食品化学课件：第三章 蛋白质化学

1、第三章 蛋白质化学 本章内容本章内容 蛋白质的生物学功能蛋白质的生物学功能 蛋白质的组成蛋白质的组成 蛋白质的分类蛋白质的分类 氨基酸的化学氨基酸的化学 肽肽 蛋白质的结构蛋白质的结构 蛋白质分子结构与功能的关系蛋白质分子结构与功能的关系 蛋白质的性质蛋白质的性质 蛋白质的测定蛋白质的测定 蛋白质化学 We are here! Where are we and how did we get here? 概念： 蛋白质（蛋白质（protein，简写，简写pro): 是由是由20种种L- 氨基酸按一定的序氨基酸按一定的序 列通过酰胺键（肽键）缩合而成列通过酰胺键（肽键）缩合而成 的，具较稳定构象并

2、具一定生物的，具较稳定构象并具一定生物 功能的生物大分子。功能的生物大分子。 蛋白质化学 一、蛋白质的生物学功能 1)、催化作用、催化作用 2）、生物体的结构成分）、生物体的结构成分 3）、运输和储存）、运输和储存 4）、运动作用）、运动作用 5）、免疫保护作用）、免疫保护作用 蛋白质化学 8）、控制细胞生长、分化：）、控制细胞生长、分化： 生长因子、阻遏蛋白生长因子、阻遏蛋白 9）、营养作用、记忆活动等方面起重）、营养作用、记忆活动等方面起重 要作用。要作用。 2、功能复杂：、功能复杂：蛋白质功能的蛋白质功能的复杂性复杂性 （酶催化功能受许多因素的影响，并表现出竞争性、可酶催化功能受许多因素

3、的影响，并表现出竞争性、可 调节性等）调节性等） 蛋白质化学 三、蛋白质的组成三、蛋白质的组成 （一）蛋白质的元素组成：一）蛋白质的元素组成： C、H、O、N 及少量的及少量的 S 特点：特点：N 在各种蛋白质中的平均含量为在各种蛋白质中的平均含量为 16% 用定氮法可测定蛋白质含量：用定氮法可测定蛋白质含量： 蛋白质含量蛋白质含量(g) = 蛋白质含氮量蛋白质含氮量 6.25 蛋白质化学 四、氨基酸的化学四、氨基酸的化学 氨基酸氨基酸（amino acid, 简写简写aa)： 蛋白质的基本组成单位，是含氨基蛋白质的基本组成单位，是含氨基 的羧酸。的羧酸。 天然蛋白质由天然蛋白质由20种氨基酸

4、组成。种氨基酸组成。 氨基酸的化学氨基酸的化学 （一）氨基酸的结构（一）氨基酸的结构 1、通式：、通式： -氨基酸中氨基酸中碳原碳原 子为不对称碳原子为不对称碳原 子（除甘氨酸）子（除甘氨酸） 氨基酸的化学氨基酸的化学 CCOOH H NH2 R COO NH3 C H R + 非解离形式两性离子形式 2、 -氨基酸的构型： 构型构型：由于基团或原子在空间排列的不：由于基团或原子在空间排列的不 对称性而引起的光学活性立体结构对称性而引起的光学活性立体结构 称立体构型称立体构型。 立体构型立体构型： 氨基在左为氨基在左为L-型；型； 氨基在右为氨基在右为D-型型 氨基酸的化学氨基酸的化学 天然天

5、然pr中的中的aa均为均为L-型；型； 两两型型aa的生理功能不同。的生理功能不同。 氨基酸的化学氨基酸的化学 （二）氨基酸的种类及结构 1、按结构可分为： 4大类 （1）脂肪族侧链： 氨基酸的化学氨基酸的化学 甘氨酸 丙氨酸 缬氨酸 亮氨酸 异亮氨酸 丝氨酸苏氨酸 天冬氨酸 谷氨酸 天冬酰胺 谷氨 酰胺 半胱氨酸半胱氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸赖氨酸赖氨酸精氨酸精氨酸 （2）芳香族侧链： 苯丙氨酸 酪氨 酸 氨基酸的化学氨基酸的化学 （3）杂环氨基酸 组氨酸 色氨酸酸 氨基酸的化学氨基酸的化学 （4）杂环亚氨基酸 脯氨酸 氨基酸的化学氨基酸的化学 2、按R基团的极性分： 极性氨基酸：极性氨基酸： 极

6、性不带电荷极性不带电荷：丝、苏、天冬酰胺、：丝、苏、天冬酰胺、 谷氨酰胺、酪、半胱、谷氨酰胺、酪、半胱、 极性带负电荷极性带负电荷：天冬、谷氨酸、天冬、谷氨酸、(双羧基双羧基) 极性带正电荷极性带正电荷：组、赖、精、：组、赖、精、 (双氨基双氨基) 非极性氨基酸非极性氨基酸：甘、丙、缬、亮、异亮、甘、丙、缬、亮、异亮、 苯丙、甲硫、脯、色苯丙、甲硫、脯、色 氨基酸的化学氨基酸的化学 3、按人体是否可合成来分： 必需氨基酸：必需氨基酸：机体不能自身合成，必须由食物机体不能自身合成，必须由食物 供给的氨基酸。供给的氨基酸。 赖、色、苏、缬、甲硫、亮、异亮、苯丙赖、色、苏、缬、甲硫、亮、异亮、苯丙

7、半必需氨基酸：半必需氨基酸：人体可合成，但幼儿期合成速人体可合成，但幼儿期合成速 度不能满足需要。度不能满足需要。 组组*、精、精*、 非必需氨基酸：非必需氨基酸：机体可自身合成的氨基酸。机体可自身合成的氨基酸。 氨基酸的化学氨基酸的化学 （三）氨基酸的重要理化性质三）氨基酸的重要理化性质 1、一般物理性质：、一般物理性质： 2、两性解离与等电点（两性性质）：、两性解离与等电点（两性性质）： （1）氨基酸为两性电解质：）氨基酸为两性电解质： 氨基酸的化学氨基酸的化学 （2）aa解离方式取决于所处环境解离方式取决于所处环境的的pH： 氨基酸的化学氨基酸的化学 pHPI pH=PI 在电场中，阳离

8、子向负极移动；阴离子向阳极移动；在电场中，阳离子向负极移动；阴离子向阳极移动； 调整调整pH，使，使aa净电荷为零时，净电荷为零时，aa既不向阳极也不向既不向阳极也不向 阴极移动。阴极移动。 Free amino acids are almost always zwitterions Commentary on the topic of zwitterions: http:/rs-mrs.fr/bip10/zwitter.htm （3）等电点（isoelectric point, 缩写为pI） 规定规定aa净电荷为为零时的溶液净电荷为为零时的溶液pH的为的为该该aa的等电点的等电点 氨基酸的化

9、学氨基酸的化学 （5）等电点的计算）等电点的计算 由式可知解离常数：由式可知解离常数： 氨基酸的化学氨基酸的化学 R- R+R K1= RH+ R+ K2= R R-H+ 由此可知：由此可知： 已知在已知在pI时，时， R+= R-， 整理可得：整理可得： K1 K2 = R+= RH+ R K2 K1 R-= H+ RH+ K1 = RK2 H+ H+ 2 氨基酸的化学氨基酸的化学 两边取负对数：两边取负对数： -lg H+ 2 = - lg K1 - lg K2 -lg H+ = pH - lg K1 = pK1 - lg K2 = pK2 2 pH = pK1 + pK2 令令 pI为等

10、电点时的为等电点时的pH，则，则 pI = （ pK1 +pK2） Gly：pI = （2 .4 + 9.6) = 5.97 氨基酸的化学氨基酸的化学 由此可知由此可知: 等电点相当于该等电点相当于该aa两性离子状态两侧两性离子状态两侧 基团基团pK值之和的一半。值之和的一半。 A、对侧链、对侧链R基不解离的中性氨基酸基不解离的中性氨基酸： pI=1/2（ pK1+ pK2） 即：等电点即：等电点pH值与离子浓度无关，只取决值与离子浓度无关，只取决 于兼性离子两侧基团的于兼性离子两侧基团的pK值。值。 pKa values of protein functional groups B、对有三个

11、可解离基团的氨基酸： 如：酸性氨基酸、碱性氨基酸的如：酸性氨基酸、碱性氨基酸的pI计算：计算： a、先写出其解离公式；、先写出其解离公式； b、后取兼性离子两侧基团、后取兼性离子两侧基团的的pK值的值的 平均值。平均值。 如：天冬氨酸如：天冬氨酸 如赖氨酸：如赖氨酸： 总结总结 a、各种、各种aa的的pI不同；不同； b、同一、同一pH下，各种下，各种aa所带电荷不同；所带电荷不同； pHpI ：aa+ pHpI：aa- 用离子交换、电泳将用离子交换、电泳将aa分开分开 c、处于、处于pI时，时，aa溶解度最小，易沉淀；溶解度最小，易沉淀； 可分离可分离aa。 3、紫外吸收性质：、紫外吸收性质

12、： 只有芳香族氨基酸有紫外吸收能力，因其含有只有芳香族氨基酸有紫外吸收能力，因其含有 苯环共轭双键的苯环共轭双键的R侧链。侧链。 酪氨酸酪氨酸 (Tyr) max：270nm 苯丙氨酸苯丙氨酸(Phe) max ：259nm 色氨酸色氨酸 (Trp) max ：279nm 所以，测样品所以，测样品280nm处的光吸收值，可知溶处的光吸收值，可知溶 液中蛋白质浓度。此法快速简便。液中蛋白质浓度。此法快速简便。 在280nm有最 大光吸收 4、氨基酸的重要化学性质、氨基酸的重要化学性质 （1）与茚三酮的反应：）与茚三酮的反应： -氨基酸与水合茚三酮溶液共热，引氨基酸与水合茚三酮溶液共热，引 起起a

13、a氧化脱氨、脱羧，生成兰紫色化合氧化脱氨、脱羧，生成兰紫色化合 物物（Pro呈黄色呈黄色），色深与溶液中氨基浓），色深与溶液中氨基浓 度成正比。度成正比。 氨基酸的化学氨基酸的化学 应用：可定性或定量测定各种氨基酸应用：可定性或定量测定各种氨基酸。 a、根据颜色深浅，在、根据颜色深浅，在570（440）nm处处 测测OD值，可知样品中氨基酸含量。值，可知样品中氨基酸含量。 b、定量释放的、定量释放的CO2可用测压法测量，计可用测压法测量，计 算出参加反应算出参加反应的的aa量。量。 c、蛋白质和多肽亦可反应，但灵敏度差、蛋白质和多肽亦可反应，但灵敏度差。 氨基酸的化学氨基酸的化学 一个氨基酸的

14、羧基与另一个氨 基酸的氨基之间失水形成的酰 胺键称为肽键，所形成的化合 物称为肽。 肽链中的氨基酸已非完整分子， 称氨基酸残基(animo acid residue); N=CN=C 0.127nm 0.127nm 键长键长=0.132nm=0.132nm N-C N-C 0.148nm0.148nm 五、肽五、肽 1）肽键具高度稳定性； 2）具双键性质，不能自由转动； 3）肽单元呈平面化和刚性性质； 4）C=O与NH反式排列。 肽平面或酰胺平面： CN C C O H 组成肽单位的4个原子和2个相邻的碳原子都处于同一个平 面内，此刚性结构的平面称为肽平面或酰胺平面。 肽单位：实际就是一个肽平

15、面 肽键的四个原子和与之相连的两个-碳原子所 组成的基团。 二面角 两相邻酰胺平面之间，能以 共同的C为定点而旋转，绕 C-N键旋转的角度称角，绕 C-C键旋转的角度称角。 和称作二面角，亦称构象角 酰胺平面与-碳原子之间形成的二面角 （ 和 ） 通常在多肽链的一端含有一个游离的- 氨基，称为氨基端或N-端；在另一端含有一 个游离的-羧基，称为羧基端或C-端。 氨基酸的顺序是从N-端的氨基酸残基开始， 以C-端氨基酸残基为终点的排列顺序。如下 面的五肽可表示为： Ser-Gly-Tyr-Val-LeuSer-Gly-Tyr-Val-Leu 肽键和肽的结构如图所示 丝氨酰 甘氨酰 酪氨酰 丙氨酰

16、 亮氨酸 多肽链结构示意图 四、肽链间四、肽链间/内的连接内的连接二硫键：二硫键： 蛋白质的结构蛋白质的结构 概念：由肽链中相应部位上两个半胱氨概念：由肽链中相应部位上两个半胱氨 酸脱氢连接而成，此称胱氨酸残酸脱氢连接而成，此称胱氨酸残 基，是连接肽链内或肽链间的主基，是连接肽链内或肽链间的主 要桥键。要桥键。 功能：稳定肽链空间结构；赋予一定生功能：稳定肽链空间结构；赋予一定生 物活力。物活力。 蛋白质的结构蛋白质的结构 二硫键的连接， 种类有多种 变性剂 六、蛋白质的结构六、蛋白质的结构 蛋白质的结构蛋白质的结构 蛋白质与多肽并无严格的界线，通常是将 分子量在6000道尔顿以上的多肽称为蛋

17、白 质。 （一）蛋白质的一级结构一）蛋白质的一级结构 定义：蛋白质的一级结构指蛋白质多肽连中 AA的排列顺序，包括二硫键的位置。 蛋白质的结构蛋白质的结构 2.一级结构的意义 （二）蛋白质的空间结构（二）蛋白质的空间结构 概念：概念：Pro空间结空间结 构又称构又称Pro的构的构 象（高级结构），象（高级结构）， 指指Pro分子中所分子中所 有原子和基团在有原子和基团在 三维空间的排列三维空间的排列 及肽链的走向及肽链的走向。 蛋白质的结构蛋白质的结构 血红蛋白四级结构血红蛋白四级结构 1、蛋白质分子中的非共价键：、蛋白质分子中的非共价键： 蛋白质的结构蛋白质的结构 （1）氢键：）氢键： 羧基

18、上的氧与亚氨基上的氢原子所形羧基上的氧与亚氨基上的氢原子所形 成。成。 作用：链内维持二级结构；链间为三、作用：链内维持二级结构；链间为三、 四级结构所需。四级结构所需。 （2）疏水键：）疏水键：aa非极性侧链形成。非极性侧链形成。 作用：维持三级结构。作用：维持三级结构。 （3）离子键：离子键： 带正负电荷的侧带正负电荷的侧 链通过静电引力链通过静电引力 形成。形成。 （4）范德华力：）范德华力： 中性分子或原子中性分子或原子 间的作用力。间的作用力。 蛋白质的结构蛋白质的结构 次级键的特点与作用次级键的特点与作用 键能弱；键能弱； 数量多。数量多。 所以，在维持蛋白质空间结构中起重要作所以

19、，在维持蛋白质空间结构中起重要作 用。用。 2、蛋白质的二级结构、蛋白质的二级结构 蛋白质的结构蛋白质的结构 1.二级结构的定义 蛋白质的二级结构是指多肽链的主链本身通过 氢键沿一定方向盘绕、折叠而形成的构象. 它只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的 氢键。(注:二级结构不涉及侧链的构象) 主要有-螺旋、-折叠、-转角、无规卷曲。 （1） - 螺旋螺旋(-helix) 因因肽肽链中链中aa残基残基 中的中的-NH与前三与前三 个个aa的的C=O间间 可可形成氢键形成氢键，使，使 得肽链呈螺旋状得肽链呈螺旋状 盘曲。盘曲。 氢键取向几乎与氢键取向几乎与 中心轴平行中心轴平行。 蛋白质的结构蛋白

20、质的结构 Pauling和和Corey于于1965年提出。年提出。 （2） -折叠折叠(-pleated sheet) 结构特点结构特点： 肽链伸展，按肽链伸展，按 层排列层排列, 在肽在肽 链的不同区段链的不同区段 或不同肽链间或不同肽链间 形成氢键形成氢键,维持维持 结构的稳定性。结构的稳定性。 蛋白质的结构蛋白质的结构 -折叠有两种类型折叠有两种类型 平行：所有肽链的平行：所有肽链的N端处于端处于 同一端，氢键不与肽链走同一端，氢键不与肽链走 向垂直。如：向垂直。如： - 角蛋白。角蛋白。 蛋白质的结构蛋白质的结构 反平行：反平行： 肽链的肽链的N端不处于同一端，端不处于同一端， 氢键与

21、肽链走向垂直。如：氢键与肽链走向垂直。如： 丝心蛋白。丝心蛋白。 4、结构域、结构域 (domains)： 多肽链在超二多肽链在超二 级结构基础上级结构基础上 进一步绕曲折进一步绕曲折 叠而成的相对叠而成的相对 独立的三维实独立的三维实 体称结构域。体称结构域。 具有部分生物具有部分生物 学功能。学功能。 蛋白质的结构蛋白质的结构 甘油醛3-P脱氢酶结构域 结构域与三级结构的关系 蛋白质的结构蛋白质的结构 多肽链多肽链 二级结构二级结构 超二级结构超二级结构 结构域结构域 三级结构三级结构 1、 定义 多肽链在二级结构、超二级结构和结构域的 基础上，主链构象和侧链构象相互作用，沿三 维空间多方

22、向卷曲，进一步盘曲折叠形成特定 的球状分子结构。 在三级结构中，具有极性侧链基团的AA残基 几乎全部在分子的表面,而非极性残基则被埋 于分子内部,不与水接确.而形成疏水的核心。 三、蛋白质的三级结构 3、三级结构的特征： 含多种二级结构单元； 有明显的折叠层次； 是紧密的球状或椭球状实体； 分子表面有一空穴(活性部位)； 疏水侧链埋藏在分子内部， 亲水侧链暴露在分子表面。 实例：肌红蛋白 6、蛋白质的四级结构、蛋白质的四级结构 四级结构是指由两 个或两个以上具有三级结构 的多肽链按一定方式聚合而成的特定构象的蛋白 质分子。其中每条多肽链称为亚基。 通常亚基只有一条多肽链，但有的亚基由两条 或多

23、条多肽链组成，这些多肽链间多以二硫键相 连亚基单独存在时无生物学活性。 一般来说具有四级结构的蛋白属于寡聚蛋白。 蛋白质的结构蛋白质的结构 化学键化学键 共价键共价键 次级键次级键 肽键肽键 二硫键二硫键 氢键氢键 疏水键疏水键 盐键盐键 范德华力范德华力 一级结构一级结构 二、三、四级结构二、三、四级结构 三、四级结构三、四级结构 蛋白质分子中的共价键与次级键蛋白质分子中的共价键与次级键 蛋蛋 白白 质质 的的 四四 种种 结结 构构 层层 次次 八、蛋白质的性质八、蛋白质的性质 蛋白质的性质与其分子大小、结构及其蛋白质的性质与其分子大小、结构及其 组成组成aa的性质密切相关。的性质密切相关

24、。 (一）分子量：一）分子量： Pr为高分子有机物，分子量几千为高分子有机物，分子量几千几千几千 万。万。 分子量测定方法：渗透压法；分子量测定方法：渗透压法； 超速离心法；超速离心法； 凝胶过滤法；凝胶过滤法； 聚丙烯酰胺电泳聚丙烯酰胺电泳法等。法等。 蛋白质的结构蛋白质的结构 (二二) 粘度粘度 蛋白质分子体积很大蛋白质分子体积很大,且表面水化作用且表面水化作用(-R极性基团极性基团) 蛋白质液体流动阻力大蛋白质液体流动阻力大 粘度大粘度大.如果表面带电荷如果表面带电荷 增加水化层厚度增加水化层厚度使粘度更大使粘度更大. (三三) 渗透压和透析渗透压和透析 蛋白质分子量很大蛋白质分子量很大

25、,摩尔浓度很小摩尔浓度很小,渗透压很低渗透压很低. 由于蛋白质分子体积很大由于蛋白质分子体积很大,不能透过半透膜不能透过半透膜,而小分子而小分子 物质能透过半透膜物质能透过半透膜,这样可把蛋白质分子与小分子物这样可把蛋白质分子与小分子物 质分开质分开,这个过程叫透析这个过程叫透析. （四）两性电离与等电点（四）两性电离与等电点 蛋白质的性质蛋白质的性质 应用电泳法：应用电泳法： 分离各种蛋白质；鉴定蛋白质的纯度。分离各种蛋白质；鉴定蛋白质的纯度。 此多用于科研、生产、临床诊断等。此多用于科研、生产、临床诊断等。 （五）胶体性质（五）胶体性质 蛋白质水溶液为亲水胶蛋白质水溶液为亲水胶 体。体。

26、布郎运动、丁达尔现象、布郎运动、丁达尔现象、 电泳现象，不能透过半电泳现象，不能透过半 透膜，具有吸附能力透膜，具有吸附能力 蛋白质溶液稳定的原因：蛋白质溶液稳定的原因： 1）表面形成水膜（水化）表面形成水膜（水化 层）；层）； 2）电荷作用。）电荷作用。 蛋白质的性质蛋白质的性质 丁达尔现象丁达尔现象 （六）蛋白质的沉淀反应（六）蛋白质的沉淀反应 蛋白质沉淀的条件蛋白质沉淀的条件:1.脱去水化层脱去水化层 2.除去表面电荷除去表面电荷 1. 加高浓度盐类加高浓度盐类（盐析）：加盐使蛋白质沉淀析出盐析）：加盐使蛋白质沉淀析出。 分段盐析：调节盐浓度，可使混合蛋白质溶液中的分段盐析：调节盐浓度，

27、可使混合蛋白质溶液中的 几种蛋白质分段析出。血清球蛋白（几种蛋白质分段析出。血清球蛋白（50%(NH4)2SO4 饱和度），清蛋白（饱和饱和度），清蛋白（饱和(NH4)2SO4)。 2. 加有机溶剂加有机溶剂 3. 加重金属盐加重金属盐 4. 加生物碱试剂加生物碱试剂 单宁酸、苦味酸、钼酸、钨酸、三氯乙酸能沉淀生物碱，单宁酸、苦味酸、钼酸、钨酸、三氯乙酸能沉淀生物碱， 称生物碱试剂。称生物碱试剂。 （七）蛋白质的变性 （denaturation) 1、概念：、概念：许多理化因素能破许多理化因素能破 坏坏pro分子三维结构中的氢分子三维结构中的氢 键及其它弱键，导致键及其它弱键，导致pro活活

28、性丧失的现象。性丧失的现象。 1）分子内部结构改变：次级）分子内部结构改变：次级 键破坏；键破坏； 2）分子表面结构改变：疏水）分子表面结构改变：疏水 基团暴露。基团暴露。 主要标志主要标志：生物功能的丧失生物功能的丧失。 蛋白质的性质蛋白质的性质 2、变性蛋白在性质上的变化、变性蛋白在性质上的变化 1）溶解度降低；）溶解度降低； 2）二、三级结构破坏，但肽键未破坏，故）二、三级结构破坏，但肽键未破坏，故 其组成和分子量不变；其组成和分子量不变； 3）化学反应基团增加；）化学反应基团增加； 4）失去螺旋结构，对称性下降，结晶能力）失去螺旋结构，对称性下降，结晶能力 丧失；丧失； 5）对蛋白酶水

29、解敏感性增加；）对蛋白酶水解敏感性增加； 6）生物活性降低或全部丧失。）生物活性降低或全部丧失。 蛋白质的性质蛋白质的性质 3、可逆变性与不可逆变性、可逆变性与不可逆变性 可逆变性可逆变性： 凡变性未超过限度，凡变性未超过限度， pr活性可恢复活性可恢复; 如：胃酶在如：胃酶在80- 90，失活；温度，失活；温度 降至降至37，恢复。，恢复。 不可逆变性不可逆变性： 变性不可恢复。变性不可恢复。 如：煮鸡蛋。如：煮鸡蛋。 蛋白质的性质蛋白质的性质 4、使蛋白质变性的理化因素：、使蛋白质变性的理化因素： 1）物理因素：）物理因素：加热、激烈振荡、超声波、加热、激烈振荡、超声波、 -射线、紫外线等

30、；射线、紫外线等； 2）化学因素：）化学因素： A 酸碱破坏盐键；酸碱破坏盐键； B 乙醇、丙酮等有机溶剂进入乙醇、丙酮等有机溶剂进入pr间隙与之间隙与之 形成氢键，破坏形成氢键，破坏pr分子内各弱键；分子内各弱键； C 脲溶液、盐酸胍及某些去垢剂脲溶液、盐酸胍及某些去垢剂(SDS)可可 破坏氢键，暴露巯基，强化酸碱的破坏破坏氢键，暴露巯基，强化酸碱的破坏 作用。作用。 蛋白质的性质蛋白质的性质 A A、物理因素、物理因素 （1 1）热变性）热变性 伴随热变性，蛋白质的伸展程度相当大。例如，伴随热变性，蛋白质的伸展程度相当大。例如， 天然血清清蛋白分子是椭圆形的，长、宽比为天然血清清蛋白分子是

31、椭圆形的，长、宽比为3 3： 1 1，经过热变性后变为，经过热变性后变为5 5：5 5。 变性速率取决于温度，当温度上升变性速率取决于温度，当温度上升1010，速率可，速率可 增加增加600600倍左右。倍左右。 热变性的敏感性取决于多种因素：蛋白质的性质、热变性的敏感性取决于多种因素：蛋白质的性质、 蛋白质浓度、水活性、蛋白质浓度、水活性、pHpH、离子强度和离子种类。、离子强度和离子种类。 蛋白质在有水存在时易变性。蛋白质在有水存在时易变性。 熔化温度熔化温度Tm Tm 或变性温度或变性温度TdTd： 蛋白质溶液在逐渐加热到临界温度以上时，蛋白质溶液在逐渐加热到临界温度以上时， 蛋白质的构

32、象从天然状态到变性状态有一个显著蛋白质的构象从天然状态到变性状态有一个显著 地转变，这个转变的中点温度称为熔化温度地转变，这个转变的中点温度称为熔化温度Tm Tm 或或 变性温度变性温度TdTd。 此时天然状态与变性状态浓度比为此时天然状态与变性状态浓度比为1 1。 氨基酸的组成对蛋白质的热稳定性影响氨基酸的组成对蛋白质的热稳定性影响 含有较多疏水氨基酸残基（尤其是缬氨酸，异亮氨含有较多疏水氨基酸残基（尤其是缬氨酸，异亮氨 酸、亮氨酸和苯丙氨酸）的蛋白质，对热的稳定性酸、亮氨酸和苯丙氨酸）的蛋白质，对热的稳定性 高于亲水性较强的蛋白质。高于亲水性较强的蛋白质。 天冬氨酸、半胱氨酸、谷氨酸、赖氨

33、酸、精氨酸、天冬氨酸、半胱氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨酸、 色氨酸和酪氨酸的残基百分数与热变性温度呈正相色氨酸和酪氨酸的残基百分数与热变性温度呈正相 关（关（r=0.98r=0.98）。）。 丙氨酸、甘氨酸、谷氨酰胺、丝氨酸、苏氨酸、缬丙氨酸、甘氨酸、谷氨酰胺、丝氨酸、苏氨酸、缬 氨酸等氨基酸的残基百分数则是与热变性温度呈负氨酸等氨基酸的残基百分数则是与热变性温度呈负 相关（相关（r=r=0.9750.975）。）。 其他氨基酸对蛋白质的其他氨基酸对蛋白质的TdTd影响甚少。影响甚少。 水对蛋白质的热变性的影响水对蛋白质的热变性的影响 水能促进蛋白质的热变性。水能促进蛋白质的热变性。 在干燥状态

34、，蛋白质具有一个静止的结构，多肽链序在干燥状态，蛋白质具有一个静止的结构，多肽链序 列的运动受到了限制。列的运动受到了限制。 当向干燥蛋白质中添加水时，水渗透到蛋白质表面的当向干燥蛋白质中添加水时，水渗透到蛋白质表面的 不规则空隙或进入蛋白质的小毛细管，并发生水合作用，不规则空隙或进入蛋白质的小毛细管，并发生水合作用， 引起引起蛋白质溶胀蛋白质溶胀。水的加入，增加了多肽链的淌度和分。水的加入，增加了多肽链的淌度和分 子的柔顺性，这时蛋白质分子处于动力学上更有利的熔子的柔顺性，这时蛋白质分子处于动力学上更有利的熔 融结构。当加热时，蛋白质的这种动力学柔顺性结构，融结构。当加热时，蛋白质的这种动力

35、学柔顺性结构， 相对于干燥状态，则可提供给水更多的几率接近盐桥和相对于干燥状态，则可提供给水更多的几率接近盐桥和 肽链的氢键，结果肽链的氢键，结果Td Td 降低。降低。 （2 2）低温）低温 某些蛋白质经过低温处理后发生可逆变性，某些蛋白质经过低温处理后发生可逆变性， 例如有些酶（例如有些酶（L-L-苏氨酸脱氨酶）在室温下比较稳苏氨酸脱氨酶）在室温下比较稳 定，而在定，而在00时不稳定。时不稳定。 某些蛋白质（某些蛋白质（11S 11S 大豆蛋白、麦醇溶蛋白、大豆蛋白、麦醇溶蛋白、 卵蛋白和乳蛋白）在低温或冷冻时发生聚集和沉卵蛋白和乳蛋白）在低温或冷冻时发生聚集和沉 淀。当温度回升至室温，可

36、再次溶解。淀。当温度回升至室温，可再次溶解。 （3 3）机械处理）机械处理 揉捏、振动、挤压或搅打等高速机械揉捏、振动、挤压或搅打等高速机械 剪切，都能引起蛋白质变性。剪切，都能引起蛋白质变性。 剪切速率愈高，蛋白质变性程度则愈大。剪切速率愈高，蛋白质变性程度则愈大。 同时受到高温和高剪切力处理的蛋白质，则同时受到高温和高剪切力处理的蛋白质，则 发生不可逆变性。发生不可逆变性。 (4) (4) 静液压静液压 热力学原因造成的蛋白质构象改变。热力学原因造成的蛋白质构象改变。 不同于热变性，当压力很高时，一般在不同于热变性，当压力很高时，一般在2525即能即能 发生变性；而热变性需要在发生变性；而

37、热变性需要在0.1M Pa 0.1M Pa 压力下，温压力下，温 度为度为40408080范围才能发生变性。范围才能发生变性。 光学性质表明大多数蛋白质在光学性质表明大多数蛋白质在1001001200MPa 1200MPa 压力压力 范围作用下才会产生变性。范围作用下才会产生变性。 蛋白质的柔顺性和可压缩性是压力诱导蛋白质变蛋白质的柔顺性和可压缩性是压力诱导蛋白质变 性的主要原因。性的主要原因。 静液压不易引起纤维状结构的蛋白质变性。静液压不易引起纤维状结构的蛋白质变性。 球状蛋白质因压力作用产生变性原因：球状蛋白质因压力作用产生变性原因： 1)1) 蛋白质伸展而使空隙不复存在；蛋白质伸展而使

38、空隙不复存在； 2)2) 非极性氨基酸残基因蛋白质的伸展而暴露，并非极性氨基酸残基因蛋白质的伸展而暴露，并 产生水合作用。产生水合作用。 压力引起的蛋白质变性是高度可逆的，比如酶。压力引起的蛋白质变性是高度可逆的，比如酶。 高压加工不同于热加工，它不会损害蛋白高压加工不同于热加工，它不会损害蛋白 质中的必需氨基酸和天然色泽和风味，也不会质中的必需氨基酸和天然色泽和风味，也不会 导致有毒化合物的生成。导致有毒化合物的生成。 （5 5）辐射）辐射 因波长和能量大小而异。因波长和能量大小而异。 紫外辐射可被芳香族氨基酸残基紫外辐射可被芳香族氨基酸残基( (色氨酸、酪氨酸色氨酸、酪氨酸 和苯丙氨酸和苯

39、丙氨酸) )所吸收，导致蛋白质构象的改变，如所吸收，导致蛋白质构象的改变，如 果能量水平很高，还可使二硫交联键断裂。果能量水平很高，还可使二硫交联键断裂。 辐射和其他电离辐射能改变蛋白质的构象，同时辐射和其他电离辐射能改变蛋白质的构象，同时 还会氧化氨基酸残基、使共价键断裂、离子化、形还会氧化氨基酸残基、使共价键断裂、离子化、形 成蛋白质自由基、重组、聚合，这些反应大多通过成蛋白质自由基、重组、聚合，这些反应大多通过 水的辐解作用传递。水的辐解作用传递。 （6 6）界面）界面 在水和空气，水和非水溶液或固相等界面吸在水和空气，水和非水溶液或固相等界面吸 附的蛋白质分子，一般发生不可逆变性。附的

40、蛋白质分子，一般发生不可逆变性。 蛋白质大分子向界面扩散并开始变性，在这一蛋白质大分子向界面扩散并开始变性，在这一 过程中，蛋白质可能与界面高能水分子相互作用，过程中，蛋白质可能与界面高能水分子相互作用， 许多蛋白质许多蛋白质- -蛋白质之间的氢键将同时遭到破坏，蛋白质之间的氢键将同时遭到破坏， 使结构发生使结构发生“微伸展微伸展”。 由于许多疏水基团和水相接触，使部分伸展的由于许多疏水基团和水相接触，使部分伸展的 蛋白质被水化和活化，处于不稳定状态。蛋白质蛋白质被水化和活化，处于不稳定状态。蛋白质 在界面进一步伸展和扩展，亲水和疏水残基力图在界面进一步伸展和扩展，亲水和疏水残基力图 分别在水

41、相和非水相中取向，因此界面吸附引起分别在水相和非水相中取向，因此界面吸附引起 蛋白质变性，某些主要靠二硫交联键稳定其结构蛋白质变性，某些主要靠二硫交联键稳定其结构 的蛋白质不易被界面吸附。的蛋白质不易被界面吸附。 B B、化学因素、化学因素 1.pH1.pH 蛋白质所处介质的蛋白质所处介质的pH pH 对变性过程有很大的对变性过程有很大的 影响，蛋白质在等电点时最稳定，溶解度最低，影响，蛋白质在等电点时最稳定，溶解度最低， 在中性在中性pH pH 环境中，除少数几个蛋白质带有正电环境中，除少数几个蛋白质带有正电 荷外，大多数蛋白质都带有负电荷。荷外，大多数蛋白质都带有负电荷。 蛋白质分子在极端

42、碱性蛋白质分子在极端碱性pHpH环境下，比在极端环境下，比在极端 酸性酸性pHpH时更易伸长，因为碱性条件有利于部分埋时更易伸长，因为碱性条件有利于部分埋 藏在蛋白质分子内的羧基、酚羟基、巯基离子化，藏在蛋白质分子内的羧基、酚羟基、巯基离子化， 结果使多肽链拆开，离子化基团自身暴露在水环结果使多肽链拆开，离子化基团自身暴露在水环 境中。境中。 pH pH 引起的变性大多数是可逆的，在某些情引起的变性大多数是可逆的，在某些情 况下，部分肽键水解，天冬酰胺、谷氨酰胺脱酰况下，部分肽键水解，天冬酰胺、谷氨酰胺脱酰 胺，碱性条件下二硫键的破坏，或者聚集等都将胺，碱性条件下二硫键的破坏，或者聚集等都将 引起蛋白质不可逆变性。引起蛋白质不可逆变性。 2 2金属金属 碱金属碱金属( (例如例如NaNa+ +和和K K+ +) )只能有限度地与蛋白只能有限度地与蛋白 质起作用，而质起作用，而CaCa2+ 2+、 、MgMg2+ 2+略微活泼些。过渡金属例 略微活泼些。过渡金属例 如如CuCu、FeFe、HgHg和和AgAg等离子很容易与蛋白质发生作等离子很容易与蛋白质发生作 用，其中许多能与巯基形成稳定的