第三章-蛋白质.ppt

1、第三章 蛋白质,什么是蛋白质?,蛋白质(protein)是由许多氨基酸(amino acids)通过肽键(peptide bond)相连形成的高分子含氮化合物。,蛋白质的生物学重要性,1. 蛋白质是生物 体重要组成成分 分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。 含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的45，某些组织含量更高，例如脾、肺等高达80。,1）酶的生物催化作用,2、 蛋白质具有重要的生物学功能,2）调控作用,参与基因调控： 组蛋白(真核生物体细胞染色质中的碱性蛋白质) 、非组蛋白(一组极不均一的在细胞内与DNA结合的组织特异蛋白质 )等 参与代谢调控

2、： 如激素或生长因子等,3）运动与支持,机体的结构蛋白：头发、骨骼、牙齿、肌肉等,4）参与运输贮存的作用,血红蛋白 运输氧 铜蓝蛋白 运输铜 铁蛋白 贮存铁,5）免疫保护作用,抗原抗体反应,6）参与细胞间信息传递,信号传导中的受体、信息分子等(如视网膜细胞中存在的受体蛋白质，在感光和视觉传导中起媒介作用； 神经细胞连接处的特异受体蛋白在接受神经递质的作用后，可引起神经冲动的传递， ),3 氧化供能作用,第一节 氨基酸（Amino acids）,存在自然界中的氨基酸有300余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，且均属 L-氨基酸（甘氨酸除外）。,一、氨基酸的结构与分类,（一）氨基酸的结构 氨

3、基酸是蛋白质水解的最终产物，是组成蛋白质的基本单位。从蛋白质水解物中分离出来的氨基酸有二十种，除脯氨酸和羟脯氨酸外，这些天然氨基酸在结构上的共同特点为：,COOH H2N CH -碳原子基团 R R基团,(1)分子中同时含有羧基和氨基，且与羧基相邻的-碳原子上都有一个氨基，因而称为-氨基酸。,（2）除甘氨酸外,其它所有氨基酸分子中的-碳原子都为不对称碳原子, A. 氨基酸都具有旋光性； B. 每一种氨基酸都具有右旋(D)-型和左旋（L）-型两种立体异构体。 目前已知的天然蛋白质中氨基酸都为L-型。,氨基酸的通式,特殊的氨基酸,脯氨酸 （唯一的亚氨基酸）,（二）氨基酸的分类,中性AA （1）按R

4、基团的酸碱性分 酸性AA 碱性AA （2）按R基团的疏水性和亲水性分 疏水性R基团AA 亲水性R基团AA,（3）按R基团的化学结构分 脂肪族AA 芳香族AA 杂环族AA,按氨基酸的基团的极性可分四类: A非极性中性（8种） 丙 、苯丙 、缬、亮、异亮、蛋、脯、色 有一个非极性的侧链 B极性不带电（7种） 丝 、甘、苏 、酪 、半胱、谷氨酰胺、天冬酰胺 侧链含极性基团,侧链基团在中性溶液中解离后带负电荷。,C. 酸性氨基酸 Glu，Asp,天冬氨酸 aspartic acid Asp D 2.97,谷氨酸 glutamic acid Glu E 3.22,D. 碱性氨基酸 His，Arg，Lys

5、,侧链基团在中性溶液中解离后带正电荷。,组氨酸 His （H） 7.59,赖氨酸 Lys（K） 9.74,精氨酸 Arg （R） 10.76,另外：,1、蛋白质中的很多氨基酸是经过加工修 饰的修饰氨基酸 如：脯氨酸 羟基化 成 羟脯氨酸 赖氨酸 羟基化 成 羟赖氨酸 2、半胱氨酸Cys常以胱氨酸的形式存在, 半胱氨酸,胱氨酸,二、氨基酸的理化性质 溶解度 溶于水，其中天冬氨酸、半胱氨酸、谷氨酸、酪氨酸溶解度较低 所有的氨基酸都溶于酸和碱的溶液 熔点 具有较高的熔点，一般200；个别300,3.疏水性 非极性基团所具有的性质 氨基酸侧链的疏水性可用氨基酸从乙醇中转移到水中的自由能变化表示 4.与

6、亚硝酸反应（樊氏）测定方法P51 氨基酸与亚硝酸作用可生成相应的羟基酸并释放出N2。 此性质可测定氨基酸的含量。,5、茚三酮反应 氨基酸可与茚三酮缩合产生蓝紫色化合物，最大吸收峰在570nm。 该反应可作为蛋白质定性、定量分析的基础。,6. 与金属离子反应 许多重金属离子都能和氨基酸的羧基、氨基、硫氢基（SH）反应生成不可解离的螯合物 应用: 临床医学的解救重金属中毒病人，可用高蛋白食物先灌肠如牛奶，豆浆等，然后再洗胃。,第二节 蛋白质的分类和结构,一、蛋白质的分类 （一 ） 按组成分 1.简单蛋白质: 水解产物全部为氨基酸 如清蛋白、球蛋白 2.结合蛋白质 : 水解产物中除了氨基酸外，还有

7、其它非蛋白质的成分 如脂蛋白、糖蛋白、磷蛋白 3、衍生蛋白质：用酶或化学方法处理蛋白质后 得到的相应产物。,（二 ） 按形状分 1. 球形蛋白质：粘度小，溶解性好，结构复杂 自然界绝大多数的蛋白质属于球状蛋白 血红、肌红、球、清蛋白及酶类等 2. 纤维状蛋白质：粘度大，溶解性差 肌纤维、胶原、网状、角蛋白(存在于脊椎动物皮肤、毛发和指甲等部位)等,（三 ） 按生物功能分 1.活性蛋白质: 具有生物活性的蛋白质 酶、免疫蛋白质、受体蛋白、贮运蛋白等。 2.非活性蛋白质: 支撑或保护作用的蛋白质 胶原蛋白质、网状蛋白质、弹性蛋白质、角蛋白质和丝心蛋白质。,二、蛋白质的结构,血红蛋白,从一级结构到四

8、级结构,1. 一级结构 指由共价键结合在一起的氨基酸残基的排列顺序。 氨基酸排列顺序 一级结构 2. 二级结构 指多肽链错助氢键作用排列成为沿一个方向、具有周期性结构的构象。 主链上原子的空间排列二级结构,其排列方式有： 螺旋三维结构(A、 B、 Z型) ：链内形成氢键的结果 折叠结构 ：链间形成氢键的结果，必须是两条链或以上的 弯曲（转角）结构 无规卷曲,3、三级结构 多肽链借助各种作用力，进一步折叠卷曲形成紧密的复杂球形分子的结构。 由二级结构形成一定构象三级结构 “螺旋之螺旋”，“折叠再折叠”,4、四级结构 两条或多条肽链之间以特殊方式结合、形成有生物活性的蛋白质。 n 条多肽链在三级结

9、构的基础缔合聚集，构成四级结构,三、作用力和键 形成二、三、四级结构的作用力： 一 级结构：共价键 二级结构：氢键 三级结构：氢键、离子键、二硫键、范德华力 四级结构：氢键、疏水键,第三节 蛋白质的理化性质,一、两性电离 含有大量的酸性和碱性基团 对酸和碱都具有强大的缓冲能力,蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液pH条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。,* 蛋白质的等电点( isoelectric point, pI) 当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的pH称为蛋白质的等电点。 * 处

10、于等电点的蛋白质溶解度最低.,二、蛋白质的疏水性 可以根据各氨基酸的疏水性来求得蛋白质的平均疏水性。 即各氨基酸的疏水性的总和除以氨基酸残基数n。 计算蛋白质的平均疏水性，可预测其水解物是否产生苦味 平均疏水性5.85kJ/mol残基，水解物可能有苦味 平均疏水性5.43KJ/mol，水解物无苦味,三、蛋白质的呈色反应,茚三酮反应(ninhydrin reaction) 蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚三酮反应。,双缩脲反应(biuret reaction) 蛋白质和多肽分子中肽键中的氮原子孤对电子在稀碱溶液中与硫酸铜共热，呈现紫色或红色，此反应称为双缩脲反应。,*四、蛋白质的变性作用 1

11、、定义 因环境因素的影响，蛋白质分子的天然构象遭到破坏，而使其理化性质发生改变，乃至生物功能丧失的过程 变性只涉及二、三、四级结构的变化 2.变性的实质 天然蛋白质分子从有序而紧密的结构变为松散而无序的结构,3 导致蛋白质变性的主要因素 （1）热处理 T，氢键、静电力、范德华力 ，疏水键 变性机理：因为肽键因热处理产生剧烈的热震荡而导致次级键的破坏的结果 影响因素：蛋白质的性质、浓度、水活性、PH、离子种类、离子强度,疏水性氨基酸残基比例高的蛋白质热稳定性大 如大豆蛋白、乳酪蛋白 水能促进蛋白质的热变化(干的稳定) 大豆粉 10%H2O Td（变性温度）=115 40%H2O Td=97,蛋白

12、质热变性温度（Td）： 蛋白质 Td 羧肽酶 63 肌红蛋白 79 胰蛋白酶抑制剂 77 -乳清蛋白 83 大豆球蛋白 92 燕麦球蛋白 108,（2）机械处理 振动、揉捏、打擦产生机械剪切力，破坏螺旋，导致蛋白质的网络结构改变。 应用： 面团的揉捏 肉燕、灌肠、鱼丸等的制作时的机械擂溃。,（3） PH pH=410稳定 极端pH改变盐键，使基团离子化，造成肽链展开, 一般可逆 变性机理： 由于蛋白质分子上的可解离基团发生不同程度的解离，使蛋白质高级结构中的盐键被破坏。,(4) 有机试剂 大多数可使蛋白质产生变性 变性机理： 降低了溶液的介电常数，使蛋白质分子内基团间的静电力增加； 破坏、增加

13、了蛋白质分子的氢键，改变以稳定蛋白质的构象原有的作用力情况； 进入蛋白质的疏水区域，破坏了蛋白质分子的疏水相互作用。,(5) 金属离子 过渡金属离子如汞、铜、铁可使蛋白质发生变性，这种作用在高于蛋白质等电点时更为显著 变性机理: 如Cu2+、Fe2+、Hg2+、Pb2+、 Ag3+等，易与蛋白质分子中的SH形成稳定的化合物，或者是将二硫键转化为SH基，改变以稳定蛋白质分子结构的作用力。,(6)辐照 导致芳香族氨基酸（色、酪、苯丙）吸收，使构象发生改变 导致二硫键断裂 (7)表面活性剂 打断疏水相互作用，导致蛋白质展开 (8)还原剂 使蛋白质的二硫键还原，从而改变蛋白质的原有构象，造成蛋白质的不

14、可逆变性。,4、变性对性质的影响 （1）生物活性丧失（酶、激素、毒素、抗体） （2）溶解度降低（疏水基团暴露） （3）改变水合性质 （4）易于酶水解 （5）粘度增大 （6）不能结晶,#第四节 蛋白质的功能性质,一、定义 P63 二、种类 水合性质：蛋白质与水的相互作用 (水吸收和保持、湿润性、溶胀性、粘附性、分散性、溶解度和粘度等) 结构性质： 蛋白质与蛋白质的相互作用 (沉淀、胶凝和形成其它各种结构时性质) 表面性质：蛋白质的表面张力、乳化作用、发泡性质等,1、水合性质 （1）水合 通过蛋白质分子表面上的各种极性基团与水分子的相互作用而产生的 （P-H2O） 由于氨基酸组成不同，不同蛋白质的

15、水结合能力也不同。极性氨基酸（偶极偶极）、离子化的氨基酸（离子偶极）、蛋白质的盐（离子偶极）等由于极性基团对水有更强的结合能力。,水化影响因素 浓度C 水的总吸收量随C 而 pH PI时，PP作用最强 ，水合作用最小，溶 胀最小,离子强度 A、0.11M中性盐 ， 产生“盐溶效应” B、当C1M时， “盐析效应” PP PH2O P沉淀 温度T 一般蛋白质变性温度为5070 ，T，氢键 ，PH2O作用，即T，P沉淀 水结合能力公式P66,溶解度与溶胶 是蛋白质固有性质之一；定义P67 应用： A、可确定天然资源中蛋白质分离，提纯的最适条件 B、可评价蛋白质的变性程度 C、评价蛋白质在饮料中的应

16、用,溶解度的影响因素 溶解度与pH、离子强度、T、溶剂种类有关P6768 溶胶 蛋白质溶液是一种胶体溶液 P 表面有各种亲水基，将H2O分子吸附表面而形成一层水膜,2、结构性质 胶凝作用 定义 胶凝是变性蛋白质发生的有序聚集反应 P胶体体系失去流动性，成为“软胶”状态的过程 形成P-P P-H2O 有序网络凝结 水分分散在蛋白质颗粒之中形成的胶体体系 凝胶有一定形状、弹性，半固体性质,形成机理 是蛋白质蛋白质（有利于肽链靠近）、蛋白质水（有利于肽链分离）之间的相互作用，以及邻近的肽链之间的吸引力（有利于肽链靠近）和排斥力（有利于肽链分离）最终平衡的结果,形成条件P70 A、热处理、冷却 B、加

17、酸 C、添加盐类 D、酶水解 E、先碱化、再恢复至中性或PI 点,蛋白质的胶凝过程：P70 蛋白质形成凝胶的两种结构方式：P71,组织化 蛋白质是构成食品特征结构和质地的基础 蛋白质组织化的方法 热凝固和薄膜的形成：腐竹的生产 热塑性挤压：如脱脂大豆粉的组织化 纤维形成：合成纤维的生产原理，如大豆蛋白人造肉的制作,面团的形成 面筋蛋白质具有独特的性质面筋蛋白质在有水存在时，通过混和、揉捏等处理过程，能够形成强内聚力和黏弹性糊状物。,面筋形成三维网络的原因： 含有大量谷氨酰胺约33%和羟基氨基酸，易形成分子间氢键，使面筋具有很强的吸水能力和黏聚性质。 可离解氨基酸含量低，在中性水中它们不溶解。

18、含有SH基，当面粉被揉捏时蛋白质分子伸展，形成大量的二硫交联键，面筋蛋白转化形成了立体的、具有黏弹性的蛋白质网络结构。,揉捏强度不足就使面筋蛋白的三维网状结构不能很好形成，面团强度不足； 过度揉捏会使一些二硫键断裂，造成面团强度下降。,3、表面性质 乳化性质 P的疏水性越强，P在界面的浓度越大，表面张力愈低，乳状液愈稳定 疏水值，表面张力,乳化活力(乳化活性指数),乳化性评价指标 A、乳化能力（EC）（乳化容量） 相转变前能乳化油g EC = - g蛋白质 B、乳状液稳定性（ES） 乳状液最终体积100 ES= - 乳状液最初体积,影响因素P74 A、蛋白质的溶解度（乳化能力） 溶解 、乳化能

19、力; 不溶解、乳化稳定 B、PH 因蛋白质种类而异,C、加热 降低黏度，乳化能力 ; 胶凝作用除外 D、添加小分子表面活性剂 蛋白质保留界面能力，使乳化能力 F、一定蛋白质起始浓度 一般为0.5%,发泡性 A、泡沫 气体在连续的液相或半固相中形成分散体系 B、构成 气体 / 表面活性剂 / 液体 泡沫和乳状液的区别、泡沫示意图P76 C、形成方法 搅打、鼓泡、压力变化,典型食品泡沫的特点 a 含有大量的气体（低密度） b 在气相和连续的液相间有较大的表面积 c 在表面有较高的溶质浓度 d 有能胀大，有刚性或半刚性并有弹性的膜或壁 e 有可反射的光,影响泡沫形成及稳定环境因素 a 蛋白质的内禀性

20、质 P76 对稳定泡沫起着稳定作用 b 盐类 NaCl 使泡沫膨胀率稳定性 (降低粘度) Ca2+使泡沫稳定性 (形成 羧-Ca2+-羧 桥键) c 糖 抑制膨胀、增加稳定 (粘度),d 脂肪 脂肪破坏蛋白质的起泡性质，干扰蛋白质在界面的吸附，影响蛋白质的泡沫稳定性。 e 蛋白质浓度 在C10%内 C，则稳定性 C10%内 黏度过大，影响发泡能力 f 搅打 形成泡沫需要适当的搅拌（使蛋白质伸展），过度地搅拌会使蛋白质产生絮凝,g 加热 一般不利于泡沫的形成（加热使所体膨胀、黏度降低，气泡破裂。） h pH值 在接近pI时，蛋白质所稳定的泡沫体系很稳定。（有利于PP作用和蛋白质在膜上的吸附，形成

21、黏稠的吸附膜。）,对具有起泡性蛋白质的要求 a、具有较好的溶解性 b、蛋白质分子之间存在一定的粘着作用力 c、蛋白质分子有一定疏水值 如:卵清蛋白、血红蛋白中的珠红蛋白、乳清蛋白、酪蛋白、明胶、牛血清蛋白、大豆和小麦蛋白等,*第五节 食品加工对蛋白质功能和营养价值的影响,一、 热处理 1、T 100，产生有利影响：P89 适度变性 (消化率) 破坏抗营养抑制素 酶失活,2、T 100，产生不利影响P89 脱磷酸作用，导致变性 SH氧化成二硫键或释放出H2S 羰氨反应,二、低温处理下的变化 冷藏 影响不大 冷冻可影响蛋白质品质P90,三、脱水的影响 当水分被大量除去时，PP相互作用，引起P分子大量的聚集 一些脱水方式对食