【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學(xué)叢書編委會(huì)”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點(diǎn)就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書是大半個(gè)世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來自學(xué)。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎(chǔ)教育但卻很不扎實(shí)的學(xué)酥重新自修以查漏補(bǔ)缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的備注。

【山話嵓語】『數(shù)理化自學(xué)叢書』其實(shí)還有新版，即80年代的改開版，改開版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因?yàn)?677版保留了很多古早知識(shí)，讓我終于搞明白了和老工程師交流時(shí)遇到的奇特專業(yè)術(shù)語和計(jì)算模式的來由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險(xiǎn)極小，即使出版社再版也只會(huì)再版80年代改開版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯(cuò)的自學(xué)教材，不該被埋沒在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時(shí)間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』上傳成文字版。

第四章含氮的有機(jī)化合物?

§4-5蛋白質(zhì)

【01】蛋白質(zhì)是一種極復(fù)雜的有機(jī)物。它和脂肪、碳水化合物是人類營養(yǎng)的三種主要食料，對(duì)于生物的生命過程起著決定性的作用。它的形成和消耗是自然界里氮素循環(huán)的主要形式。

自然界里的蛋白質(zhì)

【02】蛋白質(zhì)存在于所有的動(dòng)植物體內(nèi)，它是構(gòu)成細(xì)胞的原形質(zhì)和細(xì)胞核的主要成分。植物的種子、根和莖中都含有一定量的蛋白質(zhì)，在小麥里約含有18%，大豆里也很豐富。我們?nèi)粘３缘拿娼詈透鞣N豆制副食品，主要是小麥和大豆里的蛋白質(zhì)，所以營養(yǎng)價(jià)值很高。蛋白質(zhì)依靠植物吸收氮素來形成，動(dòng)物再從飼料中攝取。人類生活所需的蛋白質(zhì)就是從食物中得來的，蛋白質(zhì)普遍分布在動(dòng)物體內(nèi)，象肌肉、皮膚、骨胳、血液、乳汁、毛發(fā)、蹄、角以及禽卵等的組成里，都含有豐富的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)對(duì)于一切生命現(xiàn)象都有關(guān)系，恩格斯說：“生命是蛋白體的存在方式”，顯然沒有蛋白質(zhì)就沒有生命。因此研究蛋白質(zhì)具有非常重大的意義。

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)

【03】蛋白質(zhì)的組成元素是比較復(fù)雜的，除含有碳、氫、氧、氮、硫之外還含有磷或鐵。

【04】蛋白質(zhì)的分子量非常巨大，從幾萬個(gè)氧單位到幾十萬個(gè)氧單位，甚至個(gè)別蛋白質(zhì)的分子量有高達(dá)幾千萬個(gè)氧單位的，如牛奶里所含的蛋白質(zhì)的分子量是75,000~375,000；煙草里的一種蛋白質(zhì)（煙草斑紋病毒素）的分子量竟達(dá)40,000,000，這樣大的分子量是研究蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的困難之一。

【05】此外，蛋白質(zhì)受到化學(xué)反應(yīng)條件如酸、堿或加熱的影響后，很容易引起凝固和變性【變性——蛋白質(zhì)分子發(fā)生變化，從而改變了蛋白質(zhì)的物理、化學(xué)和生物性質(zhì)】，因此也增加了研究蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的困難。

【06】目前科學(xué)上對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究，是把蛋白質(zhì)在酸、堿或酶的催化下進(jìn)行水解，得到一類叫做氨基酸的有機(jī)物。通過對(duì)氨基酸的研究，可以幫助作出關(guān)于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的結(jié)論氨基酸是含氮有機(jī)物的一類，在它的分子里含有酸性的羧基（—COOH）和堿性的氨基（—NH?），這兩種原子團(tuán)，多數(shù)是連接在同一個(gè)碳原子上的（也可以連接在不同的碳原子上）。最簡單的氨基酸是氨基乙酸。從它的結(jié)構(gòu)來看，可以看作是乙酸的烴基里的一個(gè)氫原子被氨基取代后的生成物。羧基和氨基在同一個(gè)碳原子上的氨基酸，可以用通式來表示，R可以是鏈烴基，也可以是環(huán)烴基。這些形形色色的氨基酸，就是構(gòu)成蛋白質(zhì)的單體。

【07】氨基酸分子里的氨基，能表現(xiàn)胺類那樣的堿性，它們能跟無機(jī)酸生成穩(wěn)定的鹽，例如：

【08】同時(shí)它們的羧基也象羧酸那樣，能跟醇類進(jìn)行酯化反應(yīng)，例如：

【09】這就是氨基酸所具有的兩種官能團(tuán)的化學(xué)功能。不僅如此，更重要的是這兩種官能團(tuán)能使相同或不同的氨基酸彼此進(jìn)行縮合反應(yīng)，脫去水變成高分子化合物?，F(xiàn)在以氨基丙酸為例，來看它的縮合過程：

【10】這種縮合物的結(jié)構(gòu)，就是由很多個(gè)原子團(tuán)（叫做勝鍵）【勝鍵又名肽鍵，是氨基和羧基縮水后的產(chǎn)物，是一個(gè)二價(jià)原子團(tuán)，包括一個(gè)亞氨基（—NH—）和一個(gè)羰基（—CO—）。勝讀做生”shēng，從“月”（肉）旁表示它是動(dòng)物體，從“生”是生命的意思】，連接著烴基而成的高分子物質(zhì)。要是由不同的氨基酸彼此縮合，就得到如下的結(jié)構(gòu)：

【11】R?、R?、R?代表不同的烴基。

【12】蛋白質(zhì)的分子是不是就象上面那樣的結(jié)構(gòu)呢？經(jīng)過科學(xué)家的不斷研究，一方面使不同的蛋白質(zhì)進(jìn)行水解，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有47種不同的氨基酸，其中25種是構(gòu)成蛋白質(zhì)的基礎(chǔ)；另一方面，運(yùn)用氨基酸來合成一些復(fù)雜的分子，結(jié)果已經(jīng)得到由二十多個(gè)氨基酸合成的分子。雖然這種合成物質(zhì)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是蛋白質(zhì)，但從它的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)來看，已經(jīng)是近似蛋白質(zhì)的物質(zhì)了。根據(jù)這些情況，科學(xué)家公認(rèn)蛋白質(zhì)就是由大量不同的氨基酸所縮合而成的復(fù)雜有機(jī)物。

【13】關(guān)于具有巨大分子量的物質(zhì)，我們?cè)谏弦徽吕镆苍鴮W(xué)過。象淀粉和纖維素等，因?yàn)樗鼈兪怯善咸烟强s水而成的，所以可用C?H??O?加上括號(hào)，在下角以n或x表示它們的分子量是單體C?H??O?的n或x倍，從而寫出它們的分子式(C?H??O?)n或(C?H??O?)x。那末蛋白質(zhì)能否也采用相同的表示法呢？根據(jù)分析的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)任何一種蛋白質(zhì)的分子都不是由一種氨基酸所構(gòu)成，所以不能以某一個(gè)氨基酸的式子作為單體的式子。因此蛋白質(zhì)的分子式，就不能采取象淀粉、纖維素那樣的表示方式。

蛋白質(zhì)的性質(zhì)

【14】我們除了知道蛋白質(zhì)可以水解生成各種氨基酸外，還要進(jìn)一步研究它的灼熱分解；它的溶解性和鹽類的影響；它的膠體溶液對(duì)溫度的影響等性質(zhì)。這些知識(shí)，還可以解釋某些日常生活中的現(xiàn)象，對(duì)于認(rèn)識(shí)蛋白質(zhì)有很大幫助。

1、蛋白質(zhì)灼熱分解

【15】蛋白質(zhì)里含有氫、硫、磷等元素，灼熱后即行分解，發(fā)出有臭味的氣體。利用這個(gè)性質(zhì)，我們可以用來識(shí)別棉織物和毛織物。我們知道，棉紗是碳水化合物，用火燒后，留下一條白色的灰燼，它的生成物是水、二氧化碳，所以聞不到氣味；而動(dòng)物的毛含有蛋白質(zhì)，它燃燒后，不僅留下焦黑殘?jiān)?，而且還有一股“焦毛臭”。據(jù)此我們就能鑒別它們。

2、蛋白質(zhì)的溶解性

【16】某些蛋白質(zhì)（象雞蛋白）是能溶在冷水里的。它溶解后成為膠體溶液。如果加入少量食鹽，還能促進(jìn)這種蛋白質(zhì)的溶解。但是多量的食鹽又能使蛋白質(zhì)沉淀。如果再注入清水，蛋白質(zhì)又會(huì)逐漸溶解，溶液變?yōu)橥该?。這就說明蛋白質(zhì)在食鹽水里的溶解性是可逆的，溶或不溶，根據(jù)食鹽量（濃度）的多少而變化。

【17】蛋白質(zhì)的溶解性，對(duì)食鹽是如此，對(duì)其他金屬的鹽類是否一樣呢？為什么有些金屬的鹽類，不象食鹽那樣用來作為人類的食用品呢？原來重金屬的鹽，象銅鹽，鉛鹽，汞鹽等，能使蛋白質(zhì)從溶液里沉淀出來，但再加水就不會(huì)再溶解，這樣就要使人中毒。我們可以做一個(gè)實(shí)驗(yàn)，來說明鹽類對(duì)蛋白質(zhì)的溶解性的影響。

【18】拿兩支試管，各裝幾毫升雞蛋白的膠體溶液，分別加入濃食鹽溶液和硫酸銅溶液，則見兩管內(nèi)都有絮狀的蛋白質(zhì)沉淀析出。再向這兩支試管中，分別加水稀釋，振蕩后，加食鹽的那一管，沉淀溶解，而加硫酸銅的那一管，蛋白質(zhì)仍舊不溶。這就證明蛋白質(zhì)在食鹽水里的溶解性是可逆的，而在重金屬的鹽溶液里是不可逆的。

3、蛋白質(zhì)膠體溶液對(duì)溫度的影響

【19】當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)，蛋白質(zhì)膠體溶液就要凝結(jié)析出而沉淀。我們吃的雞蛋羹，就是把蛋白質(zhì)溶液“燉”熟的，煮肉時(shí)湯面上浮起的沫子，也是凝結(jié)的蛋白質(zhì)。一切有機(jī)體，不能適應(yīng)較高的溫度。人類發(fā)熱到40℃以上就要神志昏迷，甚至使部分神經(jīng)細(xì)胞壞死。在醫(yī)療工作上利用高溫消毒（殺死細(xì)菌）等等，都是因?yàn)榧?xì)胞的原形質(zhì)——蛋白質(zhì)的膠體溶液——在高溫下要凝結(jié)，以致細(xì)胞死亡的緣故。

4、蛋白質(zhì)的消化及在人體里的新陳代謝

【20】蛋白質(zhì)作為人類的主要營養(yǎng)，在人體里是怎樣消化和吸收的呢？人們從食物攝取蛋白質(zhì)，但不能直接變?yōu)樯眢w的組織部分，需要在胃及胰臟分泌的蛋白酶催化下，進(jìn)行水解，成為各種不同的氨基酸，這些氨基酸被血液吸收，帶到各部組織，然后再組成該組織所需要的蛋白質(zhì)。所以人體各組織內(nèi)的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，和體外供給的是不同的。人體內(nèi)的蛋白質(zhì)，在各種組織里，不斷地進(jìn)行分解，最后所含的氮主要成為尿素排出體外。

5、蛋白質(zhì)的檢驗(yàn)

【21】蛋白質(zhì)有特殊的顏色反應(yīng)，據(jù)此可用來檢驗(yàn)它的存在。

【22】我們可以做以下一個(gè)實(shí)驗(yàn)：

【23】把蛋白質(zhì)溶液放在試管里，加幾滴濃硝酸并加微熱，就看到有黃色沉淀析出，冷卻片刻再加入過量的氨水，沉淀就變成橙黃色。

【24】上面這種反應(yīng)叫做蛋白質(zhì)黃色反應(yīng)。我們?cè)谑褂脻庀跛釙r(shí)，如不慎沾在皮膚上，皮膚就變成黃色，就是因?yàn)槠つw里也含有蛋白質(zhì)的緣故。

6、蛋白質(zhì)的用途

【25】蛋白質(zhì)不僅是人類營養(yǎng)的必需品，而且在工業(yè)上也具有廣泛的用途。我們把動(dòng)植物的蛋白質(zhì)加工成食品和原材料，來滿足各方面的需要。

【26】動(dòng)物膠是比較簡單的蛋白質(zhì)，可以用動(dòng)物的皮、骨、鱗甲、蹄等廢物熬煮而成。它的用途很廣，有一種無色透明叫做白明膠的，可用來制造照相膠卷及感光紙。還有各種膠粘劑和藥用膠如裝西藥的膠管，中藥里的龜板膠、鹿角膠、驢皮膠等，都是動(dòng)物膠。

【27】酪素是牛奶里凝固析出的蛋白質(zhì)，除作為食品的干酪外，能夠制成各種防水的膠粘劑，還能跟甲醛合成酪素塑料，用來制造鈕扣、筆桿、梳子等生活用品。

【28】豆腐是從大豆里提取蛋白質(zhì)而制成的。在煮沸的豆?jié){里，加入適量的鹽鹵（主要成分是氯化鎂MgCl?）或石膏（硫酸鈣CaSO?·2H?O），由于豆?jié){是蛋白質(zhì)的膠體溶液，受到鎂鹽、鈣鹽等電解質(zhì)的作用而凝固，制成營養(yǎng)豐富的豆制品。

【29】皮革也是蛋白質(zhì)經(jīng)過鞣制的產(chǎn)品，將牛、羊、豬、駝等動(dòng)物的皮剝下后，經(jīng)過浸漬、刮肉、去毛、鞣制等工序，使蛋白質(zhì)變成不溶解，不腐爛，具有彈性的皮革，作為縫制皮衣、皮鞋和各種軍用的裝備。

【30】還有動(dòng)物的羽毛、絲、角等，也都是由蛋白質(zhì)構(gòu)成的，象羊毛、兔毛、駝毛是紡織原料，禽羽象鴨絨等，可以作為衣襯、墊子、被褥等。牛角可以作為工藝品的材料。這些都不需經(jīng)過化學(xué)加工，就可以直接應(yīng)用。

習(xí)題4-5

1、蛋白質(zhì)存在在哪里？人類如何取得它？蛋白質(zhì)和生命有什么關(guān)系？

2、蛋白質(zhì)的組成里含有哪些元素？為什么灼燒含有蛋白質(zhì)的物質(zhì)會(huì)聞到“焦毛臭”？

3、為什么不能寫出蛋白質(zhì)的分子式？

4、什么叫氨基酸？怎樣證明氨基酸既具有胺的性質(zhì)，又具有羧酸的性質(zhì)？

5、某種蛋白質(zhì)里含有0.32%的硫，如果在它每一個(gè)分子里只含有一個(gè)硫原子，試求這種蛋白質(zhì)的分子量是多少？

【解】設(shè)這種蛋白質(zhì)的分子量是M。

則它的含硫百分率是×100%=0.32%，

答：這種蛋白質(zhì)的分子量是10000。

6、在分子里含有一個(gè)氮原子的某種氨基酸，它的含氮百分率是18.67。求它的分子量?！?5】

7、宰殺動(dòng)物時(shí)，為什么在盛放血液的容器里要放一些食鹽？

8、食品倉庫里除了冷藏法外，還有用“熱氣”法，用這種方法來殺菌防腐是根據(jù)什么原理？