说到生命体和生命活动，不能不论及一种最重要的生命物质——蛋白质。可以说，没有蛋白质这种有机大分子物质就不会有生命体和生命活动。蛋白质是生命的物质基础。所以科学家一直在努力研究蛋白质的组成，结构和各种生物化学作用。地球上最初的蛋白质分子是如何形成的：是在原子，分子的结合力的作用之下，偶然相遇而形成的？还是在某种量子力学的神秘力量的作用下，完成了如此复杂的大分子构成；生命体还能够用基因编码方式把这个蛋白质的构成密码保存下来，通过遗传方式一代一代传递；同时还会通过一些偶然的突变而不断进化；……。神奇的生命故事还在不断地进行之中，这个生命的奇妙故事的主角就是蛋白质。

蛋白质是荷兰科学家格利特·马尔德在1838年发现的。他观察到所有有生命的生物的生命活动都离不开蛋白质。蛋白质是生物体内一种极重要的高分子有机物。蛋白质主要由氨基酸组成，因氨基酸的组合排列不同而组成各种类型的蛋白质。人体中估计有10万种以上的蛋白质。生命是物质运动的高级形式，这种运动方式就是通过蛋白质来实现的，所以蛋白质有极其重要的生物学意义。

蛋白质是一类由氨基酸有机分子链接成为的有机大分子，它们在生命体细胞的组成和生命活动中起着至关重要的作用。细胞中的蛋白质几乎参与所有生命活动，生命体的生长、发育、运动、遗传、繁殖等一切生命活动都离不开蛋白质。生命运动需要蛋白质，也离不开蛋白质。从生命体的基本单元细胞来看，组成细胞的细胞膜，细胞质和细胞核都包含了大量的蛋白质。这些蛋白质不仅是细胞组织结构的支持成分，也是对细胞新陈代谢，活动控制，基因繁殖，信息传递和运动等生命活动起到控制作用的物质。就连最基本最重要的光合作用中，叶绿素合成葡萄糖的时候都需要蛋白质酶的参与才能够完成。

蛋白质在生命体中是除了水以外在组织中含量最高的物质，并且在生物生长过程中还需要不断更新，它也是新陈代谢的产物。植物可以靠光合作用生产的有机物提供的能量来合成自己需要的蛋白质，而动物必需依靠食物来补充合成蛋白质需要的能量和氨基酸。更为神奇的是：虽然动物需要吃入含蛋白质的食物，但是别人的蛋白质是不能够被身体直接利用的。必需把吃进的蛋白质通过消化过程分解成基本的氨基酸分子，然后输送到细胞里面按照自己的基因格式重新组合成为自己的蛋白质才能够成为自己的细胞组织成分，或者在此细胞里面的生命活动中起作用。动物体内的蛋白质每天要更新大约0.25~0.3%，6~12个月要全面更新。每个生命体，每个细胞都需蛋白质，但是必须是按照自己的基因格式来选择相应的氨基酸链接组成，并且在基因的控制下进行折叠的复杂结构的蛋白质。所以每个生命体内的蛋白质也可以说是自己独有的，是所有生命活动的重要物质基础。

氨基酸是合成蛋白质的基本分子。氨基酸分子是由碳、氢、氧、氮和少数其它元素构成的一类有机分子。氨基酸是指一类含有碱性氨基（—NH2）和酸性羧酸（—COOH）的有机化合物。根据目前的研究，自然界中可能有几百种不同构成的氨基酸，但是能够构成生命体中的蛋白质的氨基酸只有22种。生物对蛋白质的营养需要其实是要按照合成自己的蛋白质时所需的氨基酸。不同种类的生物体内的蛋白质成分和构成是不一样的，所以氨基酸营养成分在各种食物中的含有量是不同的。各种生物对氨基酸的种类和数量需求的差别，可能是造成不同的生物对食物的不同需求的基本原因。

地球生物圈的各种生命活动中制造蛋白质的能量和原料的基本来源是植物。植物细胞不仅通过光合作用产生葡萄糖，而且通过吸收土壤里的氮来制造氨基酸。通常植物吸取土壤里的氨，或者与一种固氮菌共生的方式来获取土壤里的氮。固氮菌是一类能够将大气中的氮气转化为植物可利用的氨基态氮的细菌。这些细菌通常生活在土壤、根际和水体中，与植物形成共生关系。在这个过程中，固氮菌使用一种叫做氮酸还原酶的特殊酶来催化氮气的还原反应。这个反应需要大量的能量，因此固氮菌通常需要从寄生的植物中获取足够的能量来驱动固氮作用。植物细胞制造氨基酸的过程主要发生在叶绿体和线粒体中。植物细胞利用ATP和一些辅助酶对二氧化碳和水进行还原反应，生成氨基酸的前体分子。然后，这些前体分子再经过一系列的酶催化反应，最终合成出氨基酸。以这些氨基酸为原料，植物细胞消耗化光合作用生成的葡萄糖，通过氧化反应提供的能量来生成蛋白质。在植物细胞中按照细胞中的DNA密码格式合成蛋白质来构成细胞组织结构和生成各种化学反应的蛋白质酶，以及各种生命活动（生长，新陈代谢控制，免疫等）需要的蛋白质。整个过程复杂而有条不紊，对于其中的一些具体过程和活动机理都还在深入研究探讨之中。

含氨的氮肥可以使得农作物获得更多的氮元素来生成氨基酸，蛋白质。所以氮肥是农业生产中的一种重要肥料。植物除了提供葡萄糖（以蔗糖，淀粉，纤维素多种形式）以外也提供氨基酸，蛋白质等营养成分。植物生产这些营养成分的能量来自于光合作用中吸收的太阳光。而动物需要直接（草食动物）或间接（肉食动物）从植物获取营养物质，植物为它们提供获取能量的糖类和提供构成组织成分的氨基酸、蛋白质。所以植物为地球生物的生命活动提供了基本的营养物质。

对于人（或其它脊椎动物）来说，氨基酸这种营养分子可以分成必需从外界食物获得的必需氨基酸（9种），和可以自己合成满足身体需要的非必需氨基酸（11种）。只有这20种氨基酸才是对人和动物（脊椎动物）能够用来生成蛋白质的直接营养物，而且各种氨基酸使用的比例也是有一定的要求的。非必需氨基酸 （nonessentialamino acid）是指自己身体能从一般食物的营养成分来合成，不需要从食物中直接获得的氨基酸。非必需氨基酸一共有11种，分别是甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸、精氨酸、酪氨酸、半胱氨酸。必需氨基酸  （essential amino acid）是指人体（或其它脊椎动物）不能合成或合成速度远不适应机体的需要的氨基酸，必需由外界食物的营养成分中直接摄入的食物蛋白来供给。必需氨基酸一共有9种，分别是亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、蛋氨酸（甲硫氨酸）、苯丙氨酸、色氨酸、苏氨酸、赖氨酸和组氨酸。

科学家在研究复杂的有机化合物分子时发现，复杂化合物的活动性质不仅仅决定于它们的元素成分。而且与原子的空间排列结构有关。比如乙醇（俗称酒精）和二甲醚（一种无色有气味的易燃气体）两种化合物都是由两个碳原子、一个氧原子和六个氢原子组成，但是前者在室温下是液体，后者却是气体。这种情况广泛存在于复杂的有机分子世界。蛋白质这种有机大分子，空间结构对分子性质的影响更是重要。

像蛋白质这种有机大分子的空间结构与它在各种生命活动中发挥的作用有着密切的关联。而蛋白质中氨基酸基团的链接秩序会引发大分子折叠的空间结构，也就是能够产生不同生物活性的蛋白质。蛋白质这种物质支持各种生命活动的特征，不仅仅来自于它的元素成分，也与具体的氨基酸链型构成有关。生命体中的各种蛋白质是由这些氨基酸按照一定的格式链接而成的肽链以一定的空间结构折叠而成。而且蛋白质的那些神奇的特性还与整个链条的空间折叠结构密切相关。这个复杂而神奇的空间结构几乎有无限多种变化，从而生成各种不同作用的蛋白质大分子，在生命体中产生各种各样的作用来维持生命体组织和生命活动。

研究表明各种蛋白质的空间折叠结构对蛋白质分子的生物学性质有重要的影响，而且这个折叠过程也受到细胞DNA基因的控制。蛋白质的空间折叠结构也是一项重要的科学研究方向。生命的模版DNA就是通过对氨基酸基团的选择和链接秩序，完成能够在生命组织和活动中起作用的蛋白质分子的构成的控制。所以，细胞中由DNA控制的蛋白质生成过程是非常重要的生命活动。

每个细胞内起作用的的蛋白质都是按照细胞内的DNA基因指令生成的。细胞内蛋白质的生产过程称为蛋白质合成，它是由细胞DNA中的基因指令控制的。蛋白质合成分为两个阶段：转录和翻译。转录是指将DNA中的基因信息转化为RNA聚合酶分子的过程。在细胞核中，RNA聚合酶（RNA polymerase）沿着DNA模板链进行扫描，读取基因序列，并将其转录成一条RNA链，这个过程称为转录。转录出来的RNA链称为mRNA（messenger RNA），它是蛋白质合成的模板。

翻译是指将mRNA转化为蛋白质的过程。翻译发生在细胞质中，需要利用核糖体（ribosome）这种复杂的蛋白质-核酸复合体。核糖体会将mRNA读入，根据mRNA上的密码子序列来选择适配的tRNA（transfer RNA），每个tRNA携带了一个氨基酸。当tRNA与mRNA匹配时，核糖体会将它们连接起来，并将氨基酸从tRNA上释放出来，形成一个多肽链。随着mRNA的不断向前移动，核糖体会读取新的密码子，选择新的tRNA，并将氨基酸加入多肽链中，直到整个蛋白质合成完毕。

最终，新合成的蛋白质会被包装、折叠和定位到细胞内的特定位置，以执行其特定的功能。细胞内按照遗传基因DNA的格式生成蛋白质的过程是生命活动中的核心奥秘之一。这个遗传基因DNA又是如何通过细胞繁殖被复制和保存，……等等这些生命的运动密码都在科学家的研究中被不断地揭示出来。其中的一些关于遗传和DNA的研究成果将在另外的文章中做进一步的介绍。