第三節 蛋白質的重要作用及其應用
蛋白質是一類重要的生物有機高分子物，蛋白質的英語“protein”是從希臘文轉化而來，意思為“最原始的、最初的”或“第一重要的”。蛋白質是組成生命的基本物質，是生物體的基本組成成分，是組成細胞的基礎物質，其在生物界中無處不在。
蛋白質是一類具有復雜結構和多種生物學功能的生物大分子，是人們最早認識的一種生命物質。蛋白質與生命現象密切相關，凡是有生命的地方幾乎都離不開蛋白質，在生物體中蛋白質的含量很高，動物體內蛋白質含量約占45%（除了水外），在肝、脾、心、肺等重要的器官中蛋白質含量高達60%～70%。生物體內蛋白質數量龐大，種類繁雜。生物體中最簡單的生物細胞大腸桿菌中蛋白質的種類就有三千多種，人體的蛋白質種類超過十萬種，整個自然界中存在的蛋白質種類可達1010～1012數量級。
蛋白質種類繁多，用途廣泛，在人類的生命、生活中占有非常重要的地位。蛋白質在人生理反應、人類食品、藥物研制，化妝、護發及人類穿著用的紡織原料上都有廣泛應用。例如，皮膚、人體機體、酶、生物蛋白藥物、膠原蛋白、蛋白纖維等都含有蛋白質。其中人們衣著用的蛋白質紡織纖維原料有：毛和絲等天然蛋白質纖維；大豆蛋白、牛奶蛋白等人造復合蛋白質纖維；可利用生物基因技術生產仿蜘蛛絲蛋白纖維。近代分子生物學的研究表明，蛋白質在遺傳信息的控制、細胞膜的通透性、神經沖動的發生和傳導以及高等動物的記憶等方面都起著重要的作用。可見蛋白質在人類生命活動及生活中均占有非常重要的地位。
一、蛋白質在機體中的重要作用
蛋白質是生命的物質基礎，蛋白質是各種生物功能的主要體現者，它參與了幾乎所有的生命活動過程，蛋白質在體內所承擔的生物學功能是多種多樣的，可總結如下：
1.催化作用 生物酶具有催化功能，生物體內的各種化學反應幾乎都是在相應的酶參與下進行的。幾乎所有的酶都是蛋白質。酶是一種生物催化劑，其具有高效性、專一性，反應條件溫和等特點。
2.運輸作用 細胞色素C起傳遞電子的作用，脊椎動物紅細胞中的血紅蛋白和無脊椎動物體內的血藍蛋白在呼吸過程中起著運輸氧氣的作用。血液中的載脂蛋白可運輸脂肪，轉鐵蛋白可轉運鐵。一些脂溶性激素的運輸也需要蛋白，如甲狀腺素要與球蛋白結合才能在血液中運輸。因此，某些蛋白質具有運輸功能，專一運輸某種小分子和離子。
3.調節作用 有一類蛋白質具有調節機體代謝活動，對生物體內的新陳代謝起調節作用。例如，胰島素參與血糖的調節，能降低血液中葡萄糖含量，防止血糖超標；組蛋白、阻遏蛋白等具有控制遺傳的作用，其可調節和控制細胞生長、分化和遺傳信息的表達；核蛋白也是一類具有控制遺傳作用的復合蛋白。
4.運動作用 某些蛋白質與生物的運動有關，負責機體的運動，如肌球蛋白（myosin）和肌動蛋白（actin）是肌肉收縮系統的必要成分（具有收縮功能），它們構象的改變引起肌肉的伸縮，帶動機體運動，具有運動作用。細菌的鞭毛或纖毛蛋白也能產生類似的作用，細菌中的鞭毛蛋白的收縮引起鞭毛的擺動，從而使細菌在水中游動。
5.防御作用 生物體防御體系中的抗體也是蛋白質。它能識別病毒、細菌以及其他機體的細胞，并與之相結合，從而消除了這些有害物質對機體的干擾，起到保護機體的作用，即抗體蛋白具有防御異體侵入機體，避免機體產生疾病的作用，如免疫球蛋白、病毒外殼蛋白、動物的抗體和干擾素等都具有防御作用。
6.營養作用 蛋白質的結構單元為氨基酸，其可作為氨基酸的儲存庫，有機體能將所食用的蛋白質原料儲藏起來，轉化為氨基酸，提供生物體發育、生長所需的營養物質（必需氨基酸），如蛋類中的卵清蛋白（ovalbumin）、乳類中的酪蛋白（casein）、小麥種子中的麥醇溶蛋白等都具有營養作用。
7.結構作用 蛋白質另一個主要的生物學作用是作為有機體的結構成分。膠原纖維是動物體中主要的細胞外結構蛋白，參與結締組織和骨骼的形成，作為身體的支架。細胞里的片層結構，如細胞膜、線粒體、葉綠體和內質網等都是由不溶性蛋白質與脂質組成的。其作為構建機體某部分的材料，起著支撐動物和植物組織形態的作用，如膠原蛋白、纖維蛋白、骨蛋白、角蛋白等都可作為結構蛋白。
8.受體作用 有的蛋白質具有接受、傳遞和調解信息的作用，如視色素蛋白（視網膜內）可辨別顏色；舌尖味蕾上的味覺蛋白可辨別各種味道。
9.其他功能 某些生物能合成有毒的蛋白質，用以攻擊或自衛。如某些植物在被昆蟲咬過以后會產生一種毒蛋白。白喉毒素可抑制生物蛋白質合成。
蛋白質的這些作用均與生命現象緊密相連，因此蛋白質是生命中不可缺少的物質，其在機體中的起著不可替代的重要作用。
二、蛋白質在輕化工程領域中的應用
1.蛋白質在紡織中的應用 蛋白纖維在紡織行業中應用較多，主要包括：各種毛纖維、絲纖維、人造大豆蛋白纖維、牛奶蛋白纖維等。蛋白纖維作為重要的紡織原料，可織成不同種類的紡織面料，用途廣泛。
2.蛋白質在皮革行業中的應用 皮革行業中也使用到許多蛋白原料，例如，羊皮、牛皮、豬皮等作為皮革廠的原料，可制成各式皮衣、皮包、皮鞋、皮帽、皮手套等眾多皮革產品。
3.蛋白質制劑在染整行業中的應用 由蛋白材料為原料可制成蛋白助劑，用作涂飾劑、膠黏劑、防皺防縮劑、表面活性劑、舒適保健整理劑、改進染色性能的助劑等，其應用于被整理材料上，可以改善產品外觀，提高產品服用性能，提升產品檔次，改善產品染色等性能。
此外，酶是一種蛋白質，其是一種生物催化劑，不同種類的酶，具有不同的結構，可以對特定底物有催化作用，利用此性能，酶在染整領域也有廣泛的用途，如在紡織印染加工中，應用到淀粉酶、蛋白酶、果膠酶、纖維素酶等，酶可應用于織物退漿、羊毛防氈縮、絲綢脫膠、羊毛炭化去除其中的植物性雜草以及精練去除織物上的果膠等，合理地選擇和應用酶不僅可以減少環境污染，而且改善產品手感和光澤，提高紡織品服用性能；此外，通過改性酶的結構，或對酶進行固定化處理，制造出高性能改良酶，提高酶的作用效率及其穩定性，開發酶的新用途，例如，合理運用復合酶，開發新功能酶，實現酶氧退煮漂低溫前處理一浴工藝，這方面的研究符合當今社會節能減排的要求，具有研究價值和應用前景。
4.蛋白質在食品行業中的應用 蛋白質在食品行業中有著廣泛應用，其可作為食用營養劑、飼料添加劑等。此外，新型蛋白質營養食品、蛋白藥物等的研制開發，可用以提高人體的免疫能力，延長人類的壽命。
5.蛋白質在污水處理中的應用 利用廢棄蛋白為原料，可制成環保型生物脫色劑、重金屬去除劑、除臭劑等，可應用于廢水的凈化。
6.基因修飾中的應用 利用蛋白質結構和性能，可以開發新型突變酶，并利用生物高新技術，基因技術，改良生物品種，推動防疾病、克隆、制造特效疑難病的蛋白藥物、疫苗等技術的應用；此外，利用生物基因技術，能促進仿蜘蛛絲纖維、天然彩毛、彩絲等新品種的開發應用。
思考題：
1.蛋白質的基本化學組成單元是什么？其主要由哪些元素組成？哪種元素是蛋白質的特征元素？該元素在蛋白質中約占的百分含量是多少？基于此有哪些應用意義？
2.簡單蛋白質和結合蛋白質的化學結構有什么不同？
3.歸納總結蛋白質在輕紡織工程中的用途？
4.蛋白質在機體中有哪些重要功能和作用？