肽和蛋白質界定的思考

摘"要：隨著生活水平的提高，在營養界備受關注的蛋白質和肽就成了人們關注的熱點。蛋白質和肽的基本單位均是氨基酸，且氨基酸間連接均以肽鍵為主，那么兩者如何區別？目前關于肽和蛋白質的界定不是很清晰，這就造成對肽和蛋白質的理解和描述存在混亂。本文根據現有的相關蛋白質和肽的信息和認識試圖將兩者給予一個清晰的界定，以期為解決這一困惑提出見解。肽和蛋白質的界定可以給予剛開始學習生物化學的學生一個相對清晰的概念，有助于學生理解學習。

關鍵詞：肽；蛋白質；概念

Thinking"about"the"Definition"of"Peptide"and"Protein

Li"Caihong1"Ding"Hang1"Lan"Liubo1"Wu"Jun2*"Zhang"Haitao1*

1.Department"of"Biochemistry"and"Molecular"Biology，Guangdong"Medical"University"GuangdongZhanjiang"524023；

2.Affiliated"Hospital"of"Guangdong"Medical"University"GuangdongZhanjiang"524000

Abstract：With"the"improvement"of"living"standards，proteins"and"peptides"have"become"the"focus"of"attention"in"the"nutrition"field.The"basic"units"of"proteins"and"peptides"are"amino"acids，and"the"connections"between"amino"acids"are"mainly"peptide"bonds，so"how"are"the"two"different？"At"present，the"definition"of"peptides"and"proteins"is"not"clear，which"causes"confusion"in"the"understanding"and"description"of"peptides"and"proteins.This"paper"attempts"to"give"a"clear"definition"of"proteins"and"peptides"according"to"the"existing"information"and"understanding"of"the"two，in"order"to"provide"insights"to"solve"this"puzzle.The"definition"of"peptides"and"proteins"can"give"students"who"are"just"beginning"to"learn"biochemistry"a"relatively"clear"concept，which"helps"students"understand"learning.

Keywords：peptide；protein；concept

隨著人們生活水平的提高，人們對健康的關注也越來越高，在營養界備受關注的蛋白質和肽就引起人們極大的興趣，成了人們關注和研究的熱點。眾所周知，蛋白質是由氨基酸之間脫水形成的肽鍵連接起來的功能性生物分子，但是氨基酸以肽鍵相連形成的化合物也可以稱之為肽。由于蛋白質和肽的基本單位均是氨基酸，且氨基酸間連接均以肽鍵為主，那什么是蛋白質？什么又是肽呢？兩者如何區別？

現行的所有生物化學教材一直依照早期獲知的生物化學知識進行簡單區分［12］，人為地以胰島素的分子量（大約為5800Da）為分界點，分子量大于等于胰島素的稱為蛋白質，分子量低于胰島素的稱為肽。隨著生物化學發展，我們對蛋白質和肽的認識也不斷增加，現在看來這種分類顯然是主觀的或者說是武斷的，分子量大小不應該是蛋白質和肽區別的主要依據。實際上，國外經典的生物化學教材并沒有明確認為胰島素是蛋白質和肽的區別界限，而是指出多肽分子大小范圍是“由兩個相連的氨基酸殘基組成的非常大，由成千上萬個氨基酸殘基組成的分子”。但該教材也指出“蛋白質和多肽兩者有時可以相互借用名稱”“分子量低于10000Da的常稱為多肽”，仍然沒有給出蛋白質和多肽明確的區別［3］。那蛋白質到底是什么？蛋白質與肽如何區別呢？

以目前研究發現的天然蛋白質和肽的來源和結構信息為依據［45］，蛋白質應該定義為：在遺傳密碼指導下，以氨基酸為基本結構單位，通過α肽鍵相連接合成的肽鏈，可單獨或與非氨基酸化合物結合而形成具有相對穩定空間結構，并具有特定生物學功能的生物分子。這個蛋白質定義關鍵在于：天然蛋白質是以遺傳信息指導的，具有相對穩定空間構象的生物分子，而不是單純以分子量進行劃分。對于肽的基本概念可以定義為：由兩個以上氨基酸單位以酰胺鍵（肽鍵）連接的化合物。這兩個概念都可以不涉及分子量限定，也就是說蛋白質與肽之間的區別不在于分子量的大小，有些蛋白質可以比胰島素分子量小，而有些肽的分子量可以比胰島素大。

1"兩者在來源上有一定的區別

首先，蛋白質是由遺傳密碼編碼的，并在遺傳密碼指導下以L氨基酸為基本單位通過α肽鍵相連接合成。至于組成肽的氨基酸可不限于遺傳密碼對應的氨基酸（如瓜氨酸、鳥氨酸），也不限于氨基酸的構型（既可以是L氨基酸，也可以是D氨基酸）。組成肽的肽鍵可以是α肽鍵，也可以是γ羧基與ε氨基形成的肽鍵（酰胺鍵）。肽也可以由基因編碼信息，例如，體內的一些蛋白酶原活化時切割下來的一小段肽鏈。大多數多肽經核糖體合成后，N端會被切割下一段肽，代表性的肽是信號肽。蛋白質完全變性產物或者蛋白質被內肽酶水解的產物也是肽的來源，顯然這些肽是可以在基因組上找到相應的遺傳密碼的。除了基因密碼指導下合成肽外，細胞也可以用酶直接催化生成肽，如谷胱甘肽、短桿菌肽等。

2"兩者在物質組成上有一定的區別

蛋白質可（但非必需）與非氨基酸成分結合。蛋白質的肽鏈分子可以折疊成單純蛋白質，也可以與非氨基酸組分結合形成結合蛋白質，但肽均由氨基酸連接而成。

3"兩者在穩定空間結構上有一定的區別

蛋白質具有相對穩定的空間結構，這種穩定空間結構應該是蛋白質與肽區別的關鍵。蛋白質分子只有折疊成相對穩定的空間結構才具有生物活性，空間結構被破壞后，蛋白質分子失去相應的生物活性，形成多肽。多肽的空間結構不穩定，基本存于無定型多樣化狀態，易受環境變化影響。因此，完全變性的蛋白質應該成為肽，這也意味著嚴格意義上來說細胞核糖體合成的產物不是蛋白質，而是蛋白質的前體物質多肽，這些多肽經過細胞的其他組分或細胞器進一步修飾和折疊才能稱為蛋白質。由于早期的蛋白質生物合成的知識來源于對原核生物大腸埃希菌的研究，此類生物的核糖體合成肽鏈后，均直接折疊成蛋白質，因此認為核糖體是合成蛋白質的場所。可是真核生物核糖體合成的多肽需要運輸到細胞不同的區域進行折疊，最后才能形成真正意義上的蛋白質。這也提示是否具有穩定的空間結構是蛋白質與多肽區別的最關鍵標準。此外，目前有些被稱為肽的化合物結構相當穩定，甚至具酸熱穩定性，典型的如抗菌肽，這些抗菌肽的分子量跨度在2000Da～8000Da。顯然，有的抗菌肽的分子量已經超過了胰島素（5800Da），但按習慣仍舊命名為肽。

實質上，按照合成方式，現在發現的抗菌肽分有兩種類型：①基因指導的主體在核糖體合成；②酶催化的非核糖體合成。筆者認為那些由遺傳密碼編碼的，經核糖體生物合成肽鏈，然后在細胞內經翻譯后修飾折疊形成具有穩定空間結構的抗菌肽應歸為蛋白質。如人防御素由29～36個氨基酸殘基組成，分子量小于胰島素，按舊的分類稱為肽。但人防御素是由基因編碼的，在核糖體中翻譯后，進入高爾基體修飾并折疊為具有穩定空間結構的化合物，個別氨基酸殘基需要在胞質中進行進一步修飾，因此人防御素應該屬于蛋白質，而不是線性無相對穩定空間結構的肽。這樣胰島素就并非是分子量最小的蛋白質了。

比較特殊的是從劇毒蘑菇［Amanita"phalloides（Vaill"ex"Fr.）Secr.］（傘菌目，毒傘屬的毒傘）中分離出來的鬼筆環肽（phalloidin）［6］。鬼筆環肽是一種雙環七肽，含有不尋常的半胱氨酸色氨酸共價鍵，編碼鬼筆環肽合成的基因是劇毒蘑菇中MSDIN家族的一部分，編碼34個氨基酸殘基組成的前肽，編碼鬼筆環肽的mRNA在核糖體翻譯成多肽鏈后，被細胞內的脯氨酰寡肽酶水解切割，切除10個氨基酸殘基組成的前導肽。然后脯氨酰寡肽酶通過將第一個氨基酸1（Ala）和氨基酸7（Pro）之間的轉肽作用使七肽AlaTrpLeuAlaThrCysPro環化，同時使TrpCys交聯形成環形，并差向異構化以催化LThr形成DThr。最后形成穩定雙環七肽［6］。鬼筆環肽有遺傳基因編碼，并在核糖體完成肽鏈翻譯，通過翻譯后修飾形成穩定的雙環結構，這提示這類環肽也應該歸屬于蛋白質類物質。

而一些由酶直接催化的、但不在核糖體合成的、卻有著相對穩定結構的抗菌肽則歸類為肽，如短桿菌肽。短桿菌肽由15個氨基酸殘基組成的線性短肽，其中氨基酸既有L型也有D型的，短桿菌肽是非核糖體合成的短肽，因此也沒有任何基因對其進行編碼。

蛋白質在細胞中應執行特定的生物學功能。蛋白質如果變性，或者翻譯后不能正確折疊，無穩定的空間結構，以至于在細胞內不能行使正常的生物學功能，這個產物盡管分子量可遠遠大于胰島素，但也將其歸為肽類，視為多肽。

這里可能還會涉及一個教學上的考核問題。如“核糖體是蛋白質合成產所”這句話是對還是錯。有的教材寫為“核糖體是蛋白質合成產所”，有的教材寫為“核糖體是蛋白質合成的主要場所”，有的教材寫為“核糖體是多肽合成場所”。實際上嚴格來說，核糖體只是多肽合成場所，細胞要完成蛋白質合成還要依賴內質網和高爾基體等細胞器的協助。此外，在現有的生物化學題庫和習題集中，還普遍存在胰島素是最小蛋白質這一說法，希望這個知識點得到完善。

完整的蛋白質生物合成過程也可以體會出蛋白質與肽之間的區別（如右圖）。

生物化學是生命科學研究進展更新最快的學科，在經典的生物化學教材中存在著一些局限性的概念，其中一些概念會隨著新的發現不斷修正更新，如遺傳信息流的中心學說、DNA聚合酶參與復制的模式和分工。然而現存教材仍存在一些不完善的“知識點”，這需要教材編撰者在傳播科學知識過程中與時俱進地思考和修正，并且題庫中老舊的試題應該實時更新，不要讓學生糾結考慮。

結語

總之，我們認識不同物質的相互區別，一般是從某些物質所表現出的物理、化學和生物學等性質的差異進行分類區別的，而決定這些物質屬性性質的本質則是構成各物質的分子組成和結構，尤其是特殊的結構決定的。物質結構是其內在屬性，而性質則是物質外部表現形式。根據自然科學各個學科研究的不斷發展，蛋白質和肽在物理、化學和生物學等性質的知識將不斷地增加，這將有助于我們重新認識蛋白質和肽在物理、化學和生物學特性中的差異，并不斷完善兩者的內涵信息，為準確給兩者定義奠定基礎。準確界別蛋白質和肽的定義有助于學生學習理解對蛋白質和多肽的認識，也避免表述上的混亂和考試選拔時出現的爭議。

參考文獻：

［1］周春燕，藥立波.生物化學與分子生物學［M］.9版.北京：人民衛生出版社，2018.

［2］周克元，羅德生.生物化學［M］.2版.北京：科學出版社，2010.

［3］NELSON"D"L，COXnbsp;M"M.Lehninger"Principles"of"Biochemistry［M］.8th"ed.New"York：W.H.Freeman，2021.

［4］丁云超，張士璀.海洋動物抗菌肽研究進展［J］.中國海洋藥物，2013，32（6）：8796.

［5］耿放，王軍平.人防御素的抗病毒免疫作用及其研究進展［J］.生命科學，2010，22（12）：12641270.

［6］HALLEN"H"E，HONG"L，SCOTTCRAIG"J"S，et"al.Gene"family"encoding"the"major"toxins"of"lethal"Amanita"mushrooms［J］.Proc"Natl"Acad"Sci"USA，2007，104（48）：1909719101.

基金項目：廣東省本科高校教學質量與教學改革工程建設項目（粵教高函〔2021〕29號）；2022年度廣東省教育科學規劃課題（2022GXJK207）；2022年廣東省研究生教育創新計劃項目（2022SFKC061）；2023年度廣東醫科大學高等教育教學研究課題（2JY23016）；廣東省“新醫科”教指委2023年教學改革項目（188、198）；2023粵港澳大灣區高校在線開放課程聯盟教育教學研究和改革項目（WGKM"2023070）

作者簡介：李彩虹（1981—"），女，漢族，海南瓊海人，博士，副教授，研究方向：生物化學與分子生物學教育教學、科研工作。

*通信作者：伍俊（1973—"），女，漢族，湖南婁底人，博士，主任醫師，研究方向：呼吸疾病的臨床與基礎研究；張海濤（1970—"），男，漢族，廣西欽州人，博士，教授，研究方向：生物化學與分子生物學教育教學、科研工作。