氨基酸知识概述

一、蛋白质定义

第一节概述蛋白质(protein)是由很多不同的α-氨基酸(aminoacids)依据确定的序列通过肽键(peptidebond)相连形成的具有比较稳定构象和确定生物功能的高分子含氮化合物。二、蛋白质的生物学意义蛋白质是生物体重要组成成分全部器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个局部都含有蛋白质。蛋白质具有重要的生物学功能作为生物催化剂〔酶；代谢调整作用；免疫保护作用； 物质的转运和存储；运动与支持作用； 参与细胞间信息传递。氧化供能三、蛋白质分类依据蛋白质分子组成简洁蛋白 结合蛋白〔杂蛋白〕依据蛋白质的构造纤维蛋白球蛋白依据功能：构造蛋白质，有生物活性的蛋白质，食品蛋白质构造蛋白质：肌肉、骨骼、皮肤等动物组织中含有构造蛋白质〔角蛋白，蛋白，弹性蛋白等，其功能大多与其纤维构造有关有生物活性的蛋白质：酶构造蛋白激素蛋白质〔胰岛素、生长激素〕收缩蛋白质〔肌球蛋白、肌动蛋白、微管蛋白〕传递蛋白质〔血红蛋白，肌球蛋白，铁传递蛋白〕抗体蛋白〔免疫球蛋白〕储存蛋白〔卵清蛋白，种子蛋白〕保护蛋白〔毒素和过敏原〕抗生素食品蛋白质：蛋、谷物、豆类和油料种子是蛋白质的主要来源存在自然界中的氨基酸有30020种，除脯氨酸外均为α-氨基酸。一、氨基酸的物理性质1、构造和分类构造：α-氨基酸的通式如下氨基酸的分类：R基的化学构造分脂肪族氨基酸芳香族氨基酸杂环氨基酸杂环亚氨基酸R基团的极性分类非极性疏水性氨基酸极性氨基酸不带电荷带正电荷带负电荷2、氨基酸的酸碱性质氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。等电点(isoelectricpoint,pI)pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点。3、氨基酸的疏水性学性质〔如构造、溶解度、结合脂肪的力气等〕的重要因素。的一样溶质的自由能相比所超过的数值。氨基酸△G△G氨基酸△G△G′氨基酸△G′丙氨酸(Ala)2.09甘氨酸(Gly)0脯氨酸(Pro)10.87精氨酸(Arg)－组氨酸(His)2.09(Ser)-1.25天冬酰胺(Asn)0异亮氨酸(Ile)12.54苏氨酸(Thr)1.67天冬氨酸(Asp)2.09亮氨酸(Leu)9.61色氨酸(Trp)14.21半胱氨酸(Cys)4.18赖氨酸(Lys)－酪氨酸(Tyr)9.61谷氨酰胺(Gln)-0.42蛋氨酸(Met)5.436.27谷氨酸(Glu)2.09苯丙氨酸(Phe)10.45当氨基酸的△G′值为正时，其侧链具有疏水性，倾向于处在蛋白分子的内部；△G′为负时，其侧链是亲水的，倾向于处在蛋白分子的外表。赖氨酸通常是蛋白质分子中亲水性的氨基酸残基，但它的△G′是正值4、氨基酸的立体化学目前的自然蛋白质中氨基酸都为L-型某些氨基酸的D型异构体存在于一些微生物的细胞壁和具有抗菌作用的多肽内。如D、短杆菌肽和短杆菌酪肽5、氨基酸的光谱nm处消灭最大吸取。大多数蛋白质含有色氨酸，酪氨酸残基，所以测定蛋白质溶液280nm的光吸取值是分析溶液中蛋白质含量的快速简便的方法。二、氨基酸的化学反响1、与茚三酮反响〔脯氨酸和羟脯氨酸与茚三酮反响产生黄色物质，其最大吸取峰在570nm系，因此可作为氨基酸定量分析方法。2、与荧光胺反响(wu)〔ng级。激发波长λx=390nm，放射波长λm=475nm。31，2-苯二甲醛反响(wu)生成物为强荧光异吲哚衍生物〔测定条件，激发波长380nm、放射波长450nm〕4、与异硫氰酸苯酯〔PITC〕的反响PTH-氨基酸(苯硫乙内酰脲)5、与丹磺酰氯反响3、4、5可用来确定肽或蛋白质的末端氨基酸蛋白质构造可以分为：一级构造(primarystructure)、二级构造(secondarystructure)、三级构造(tertiarystructure)、四级构造(quaternary structure)，其中二、三、四级构造统称为高级构造。一、蛋白质的一级构造蛋白质的一级构造(Primarystructure)指多肽链中氨基酸残基的排列挨次。一级构造是蛋白质空间构象和特异生物学功能的根底。一级构造主要的化学键是肽键，有些蛋白质还包括二硫键。一级构造确定的战略原则：将大化小，逐段分析，制成两套肽片段，找出重叠位点，排出肽的前后位置，最终确定蛋白质的完整序列。另外可通过核酸来推演蛋白质中的氨基酸序列二、蛋白质的二级构造蛋白质分子中某一段肽链的局部空间构造，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。主要的化学键：氢键蛋白质二级构造的主要形式：-螺旋(-helix)、-折叠(-pleatedsheet)、-转角(-turn)、无规卷曲(randomcoil)〔一、-(-helix)螺旋一周含3.60.54nm100°侧链R基伸向外侧肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴平行-螺旋有左手和右手螺旋，蛋白质中的-螺旋几乎都是右手螺旋〔二〕-折叠在-折叠中，-碳原子总是处于折叠的角上，氨基酸的R基团处于折叠的棱角上并0.35nm〔三〕-转角和无规卷曲-转角也称-弯曲或回折。是蛋白质中常见的又一种二级构造，它是形成-折叠时多肽链反转180的结果。-转角由四个氨基酸残基构成，通过氢键稳定。在-转角中常见的氨基酸有天冬氨酸，半胱氨酸，天冬酰胺，甘氨酸，脯氨酸和酪氨酸。无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那局部肽链构造。三、超二级构造和构造域超二级构造：假设干相邻二级构造单元彼此相互作用,形成有规章的,在空间上能识别的二级构造组合体。构造域(domain)：是球状蛋白质的折叠单位。在超二级构造根底上，多肽链进一步绕曲折叠成〔空间可以区分的〕近似球状的三维实体。四、蛋白质的三级构造〔一〕定义主要的化学键：疏水键、离子键、氢键和VanderWaals力等。四、蛋白质的四级构造白质的亚基(subunit)。级构造。亚基之间的结合力主要是疏水作用，其次是氢键和离子键。五、蛋白质分子中的共价键与次级键维系蛋白质分子的一级构造：肽键、二硫键维系蛋白质分子的二级构造：氢键维系蛋白质分子的三级构造：疏水键、氢键、范德华力、盐键维系蛋白质分子的四级构造：范德华力、盐键六、作业1、蛋白质可以如何进展分类？2、蛋白质有哪些物理性质？3、维持蛋白质构造的作用力有哪些？第四节、蛋白质分子的变性一、蛋白质变性的概念及监测方法1、定义蛋白质二级及其以上的高级构造在确定条件〔加热、酸、碱、有机溶剂、重金属离子等〕下，遭到破坏而一级构造并未发生变化的过程叫蛋白质的变性。2、蛋白质变性所产生的影响溶解度降低，缘由是二级构造发生变化，疏水基团暴露于分子外表与水的结合力气降低生物活性〔功能〕丧失简洁被水解黏度变大难以结晶3、监测蛋白质变性方法依据一系列物理性质、光学性质、生物功能等的转变来监测蛋白质的变性。如超离心沉降X射线衍射、紫外差示光谱、红外光谱、热力学性质、免疫性质等二、蛋白质变性的热力学和动力学〔Y在开头阶段保持不变，YNYD；这说明蛋白质变性是一个协同过程，球状蛋白分子主要以自然态和变性态存在，而以中间态很少存在；此即所谓的“两状态转变模型”。两状态之间的相互转化可用下式表示：动态平衡关系中的表观平衡常数为：KD=[PD]/[PN]由此平衡常数即可求出一系列热力学参数：公式中的△G0、△H0、△C0、△S0分别为标准自由能变化、恒压条件下的焓变、恒压下热容变化及熵的变化；R为气体常数，T为确定温度。这些热力学常数都可以通过热力学计算得到。分别反映了变化过程的一些特征。一般状况下，蛋白质变性时△G0增加，表示自然态的稳定性高于变性态；△S0也增加，表示蛋白分子的有序性降低等。从动力学角度分析，蛋白质变性的速率为Ea为：与其它化学反响的活化能相比，蛋白质变性的Ea是比较大的，例如胰蛋白酶、卵清蛋白酶和过氧化物酶热变性的活化能分别为167、552、773kJ/mol。由于变性涉及的键能小，而且相差不大，只要在低的温度或小的变性剂浓度就可以发生变性。非这么简洁，具体考虑，蛋白质从自然状态向变性状态的转变是一个格外简洁的过程，中间存在着格外多的中间状态：三、影响蛋白变性的因素〔一〕物理因素1、加热质将发生从自然状态向变性状态的猛烈转变。此转变温度被称作熔化温度〔Tm〕或变性温度〔Td，此时蛋白质的自然状态和变性状态的浓度之比为。蛋白热变性的一般规律：大多数蛋白质在45～50℃时开头变性，但也有些蛋白的Td可以到达相当高的温度，如大豆球蛋白93℃、燕麦球蛋白108℃等。当加热温度在临10600倍。pH、离子强度和离子种类等等。低和吸水力气增加。2、低温力，同时由于水保护层的破坏，蛋白质的一些基团就可以发生直接的接触和相互作用，导致蛋白质发生聚拢或原来的亚基发生重排蛋白质发生变性。3、机械处理一些食品在加工过程，如挤压、打擦、捏合、高速均质等，会产生高的剪切力。这样的剪切力加上高温能使蛋白质发生不行逆的变性。4、静液压一般在25℃下要求100～1200MPa的比较高的压力。缘由主要是蛋白质的柔性和可压缩性。在，这就导致蛋白分子构造的可压缩性。大多数纤维状蛋白质分子不存在空穴，因此它们对压力作用的稳定性高于球状蛋白质。压力导致的蛋白变性通常伴随着30～100mL/mol术。5、电磁辐射电磁辐射是一种能量，可以通过转变分子内链段间及亚基间的结合状态而使蛋白分子变性；假设仅仅影响蛋白分子的构象，只发生变性而不会导致养分价值的转变；假设能量高至可以通过氧化、共价键断裂、离子化、形成自由基等形式使氨基酸残基发生变化，便会导致养分价值的降低。6、界面性质界面性质变化，水分子进入蛋白分子内部，转变内部的构造属性，从而使蛋白的构象发生变化。〔二〕化学因素1、pH值pH是导致蛋白变性的重要因素，这是由于在极端pH值时，蛋白质分子内的离子基团产生强静电排斥作用，促使蛋白质分子的构象发生变化。2、无机离子3、有机溶剂变性。4、有机化合物的水溶液不同种类的有机物使蛋白变性的缘由不尽一样：的极性，从而使蛋白发生变性；由于可以通过复原作用导致蛋白分子中的二硫键破坏而能够使蛋白变性。5、外表活性剂十二烷基磺酸钠〔SDS〕是蛋白分子变性的重要因素疏水相互作用外，还促使自然蛋白质伸展；pH值时使蛋白质带有大量的净负电荷，从而增加蛋白质内部的斥力，使伸展趋势增大。这也是SDS类外表活性剂能在较低浓度下使蛋白质完全变性的缘由。SDS类外表活性剂诱导的蛋白变性是不行逆的。6、离液盐这里的离液盐即易溶盐〔lyotropicsal，它们对蛋白质稳定性影响与盐浓度有关盐液离子强度≤0.2mol/L，盐的异种电荷离子中和蛋白质电荷，有利于蛋白质稳定；离子强度＞1mol/L〔阴离子＞阳离子离子强度一样时，阴离子对蛋白质稳定性影响：F-<SO42-<Cl-<Br-<I-<ClO4-<SCN-<Cl3CCOO-水的氢键作用。六、作业1、蛋白质变性本质及表现？2、引起蛋白质变性的因素有哪些？第五节、蛋白质的功能性质蛋白质的功能性质：和化学性质。主要包括水合性质、外表性质、构造性质和感官性质。一、水合性质蛋白质的水合性质就是蛋白质与水结合的力气疏水作用等形式与水分子相互结合。从宏观水平看，蛋白质与水的结合是一个逐步的过程，并且与水分活度亲热相关。这时表现为：①蛋白质吸取水分充分膨胀而不溶解，这种水合性质通常叫膨润性〔溶胀；②蛋白质在连续水化中被水分散而渐渐变为胶体溶液，具有这种特点的蛋白质叫可溶性蛋白质。1、水合性质的测定方法蛋白质结合水的力气：干蛋白质与相对湿度为90～95%的空气到达平衡时，每克蛋白质所结合水的克数。、相对湿度法〔平衡水分含量法：评价蛋白粉的吸湿性和结块现象B、溶胀法测定水合作用的速率和程度C、过量水法测定溶解度低的蛋白质D、水饱和法测定蛋白质饱和溶液所需要的水量2、影响水合性质的环境因素A、蛋白质浓度〔正相关〕蛋白质的总吸水量随蛋白质浓度的增加而增加B、pH〔pI时最低〕蛋白质在其等电点时水合性质最差，吸水量最少；偏离等电点吸水量增加C、温度〔一般负相关，如蛋白质变性则另争论〕随温度的上升，蛋白质水合力气变差D、离子强度低盐浓度，有助于蛋白分子的水合，在水中的溶解度增加；而高盐浓度将降低蛋白分子的水化力气。3、水合作用和其他功能性之间的关系蛋白质的持水力气与水合力气呈正相关吸水性和黏度有关系，但不总是正相关蛋白质的持水力气：蛋白质吸取水并将水保存在蛋白组织中的力气。二、溶解性表现形式。蛋白质的溶解性能可以用水溶性蛋白质〔WSP、水可分散蛋白质〔蛋白质分散性指标〔PDI、氮溶解性指标IPDINSI已是美国油脂化学家协会承受的法定评价方法。1、影响蛋白质溶解性的因素氨基酸组成与疏水性〔外表〕pH离子强度盐溶效应〔saltingineffect〕离子强度<0.5盐析效应〔saltingouteffect〕离子强度＞1.0对蛋白质溶解度的影响：多价阴离子＞一价阴离子二价阳离子＜一价阳离子温度〔低温促进溶解，高温则相反〕有机溶剂2、蛋白质起始溶解度一般认为，起始溶解度是产生其他功能的先决条件的体系有利于蛋白质向空气/水和油/水界面集中，提高外表活性3、从溶解度角度对蛋白质分类清蛋白〔水、球蛋白〔稀盐、醇溶蛋白〔70%乙醇、谷蛋白〔溶于酸、碱液〕三、界面性质蛋白质是一种抱负的外表活性剂，是由于：快速吸附到界面〔吉布斯自由能〕到达界面后快速伸展和取向〔柔顺性〕到达界面与邻近分子相互作用形成具有强内聚力和黏弹性的膜，耐受热和机械作用影响蛋白质的外表活性的因素如下：蛋白质本身外界因素加工操作〔一、乳化性质在油水体系中，蛋白质能自发地迁移到油－水界面和气水界面，到达界面后，疏水基定向而起到稳定乳浊液的作用。1、蛋白质乳化性质的测定方法评价乳化特性的方法有油滴大小和分布、乳化活力、乳化力气和乳化稳定性常用比较蛋白质乳化性质方法有：乳化活力指标、蛋白质负载、乳化容量、乳状液稳定性2、影响乳化作用的主要因素蛋白质的疏水性和界面存在形式蛋白质在界面上以列车状、圈状、尾状等形式存在，列车状有利于外表张力的降低和乳浊液的稳定。用的奉献很小，但不溶性的蛋白质颗粒常常能够在已经形成的乳状液中起到加强稳定作用。pH蛋白具有优良的乳化性能，如在等电点时溶解度较小，则乳化性能较差加热 使蛋白的乳化性能减弱参与小分子的外表活性剂 使蛋白的乳化性能降低3、蛋白质－脂类相互作用特别是从富含脂类的物质〔像油料种子或鱼类蛋白质结合，所以只能用非极性溶液如己烷使之除去。可是，磷脂与蛋白质是以极性键更严密地结合在一起，又需要极性溶剂如乙醇或丙醇等才能分别。质结合油脂量更多。油脂结合量随着温度上升而减小，由于这时油脂黏度降低。植物蛋白的结合存在某些相像性。〔二、起泡性1、食品泡沫的形成和破坏泡沫型食品是食品中的重要类型，如蛋糕、面包、冰激凌等，在这些食品的生产中往的泡沫。1μmcm不等。液膜和气泡间的界面上吸附着外表活性剂，起着降低外表张力和稳定气泡的作用。蛋白质的食品生产中可以作为起泡剂使用。良好的食品泡沫应当具有以下特点①含有大量的气泡②在气相和连续液相之间要有较大的外表积③要有能胀大，且有刚性或半刚性并有弹性的膜或壁④溶质的浓度在外表较高⑤有可反射的光，看起来不透亮在食品生产中可以通过不同方法形成蛋白泡沫将气体通过一个多孔分散器鼓入低浓度的蛋白溶液中在大量气体存在的条件下，通过打擦或振荡蛋白质溶液而产生泡沫则会膨胀而形成泡沫破坏泡沫在重力、气泡内外压力差和蒸发的作用下，通过液膜排水使泡沫破坏气泡从小泡向大泡集中会导致泡沫破坏受机械剪切力、气泡碰撞力和超声振荡的作用，气泡液膜也会裂开2、起泡性质的评价评价蛋白质起泡性质，可以用泡沫密度、泡沫强度、气泡平均直径和直径分布、起泡力气、泡沫稳定性等指标表示。常用的是起泡力和泡沫稳定性。测定蛋白质起泡力的方法：定泡沫的最大体积，分别计算泡沫的膨胀率(overrun)和起泡力(foamability)。泡沫膨胀率＝[(总分散体系体积－原来液体体积)/原来液体体积]×100起泡力＝[泡沫中气体的体积/泡沫中液体的体积]×100测定泡沫稳定性的方法：①在起泡完成后，快速测定泡沫体积，然后在确定条件下放置一段时间〔通常为30min〕后再测定泡沫体积，计算泡沫稳定性：泡沫稳定性＝[30min后的体积/泡沫的初体积]×100；1/2排水所需的时间。假设鼓泡形成泡沫，可在刻度玻璃仪器中直1/2排水所需时间；假设搅打起泡，测定应在特制的不锈钢仪器中进展，该仪器有特地的下水装置收集排水，可连续测量排水过程和排水时间。3、影响蛋白质起泡的因素①蛋白质性质蛋白质分子在界面上快速开放、重排和暴露疏水基团的力气，因此蛋白质的疏水性、在界面上的柔性、水溶性、缺乏二级和三级构造等对蛋白质的起泡力有重要的作用。泡沫稳定渗透的吸附膜，因此需要分子质量较大、分子间较易发生相互结合或黏合的蛋白质；为了适应界面变形，为了自身和吸引的水分子稳定地保持在气/水界面上，起泡蛋白还必需具有较理性分布的亲水和疏水区，即是说泡沫的稳定性取决于蛋白质膜的流变性质，因此，不具有良好的起泡力。②蛋白溶液浓度2%～8%，由此浓度开头增加则起泡力气增加，但浓度过大〔10%〕则会由于蛋白质溶解度下降而导致气泡变小，泡沫变硬。③温度气泡前适当加热可提高多数蛋白的起泡力气，但当加热过度则会损害蛋白的起泡力气，起到破坏泡沫的作用④pH值溶液的pH硬性着蛋白质的荷电状态，因而转变其溶解度、相互作用力及持水力，也就转变了蛋白质的起泡性质和泡沫的稳定性。⑤盐类物质种类和浓度盐类不仅影响蛋白质的溶解度、黏度、伸展和聚拢，也转变其起泡性质，这取决于盐的种类、浓度和蛋白质的性质。如食盐通常能增大泡沫膨胀力和降低泡沫稳定性；钙离子能与蛋白质的羧基形成桥键而使泡沫稳定性提高等。⑥糖类物质的缘由主要是在糖溶液中，蛋白质分子的构造比较稳定，当其吸附到界面上时较难开放，这样就降低了蛋白质在搅打时产生大的界面面积和泡沫体积的力气。⑦脂类物质面上的蛋白质，于是削减了膜的厚度和黏合性并最终因膜的减弱而导致泡沫稳定性下降。⑧搅打打将破坏泡沫。四、黏度蛋白质溶液属于胶体溶液，通常具有确定的黏度一种流体的黏度(viscotity)反映了它对流淌的阻力增加而降低。这种性质成为假塑或剪切稀释。1、影响蛋白流体黏度的主要因素溶液中蛋白分子或蛋白颗粒的表观直径，表观直径越大，黏度越大。表观直径又取决于①蛋白分子固有的特性，如摩尔质量、大小、体积、构造、电荷和易变形程度；②蛋白质－溶剂间的相互作用，这种作用会影响蛋白质的溶胀、溶解度和水合作用③蛋白质－蛋白质的相互作用，它将打算聚拢体的大小。对于高浓度的蛋白质体系，这种作用起主要的作用。分子在流淌的方向上逐步定向，因而使摩擦阻力下降；蛋白质水化球在流淌的方向上变形；氢键和其它弱键的断裂导致蛋白质聚拢体或网络构造解体。这些因素都使蛋白质分子或颗粒在流淌方向上的表观直径减小，因而其黏度系数减小。当停顿剪切处理时，原来的聚拢体或网络构造能重形成，则黏度系数的降低是可逆的，这种体系称为触变体系，如大豆蛋白离析物和乳清蛋白浓缩物的分散体系就是触变的。五、胶凝作用蛋白质的缔合(association)：指蛋白质在亚单位或分子水平上发生的变化；聚合(polymerization)或聚合反响(aggregation)一般是指大的复合物的形成；沉淀作用(precipitation)：指由于蛋白质的溶解性完全或局部丧失而引起的聚拢反响；絮凝(flocculation)：指蛋白质未发生变性时的无规章聚拢反响，这常常是由于链间的静电排斥力降低而发生的一种现象；分散作用(coagultion)：将发生变性的无规章聚拢反响和蛋白质－蛋白质的相互作用大于蛋白质－溶剂相互作用引起的聚拢反响；胶凝作用〔gelation)：变性的蛋白质分子聚拢并形成有序的蛋白质网络构造的过程。1、凝胶分类加热后再冷却而形成的凝胶。这种凝胶多为热可逆凝胶，如明胶凝胶；在加热下所形成的凝胶，这种凝胶很多不透亮而且是不行逆凝胶，如蛋清蛋白在加热中形成的凝胶；由钙盐等二价离子盐形成的凝胶，如豆腐；不加热而经局部水解或pH调整到等电点而形成的凝胶，如用凝乳酶制作干酪、乳酸发酵制作酸奶和皮蛋生产中碱对蛋清蛋白的局部水解等。2、蛋白质凝胶的形成机制〔水的相互作用〔氢键，疏水和静电相互作用〕以及邻近肽链之间的吸引力和排斥力到达平衡的结果。工中蛋白凝胶形成的程度和质量。六、面团的形成1、面团形成性一些植物〔小麦、黑麦、燕麦、大麦等〕的面粉在室温下与水混合并揉搓后可形成粘稠、有弹性的面团，将这种性质叫做面团的形成性。2、面团形成的主要因素面筋蛋白，包括麦醇溶蛋白和麦谷蛋白。麦醇溶蛋白和麦谷蛋白，它们是小麦中蛋白质的主体成分〔80%)，在水中不溶解。70%30000～80000之间，面筋蛋白中富含谷氨酰胺〔超过33%(15%～20%〔其吸水量为干蛋白质180%～200%)黏着性质；与脂肪的有效结合有关面筋蛋白质中还含有众多的二硫键，这是面团物质产生坚韧性的缘由。