第三节 蛋白质的重要作用及其应用
蛋白质是一类重要的生物有机高分子物，蛋白质的英语“protein”是从希腊文转化而来，意思为“最原始的、最初的”或“第一重要的”。蛋白质是组成生命的基本物质，是生物体的基本组成成分，是组成细胞的基础物质，其在生物界中无处不在。
蛋白质是一类具有复杂结构和多种生物学功能的生物大分子，是人们最早认识的一种生命物质。蛋白质与生命现象密切相关，凡是有生命的地方几乎都离不开蛋白质，在生物体中蛋白质的含量很高，动物体内蛋白质含量约占45%（除了水外），在肝、脾、心、肺等重要的器官中蛋白质含量高达60%～70%。生物体内蛋白质数量庞大，种类繁杂。生物体中最简单的生物细胞大肠杆菌中蛋白质的种类就有三千多种，人体的蛋白质种类超过十万种，整个自然界中存在的蛋白质种类可达1010～1012数量级。
蛋白质种类繁多，用途广泛，在人类的生命、生活中占有非常重要的地位。蛋白质在人生理反应、人类食品、药物研制，化妆、护发及人类穿着用的纺织原料上都有广泛应用。例如，皮肤、人体机体、酶、生物蛋白药物、胶原蛋白、蛋白纤维等都含有蛋白质。其中人们衣着用的蛋白质纺织纤维原料有：毛和丝等天然蛋白质纤维；大豆蛋白、牛奶蛋白等人造复合蛋白质纤维；可利用生物基因技术生产仿蜘蛛丝蛋白纤维。近代分子生物学的研究表明，蛋白质在遗传信息的控制、细胞膜的通透性、神经冲动的发生和传导以及高等动物的记忆等方面都起着重要的作用。可见蛋白质在人类生命活动及生活中均占有非常重要的地位。
一、蛋白质在机体中的重要作用
蛋白质是生命的物质基础，蛋白质是各种生物功能的主要体现者，它参与了几乎所有的生命活动过程，蛋白质在体内所承担的生物学功能是多种多样的，可总结如下：
1.催化作用 生物酶具有催化功能，生物体内的各种化学反应几乎都是在相应的酶参与下进行的。几乎所有的酶都是蛋白质。酶是一种生物催化剂，其具有高效性、专一性，反应条件温和等特点。
2.运输作用 细胞色素C起传递电子的作用，脊椎动物红细胞中的血红蛋白和无脊椎动物体内的血蓝蛋白在呼吸过程中起着运输氧气的作用。血液中的载脂蛋白可运输脂肪，转铁蛋白可转运铁。一些脂溶性激素的运输也需要蛋白，如甲状腺素要与球蛋白结合才能在血液中运输。因此，某些蛋白质具有运输功能，专一运输某种小分子和离子。
3.调节作用 有一类蛋白质具有调节机体代谢活动，对生物体内的新陈代谢起调节作用。例如，胰岛素参与血糖的调节，能降低血液中葡萄糖含量，防止血糖超标；组蛋白、阻遏蛋白等具有控制遗传的作用，其可调节和控制细胞生长、分化和遗传信息的表达；核蛋白也是一类具有控制遗传作用的复合蛋白。
4.运动作用 某些蛋白质与生物的运动有关，负责机体的运动，如肌球蛋白（myosin）和肌动蛋白（actin）是肌肉收缩系统的必要成分（具有收缩功能），它们构象的改变引起肌肉的伸缩，带动机体运动，具有运动作用。细菌的鞭毛或纤毛蛋白也能产生类似的作用，细菌中的鞭毛蛋白的收缩引起鞭毛的摆动，从而使细菌在水中游动。
5.防御作用 生物体防御体系中的抗体也是蛋白质。它能识别病毒、细菌以及其他机体的细胞，并与之相结合，从而消除了这些有害物质对机体的干扰，起到保护机体的作用，即抗体蛋白具有防御异体侵入机体，避免机体产生疾病的作用，如免疫球蛋白、病毒外壳蛋白、动物的抗体和干扰素等都具有防御作用。
6.营养作用 蛋白质的结构单元为氨基酸，其可作为氨基酸的储存库，有机体能将所食用的蛋白质原料储藏起来，转化为氨基酸，提供生物体发育、生长所需的营养物质（必需氨基酸），如蛋类中的卵清蛋白（ovalbumin）、乳类中的酪蛋白（casein）、小麦种子中的麦醇溶蛋白等都具有营养作用。
7.结构作用 蛋白质另一个主要的生物学作用是作为有机体的结构成分。胶原纤维是动物体中主要的细胞外结构蛋白，参与结缔组织和骨骼的形成，作为身体的支架。细胞里的片层结构，如细胞膜、线粒体、叶绿体和内质网等都是由不溶性蛋白质与脂质组成的。其作为构建机体某部分的材料，起着支撑动物和植物组织形态的作用，如胶原蛋白、纤维蛋白、骨蛋白、角蛋白等都可作为结构蛋白。
8.受体作用 有的蛋白质具有接受、传递和调解信息的作用，如视色素蛋白（视网膜内）可辨别颜色；舌尖味蕾上的味觉蛋白可辨别各种味道。
9.其他功能 某些生物能合成有毒的蛋白质，用以攻击或自卫。如某些植物在被昆虫咬过以后会产生一种毒蛋白。白喉毒素可抑制生物蛋白质合成。
蛋白质的这些作用均与生命现象紧密相连，因此蛋白质是生命中不可缺少的物质，其在机体中的起着不可替代的重要作用。
二、蛋白质在轻化工程领域中的应用
1.蛋白质在纺织中的应用 蛋白纤维在纺织行业中应用较多，主要包括：各种毛纤维、丝纤维、人造大豆蛋白纤维、牛奶蛋白纤维等。蛋白纤维作为重要的纺织原料，可织成不同种类的纺织面料，用途广泛。
2.蛋白质在皮革行业中的应用 皮革行业中也使用到许多蛋白原料，例如，羊皮、牛皮、猪皮等作为皮革厂的原料，可制成各式皮衣、皮包、皮鞋、皮帽、皮手套等众多皮革产品。
3.蛋白质制剂在染整行业中的应用 由蛋白材料为原料可制成蛋白助剂，用作涂饰剂、胶黏剂、防皱防缩剂、表面活性剂、舒适保健整理剂、改进染色性能的助剂等，其应用于被整理材料上，可以改善产品外观，提高产品服用性能，提升产品档次，改善产品染色等性能。
此外，酶是一种蛋白质，其是一种生物催化剂，不同种类的酶，具有不同的结构，可以对特定底物有催化作用，利用此性能，酶在染整领域也有广泛的用途，如在纺织印染加工中，应用到淀粉酶、蛋白酶、果胶酶、纤维素酶等，酶可应用于织物退浆、羊毛防毡缩、丝绸脱胶、羊毛炭化去除其中的植物性杂草以及精练去除织物上的果胶等，合理地选择和应用酶不仅可以减少环境污染，而且改善产品手感和光泽，提高纺织品服用性能；此外，通过改性酶的结构，或对酶进行固定化处理，制造出高性能改良酶，提高酶的作用效率及其稳定性，开发酶的新用途，例如，合理运用复合酶，开发新功能酶，实现酶氧退煮漂低温前处理一浴工艺，这方面的研究符合当今社会节能减排的要求，具有研究价值和应用前景。
4.蛋白质在食品行业中的应用 蛋白质在食品行业中有着广泛应用，其可作为食用营养剂、饲料添加剂等。此外，新型蛋白质营养食品、蛋白药物等的研制开发，可用以提高人体的免疫能力，延长人类的寿命。
5.蛋白质在污水处理中的应用 利用废弃蛋白为原料，可制成环保型生物脱色剂、重金属去除剂、除臭剂等，可应用于废水的净化。
6.基因修饰中的应用 利用蛋白质结构和性能，可以开发新型突变酶，并利用生物高新技术，基因技术，改良生物品种，推动防疾病、克隆、制造特效疑难病的蛋白药物、疫苗等技术的应用；此外，利用生物基因技术，能促进仿蜘蛛丝纤维、天然彩毛、彩丝等新品种的开发应用。
思考题：
1.蛋白质的基本化学组成单元是什么？其主要由哪些元素组成？哪种元素是蛋白质的特征元素？该元素在蛋白质中约占的百分含量是多少？基于此有哪些应用意义？
2.简单蛋白质和结合蛋白质的化学结构有什么不同？
3.归纳总结蛋白质在轻纺织工程中的用途？
4.蛋白质在机体中有哪些重要功能和作用？