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北京大学生命科学院 唐建国
一、基因
二、蛋白质 三、基因与蛋白质的关系 四、基因组
五、蛋白质组
（二）蛋白质
基因是这样，蛋白质呢？生物体的遗传物质是基因，生物的各种性状是由什么来表示的呢？实际上是由蛋白质来表示的，它是基因功能的执行分子。通过有什么样的基因，就可以得到什么样的蛋白质分子。这样的蛋白质是由氨基酸组成的，可以由几十个甚至上千个氨基酸来组成一个蛋白质分子，生物界参与蛋白质合成的有20种氨基酸，基因只有四个核苷酸，蛋白质的复杂度比基因高得多。因为在蛋白质的序列中，这20种氨基酸可以随意的按基因序列，基因的遗传信息加入到氨基酸序列中去，所以它能给出的复杂度是非常高的。每种氨基酸是通过碳键连接成线性分子，相当于前面谈的，核酸是由磷酸二酯键连成线性分子。蛋白质形成的功能可以非常多，比如说可以作为生物催化剂，叫做酶，生物体中每一种反应都有一种酶来参与，帮助催化剂进行反应的。酶作为催化剂本身就是蛋白质分子。我们设想在代谢过程中，比如个体在消化过程中，某种酶发生问题，消化过程就会发生障碍，就会导致疾病。酶作为催化剂可以很好地调节生物体的生物功能。它靠的是调节生物体内反应的速度。如果消化不良，可能是蛋白水解酶，还有淀粉酶等这些出现问题，就会导致那些情况。我小时候大人经常给我吃多酶片，多酶片就是含有许多蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶的片剂，给小孩吃是为了帮助消化。酶是蛋白质，生物催化剂，可以调节生理代谢过程。还有比如一些转运的蛋白，身体内有许多物质需要运输，比如吸进去的氧气，在血液中需血红蛋白的帮助运送，这是血红蛋白的功能。还有调节功能，比如说激素，象胰岛素，大家知道可以治糖尿病，生物体血糖升高时刺激胰腺分泌胰岛素，它通过跟生物细胞（靶细胞）的作用，可以激活这细胞中有关参与血糖（葡萄糖）降解、氧化的一系列酶系，也就是增加这些酶的活性，加快它的速度，把血液中的高的血糖（即葡萄糖）的浓度降下来，把这些葡萄糖变成人体活动需要的能量。人体的能量分子主要是ATP这样的分子。在商业性竞赛中有ATP拉力赛之类。ATP是生物体中的一种能量物质，这能量可以由食物转化得到。蛋白质的防御功能，比如抗体，它是一种蛋白质分子，当外来抗原入侵我们的身体时，免疫系统产生出抗体消灭外来抗原分子。可见，蛋白质的功能是非常复杂的。这里大家可以看到的是氨基酸的结构，R可以有20种，生物体内蛋白质里氨基酸可以有20种。氨基可以与前一个氨基酸的羧基形成一个碳键。这个羧基可以跟后面一个氨基酸的氨基形成一个碳键，这样就可以形成链状分子。比如这里，这是赖氨酸，它有许多氨基酸，每个之间通过碳键来联接成为线形分子，这是它的最基本结构。线形分子可以折叠，可以有二基、三基、四基结构。由于组成蛋白质的氨基酸有20种，所以它的结构可以非常复杂，它不象DNA双螺旋结构那是非常简单的，蛋白质的结构就不一样。这里是一个酶的结构，非常复杂，这是葡萄糖基酶，中间红色的相当于葡萄糖分子，是个六碳的糖，整个酶非常大，它只是为了把葡萄糖挂上磷酸基团，作为生物催化剂。
刚才谈到红细胞，里面主要是血红蛋白用来运送氧气，通过肺粘膜，把氧气装载在红细胞里的血红蛋白上。红细胞通过主动脉到静脉，静脉主要到肌肉组织皮肤组织里释放氧气供组织用，这样来进行循环。如果蛋白质的氨基酸某一点发生突变，会导致某些功能的丧失。比如这个，我们叫镰刀状贫血，即血红蛋白的分子上有一个氨基酸发生了突变，血红蛋白丧失了很大一部分运载氧气的能力，就会导致镰刀状贫血，它是输送血的能力非常低的一种疾病。这个是大家熟悉的胰岛素的空间结构。胰岛素是激素分子，可参与调节。这是另一种蛋白质，结构是不一样的。这个是抗体，具有防御功能。抗体能识别抗原，把抗原结合到它头部这两个地方，然后将抗原破坏掉，达到消灭外来入侵分子的作用。
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