食品生物化学教学课件4

1、n一、蛋白质的化学组成与分类n二、氨基酸n三、肽n四、蛋白质的结构n五、蛋白质的性质n六、蛋白质的功能主要内容主要内容一、蛋白质的化学组成与分类一、蛋白质的化学组成与分类主要组成元素：c、h、o、n、s 及 p、fe、cu、zn、mo、i、se 等微量元素。百分数约为：碳占5055%，氢占68%，氧占2030%，氮占1518%及硫占04%。大多数蛋白质所含氮素约为16%，因该元素容易用凯氏(kjeldahl)定氮法进行测定，故蛋白质的含量可由氮的含量乘以6.25(100/16)计算出来。 根据分子形状分球状蛋白质（分子对称性佳，外形接近球状或椭球状，溶解度较好，能结晶，大多数蛋白质属于这一类

2、）纤维状蛋白质（对称性差，分子类似细棒或纤维。它又可分成可溶性纤维状蛋白质，和不溶性纤维状蛋白质 ）根据组成分简单蛋白质结合蛋白质根据功能分活性蛋白质（如酶蛋白、转运蛋白、运动蛋白、保护和防御蛋白和受体蛋白）非活性蛋白（如硬蛋白、角蛋白）这类蛋白质只含由-氨酸组成的肽链，不含其它成分1、清蛋白 广泛存在于生物体内，如血清清蛋白、乳清蛋白等。2、球蛋白 普遍存在于生物体内，如血清球蛋白、肌球蛋白和植物种子 球蛋白等。3、谷蛋白 如米谷蛋白和麦谷蛋白等。4、醇溶谷蛋白 这类蛋白质主要存在于植物种子中。如玉米醇溶蛋白、麦醇溶蛋白等。5、组蛋白 分子中组氨酸、赖氨酸较多，分子呈碱性。如小牛胸腺组蛋白等

3、。6、鱼精蛋白 分子中碱性氨基酸特别多，因此呈碱性。如鲑精蛋白等。7、硬蛋白 这类蛋白是动物体内作为结缔及保护功能的蛋白质。例如，角蛋白、胶原、网硬蛋白和弹性蛋白等。由简单蛋白与其它非蛋白成分结合而成1、核蛋白 辅基是核酸，如脱氧核糖核蛋白、核糖体、病毒等。2、脂蛋白 与脂质结合的蛋白质，脂质成分有磷脂、固醇和中性脂等。3、蛋白和粘蛋白 辅基成分为半乳糖、甘露糖、硫酸或磷酸等。4、磷蛋白 磷酸基通过酯键与蛋白质中的丝氨酸或苏氨酸残基侧链相连。如酪蛋白、胃蛋白酶等。5、血红素蛋白 辅基为血红素，它是卟啉类化合物。6、黄素蛋白 辅基为黄素腺膘呤二核苷酸。如琥珀酸脱氢酶7、金属蛋白 与金属直接结合的

4、蛋白质。生物体内常见氨基酸的分类生物体内常见氨基酸的分类n蛋白质氨基酸蛋白质氨基酸： 蛋白质中常见的蛋白质中常见的20种氨基酸种氨基酸n稀有的蛋白质氨基酸稀有的蛋白质氨基酸：蛋白质组成中，除上述蛋白质组成中，除上述20种常见氨基酸外，从少数蛋白质中还分离出一些种常见氨基酸外，从少数蛋白质中还分离出一些稀有氨基酸，它们都是相应常见氨基酸的衍生物。稀有氨基酸，它们都是相应常见氨基酸的衍生物。如如4-羟脯氨酸、羟脯氨酸、5-羟赖氨酸等。羟赖氨酸等。n非蛋白质氨基酸非蛋白质氨基酸：生物体内呈游离或结合态的氨生物体内呈游离或结合态的氨基酸。基酸。二、氨基酸二、氨基酸 蛋白质中存在的20种氨基酸，除脯氨酸

5、外，在其-碳原子上都有一个自由的羧基及一个自由的氨基；由于脯基酸的-氨基被取代，它实际上是一种-亚氨基酸。此外，每种氨基酸都有一个特殊的r基团。 蛋白质氨基酸蛋白质氨基酸据营养据营养学分类学分类 必需必需非必需非必需据据r基团化基团化学结构分类学结构分类 脂肪族脂肪族a a （中性、含羟基或巯基、酸性、碱性）（中性、含羟基或巯基、酸性、碱性）芳香族芳香族a(phea(phe、tyrtyr、trp)trp)杂环杂环(his(his、pro)pro)据据r基团基团极性分类极性分类极性极性r基团基团aa非极性非极性r基团基团aa（种）（种）不带电荷不带电荷（种）（种）据氨基、羧据氨基、羧基数分类基数

6、分类一氨基一羧基一氨基一羧基一氨基二羧基一氨基二羧基(glu(glu、asp)asp)二氨基一羧基二氨基一羧基(lys(lys、hishis、arg)arg)人的必需氨基酸人的必需氨基酸lyslystrptrpphephevalvalmetmetleuleuileilethrthrargarg、hishis带电荷带电荷：正电荷（种）负电荷（种）：正电荷（种）负电荷（种）甘氨酸甘氨酸 （gly,g）丙氨酸丙氨酸 （ala,a）缬氨酸缬氨酸 （val,v）亮氨酸亮氨酸 （lue,l）异亮氨酸异亮氨酸 （ile,i）中性脂肪族氨基酸中性脂肪族氨基酸含羟基或硫脂肪族氨基酸含羟基或硫脂肪族氨基酸丝氨酸丝

7、氨酸 （ser,s）苏氨酸苏氨酸 （thr,t）半胱氨酸半胱氨酸 （cys,c）甲硫氨酸甲硫氨酸 （met,m）酸性氨基酸及酰胺酸性氨基酸及酰胺天冬氨酸天冬氨酸 （asp,d）谷氨酸谷氨酸 （glu,e）天冬酰胺天冬酰胺 （asn,n）谷氨酰胺谷氨酰胺 （gln,q）碱性氨基酸碱性氨基酸赖氨酸赖氨酸 （lys,k）精氨酸精氨酸 （arg,r）组氨酸组氨酸 （his,h）杂杂 环环氨基酸氨基酸杂环氨基酸杂环氨基酸组氨酸组氨酸 （his,h）脯氨酸脯氨酸 （pro,p）芳香族氨基酸芳香族氨基酸苯丙氨酸苯丙氨酸 （phe,f）酪氨酸酪氨酸 （tyr,y）色氨酸色氨酸 （trg,w）n4-羟基脯氨酸，

8、存在于纤维蛋白、胶原以及某些植物蛋白中（如烟草细胞壁的糖蛋白）。n胶原的水解液中也分离出5-羟基赖氨酸。nn-甲基赖氨酸存在于肌球蛋白中，n-羧基谷氨酸，存在于凝血酶原及某些具有结合离子功能的其他蛋白质中。n锁链素（一种赖氨酸的衍生物，其中央的吡啶环结构由个赖氨酸分子的侧链组成）则仅在弹性蛋白中发现。n从甲状腺蛋白中分离出3,5-二碘酪氨酸和甲状腺素 稀有氨基酸都是从肽链中的正常氨基酸前体经过化学修饰产生的。含稀有氨基酸的蛋白质多具有较强的生物活性。 稀有的蛋白质氨基酸稀有的蛋白质氨基酸非蛋白质氨基酸非蛋白质氨基酸 除去蛋白质的20种普通氨基酸及少数稀有氨基酸外，已发现有150多种其它氨基酸，

9、存在于各种细胞及组织中，呈游离状态或者结合状态，但并不存在于蛋白质中，所以称为非蛋白质氨基酸 。 它们大多数是蛋白质中存在的-氨基酸的衍生物，但是也发现有-，-，或-氨基酸。某些非蛋白质氨基酸呈d-构型，如细菌细胞壁中存在的d-谷氨酸和d-丙氨酸。 一些非蛋白氨基酸的分子结构如下：nh2cnnhhocoohnh2coohnh2honh2coohonhiiiiohocoohh2niioh-丙氨酸-氨基丁酸-氰丙氨酸4-羟脯氨酸-亚 甲 基 谷 氨 酸(存在于花生中)刀豆氨酸高丝氨酸5-羟赖氨酸茶氨酸(存在于茶叶中)甲状腺素3,5-二 碘 酪 氨 酸coohcoohnh2coohnh2nh2coo

10、hhoocnh2onhh2nhncoohcoohh2nhocoohh2n氨基酸的性质氨基酸的性质（一）一般物理性质溶解度：溶解度：水中溶解度差别较大，水中溶解度差别较大， 不溶于有机溶剂。不溶于有机溶剂。 光吸收性：光吸收性：可见光区无光吸收，紫外光区可见光区无光吸收，紫外光区phe、 thy、 trp有光吸收。有光吸收。旋光性：旋光性：aa的物理常数，与结构、的物理常数，与结构、ph值有关。值有关。味感：味感：不同味道不同味道(与构型有关与构型有关).（二）两性解离和等电点 氨基酸在结晶形态或在水溶液中，并不是以游离的羧基或氨基形式存在，而是离解成两性离子。在两性离子中，氨基是以质子化(-n

11、h3+)形式存在，羧基是以离解状态(-coo-)存在。 在不同的ph条件下，两性离子的状态也随之发生变化h3nchcoohr+在酸性溶液中的在酸性溶液中的 氨基酸氨基酸（phpi）h3nchcoo-r+在晶体状态或水溶液在晶体状态或水溶液中的氨基酸（中的氨基酸（ph=pi）h2nchcoo-r在碱性溶液在碱性溶液中的氨基酸中的氨基酸（phpi） 调节氨基酸溶液的ph，使氨基酸分子上的nh3 +基和coo-基的解离程度完全相等时，即所带净电荷为零，此时氨基酸所处溶液的ph值称为该氨基酸的等电点（pi）。 侧链不含离解基团的中性氨基酸，其等电点是它的pk1和pk2的算术平均值：pi = (pk1

12、+ pk2 )/2 同样，对于侧链含有可解离基团的氨基酸，其pi值也决定于两性离子两边的pk值的算术平均值。 酸性氨基酸：pi = (pk1 + pkr-coo- )/2 硷性氨基酸：pi = (pk2 + pkr-nh2 )/2 茚三酮茚三酮(无色无色)+加热（弱酸）nh3co2rcho+还原性茚三酮还原性茚三酮+ 2nh3 +还原性茚三酮还原性茚三酮还原性茚三酮还原性茚三酮3h20紫色化合物紫色化合物（2）与甲醛的反应：氨基酸的甲醛滴定法(3) 与2,4-二硝基氟苯（dnfb）反应（黄色）多用来鉴定多肽或蛋白质的n-末端氨基酸（4）与异硫氰酸苯酯（pitc）的反应n=c=s + nchco

13、ohhhrpitcncnchcoohhhrsptc-氨基酸氨基酸nchrsnccopth-氨基酸ph8.3无水hf 多用于重复测定多多用于重复测定多肽链肽链n n端氨基酸排列顺端氨基酸排列顺序，设计出序，设计出“多肽顺多肽顺序自动分析仪序自动分析仪”（5）成盐反应）成盐反应rchcooh + hclnh2rchcooh nh2hcl（6）酰基化和烃基化反应）酰基化和烃基化反应rchcooh + r x nh2r =酰基或烃基 rchcooh + hx nhrx =卤素（cl、f）（7）成酯反应）成酯反应rchcooh + c2h5ohnh2rchcooc2h5nh2 hcl气当羧基变成乙酯后，

14、羧基的化学性质就被掩蔽了，而氨基的化学性质就突出地显示出来。（8）酰氯化反应）酰氯化反应ynhcrhcooh + pcl5酰化氨基酸ynhcrhcocl酰化氨基酰氯使氨基酸的羧基活化，易于另一氨基酸的氨基结合，在合成肽的工作上常用。（9）成酰胺反应）成酰胺反应h2nchrcooc2h5 + hnh2体外无水h2nchrconh2 +c2h5oh氨基酸酰胺有机体内：asp（glu）+nh4+asn（gln）asn（gln）合成酶atp（10）脱羧反应）脱羧反应h2nchrcooh脱羧酶co2 + rch2nh2胺（11）迭氮反应）迭氮反应h2n-chr-coohyhn-chr-cooh酰化氨基酸

15、yhn-chr-cooch3酰化氨基酸甲酯nh2nh2（-ch3oh）yhnchrconhnh2酰化氨基酸的肼衍生物hno2yhnchrcon3 + 2h2o酰化氨基酸迭氮三、肽三、肽 氨基酸彼此以酰胺键互相连接在一起形成的化合物为肽。这个键称肽键。 两个分子氨基酸所形成的肽称为二肽，三个氨基酸缩合成的肽称为三肽，依此类推。若一种肽含有少于10个氨基酸，则为寡肽，超过此数的肽统称为多肽。 ccnccnccnccncch2chch2ch2ch2coo-ohco2hch2conh2ohch3h3n+oooohhhhhhhhhservaltyraspglnch3n-端c-端肽键肽键： 肽键的特点是氮

16、原子上的孤对电子与羰基具有明显的共轭作用。 组成肽键的原子处于同一平面。 多肽链的立体结构四、蛋白质的结构四、蛋白质的结构n一级结构n二级结构n超二级结构n三级结构n四级结构一级结构一级结构 蛋白质的一级结构，又称为化学结构，是指氨基酸在肽链中的排列顺序及二硫键的位置，是多肽链具有共价键的主链结构。 多肽链的氨基酸顺序，是蛋白质生物功能的基础。二级结构二级结构 指多肽链中彼此靠近的氨基酸残基之间由于氢键相互作用而形成的空间关系；是指蛋白质分子中多肽链本身的折叠方式 。 主要有以下类型：n() 螺旋（helix）n() 折叠（-pleated sheet）n() 转角（-turn）n() 无规则

17、卷曲（nonregular coil） 在-螺旋中肽平面的键长和键角一定,肽键的原子排列呈反式构型,相邻的肽平面构成两面角.多肽链中的各个肽平面围绕同一轴旋转，形成螺旋结构，螺旋一周，沿轴上升的距离即螺距为0.54nm,含3.6个氨基酸残基；两个氨基酸之间的距离0.15nm.肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴平行，第一个氨基酸残基的酰胺基团的-co基与第四个氨基酸残基酰胺基团的-nh基形成氢键。蛋白质分子为右手-螺旋。 是一种肽链相当伸展的结构。肽链按层排列，依靠相邻肽链上的羰基和氨基形成的氢键维持结构的稳定性。肽键的平面性使多肽折叠成片，氨基酸侧链伸展在折叠片的上面和下面。-折叠片中，相邻多

18、肽链平行或反平行（较稳定）。nncnnccc平行平行反平行反平行 在-转角部分，由四个氨基酸残基组成; 弯曲处的第一个氨基酸残基的 -c=o 和第四个残基的 n-h 之间形成氢键，形成一个不很稳定的环状结构。 这类结构主要存在于球状蛋白分子中。 为了紧紧折叠成紧密的球蛋白，多肽链常常反转方向，成发夹形状。一个氨基酸的羰基氧以氢键结合到相距的第四个氨基酸的氨基氢上。-转角经常出现在连接反平行-折叠片的端头。无规则卷曲无规则卷曲细胞色素细胞色素c的三级结构的三级结构超二级结构超二级结构 在蛋白质中，特别是球状蛋白质中，经常可以看到由若干相邻的二级结构单元组合在一起，彼此相互作用，形成规则的，在空间

19、上能辨认的二级结构组合体充当三级结构的构件，称为超二级结构。已知的超二级结构有三种基本组合形式：（），（）和（）。 结构域是球状蛋白质的折叠单位。多肽链在超二级结构的基础上进一步绕曲折叠成紧密的近似球行的结构，具有部分生物功能。对于较大的蛋白质分子或亚基，多肽链往往由两个以上结构域缔合而成三级结构。1 2 3 4 5 5 2 3 4 1 -链链 -迂回迂回回形拓扑结构回形拓扑结构回形拓扑结构回形拓扑结构 -迂回迂回丙酮酸激酶结构域丙酮酸激酶结构域4木瓜蛋白酶结构域木瓜蛋白酶结构域1无规则卷曲无规则卷曲+ -螺旋结构域螺旋结构域无规则卷曲无规则卷曲+-回折结构域回折结构域乳酸脱氢酶结构域乳酸脱氢

20、酶结构域1+结构域结构域3-p-甘油醛脱氢酶结构域甘油醛脱氢酶结构域2木瓜蛋白酶结构域木瓜蛋白酶结构域2三级结构三级结构 蛋白质的三级结构是指多肽链的距离较远的氨基酸之间的相互作用而使多肽链弯曲或折叠形成的紧密而具有一定刚性的结构。是二级结构的多肽链进一步折叠、卷曲形成复杂的球状分子结构。 -折叠折叠-转角转角无规则无规则卷曲卷曲空穴空穴四级结构四级结构 四级结构是指两条或多条肽链以特殊方式结合成有生物活性的蛋白质。 许多蛋白质是由两个或两个以上独立的三级结构通过非共价键结合成的多聚体，称为寡聚蛋白。寡聚蛋白中的每个独立三级结构单元称为亚基。蛋白质的四级结构是指亚基的种类、数量以及各个亚基在寡

21、聚蛋白质中的空间排布和亚基间的相互作用。四级结构中相同单体亚基的几种可能对称排列四级结构中相同单体亚基的几种可能对称排列假设的单体假设的单体c2对称对称c3对称对称c4对称对称d2对称对称d3对称对称五、蛋白质的性质五、蛋白质的性质 蛋白质的相对分子质量很大，一般在10 000至1 000 000之间，因此它的水溶液必然具有胶体的性质，如布朗运动、光散射现象、电泳现象，不能透过半透膜及吸附能力等。蛋白质是亲水力很强的胶体。在这些胶体颗粒的表面上有一层很厚的水膜而且带有相同的电荷使胶体颗粒互相排斥，故能在水溶液中使颗粒相互隔开而不致聚合下沉，保持其稳定性 盐析作用：在蛋白质溶液中加入定量的中性盐时，则能使蛋白质脱水并中和其电荷而从溶液中沉淀出来，中性盐的这种沉淀作用称为盐析作用。硫酸铵、硫酸钠和氯化钠是常见的几种蛋白质盐析剂。 不可逆沉淀：在强烈沉淀条件下，不仅破坏了蛋白质胶体溶液的稳定性，而且也破坏了蛋白质的结构和性质，产生的蛋白质沉淀不可能再重新溶解于水。加热沉淀、强酸碱沉淀、重金属盐沉淀和生物碱沉淀等都属于不可逆沉淀。可逆沉淀：在温和条件下，通过改变溶液