们的细胞。本节将提供蛋白质调节机制之一的基本概述；蛋白质抑制。

我们用来治疗各种疾病或症状的许多药物都涉及使用蛋白质抑制。抑制的作用是减慢、停止或加速某些酶的活性，从而实现预期效果。例如，青霉素通过抑制和阻断某些细菌用来制造其细胞壁的酶而起作用，而没有细胞壁，细菌就无法生存（Berg 等人，2002）。有几种不同的抑制类型，包括竞争性抑制、非竞争性/别构抑制和反馈抑制。

竞争性抑制：每种酶都有自己的活性位点，它在那里与给定的反应物或底物结合。这些底物可以根据酶在细胞中的特定作用而有所不同，从其他蛋白质到水分子等等。活性位点只会与完美适合其形状的底物结合。竞争性抑制围绕给定酶的活性位点的结合。竞争性抑制剂将与给定的反应物竞争，争夺与酶的活性位点结合的机会。假设一个酶的活性位点呈圆形，它在给定的细胞中通常与给定的圆形反应物结合。如果向该细胞中添加了也是圆形的竞争性抑制剂，则反应物和抑制剂将争夺它们在酶活性位点的位置，从而降低给定酶的反应速率。竞争性抑制剂的工作效果取决于其结合亲和力（Stretlow 等人，2012），这是一个在本节中不会探讨的概念。

Noncompetitive/Allosteric Inhibition:

许多酶除了活性位点之外，还有另一个位点，称为别构位点。一些小分子通过能够与这些别构位点结合而充当抑制剂，从而改变酶的活性位点。通过这种机制，别构抑制剂不会直接与活性位点竞争，并且可以改变活性位点的形状，阻止正常的底物与活性位点结合。

反馈抑制：反馈抑制是一种特殊的别构抑制，其中一系列酶促反应的产物别构抑制该系列中第一个酶，以影响反应序列。这种类型的抑制可以分为正反馈或负反馈，其中反应产物将分别增加或减少产生的产物量。一个例子是血管紧张素对肾素的反馈抑制（Antonipillai 等人，1998），这是我们在课堂上讨论过的主题，涉及正反馈。

Works Cited: 

1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. 生物化学。第 5 版。纽约：W H Freeman；2002。第 8.5 节，酶可以被特定分子抑制。可从以下网址获取：http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22530/

2. Strelow J, Dewe W, Iversen PW, et al. 酶的作用机制测定。2012 年 5 月 1 日[更新于 2012 年 10 月 1 日]。在：Sittampalam GS, Coussens NP, Nelson H, et al.，编辑。测定指南手册[互联网]。贝塞斯达 (MD)：礼来公司和美国国立卫生研究院转化科学发展中心；2004-。可从以下网址获取：http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK92001/

3. Antonipillai, I., Nadler, J., & Horton, R. (n.d.). 血管紧张素对肾素的反馈抑制通过脂氧合酶途径表达*。内分泌学，1277-1281。

5.4.10 其他功能

蛋白质还参与一些背景角色，如血液凝固和视力。当受伤时，会发生一系列事件，导致纤维蛋白的产生，纤维蛋白是一种粘稠的、不溶的蛋白质纤维块，从液体血液中形成坚实的凝块。凝固发生后，胶原蛋白形成以创建一个疤痕，替换凝块并愈合伤口。

来源：蛋白质功能。（2015）。检索于 2015 年 10 月 20 日，来自 http://biology.about.com/od/molecularbiology/a/aa101904a.htm 由 A.C. 更新。