1、.,第三章 蛋白質(zhì),.,什么是蛋白質(zhì)?,蛋白質(zhì)(protein)是由許多氨基酸(amino acids)通過肽鍵(peptide bond)相連形成的高分子含氮化合物。,.,蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性,1. 蛋白質(zhì)是生物 體重要組成成分 分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；細(xì)胞的各個部分都含有蛋白質(zhì)。 含量高：蛋白質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)最豐富的有機(jī)分子，占人體干重的45，某些組織含量更高，例如脾、肺等高達(dá)80。,.,1）酶的生物催化作用,2、 蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能,.,2）調(diào)控作用,參與基因調(diào)控： 組蛋白(真核生物體細(xì)胞染色質(zhì)中的堿性蛋白質(zhì)) 、非組蛋白(一組極不均一的在細(xì)胞內(nèi)與DNA結(jié)合的組織特異蛋白質(zhì)

2、 )等 參與代謝調(diào)控： 如激素或生長因子等,.,3）運(yùn)動與支持,機(jī)體的結(jié)構(gòu)蛋白：頭發(fā)、骨骼、牙齒、肌肉等,.,4）參與運(yùn)輸貯存的作用,血紅蛋白 運(yùn)輸氧 銅藍(lán)蛋白 運(yùn)輸銅 鐵蛋白 貯存鐵,.,5）免疫保護(hù)作用,抗原抗體反應(yīng),.,6）參與細(xì)胞間信息傳遞,信號傳導(dǎo)中的受體、信息分子等(如視網(wǎng)膜細(xì)胞中存在的受體蛋白質(zhì)，在感光和視覺傳導(dǎo)中起媒介作用； 神經(jīng)細(xì)胞連接處的特異受體蛋白在接受神經(jīng)遞質(zhì)的作用后，可引起神經(jīng)沖動的傳遞， ),.,3 氧化供能作用,.,第一節(jié) 氨基酸（Amino acids）,存在自然界中的氨基酸有300余種，但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有20種，且均屬 L-氨基酸（甘氨酸除外）。,.

3、,一、氨基酸的結(jié)構(gòu)與分類,（一）氨基酸的結(jié)構(gòu) 氨基酸是蛋白質(zhì)水解的最終產(chǎn)物，是組成蛋白質(zhì)的基本單位。從蛋白質(zhì)水解物中分離出來的氨基酸有二十種，除脯氨酸和羥脯氨酸外，這些天然氨基酸在結(jié)構(gòu)上的共同特點(diǎn)為：,COOH H2N CH -碳原子基團(tuán) R R基團(tuán),(1)分子中同時含有羧基和氨基，且與羧基相鄰的-碳原子上都有一個氨基，因而稱為-氨基酸。,.,（2）除甘氨酸外,其它所有氨基酸分子中的-碳原子都為不對稱碳原子, A. 氨基酸都具有旋光性； B. 每一種氨基酸都具有右旋(D)-型和左旋（L）-型兩種立體異構(gòu)體。 目前已知的天然蛋白質(zhì)中氨基酸都為L-型。,.,氨基酸的通式,.,.,特殊的氨基酸,脯氨

4、酸 （唯一的亞氨基酸）,.,（二）氨基酸的分類,中性AA （1）按R基團(tuán)的酸堿性分 酸性AA 堿性AA （2）按R基團(tuán)的疏水性和親水性分 疏水性R基團(tuán)AA 親水性R基團(tuán)AA,（3）按R基團(tuán)的化學(xué)結(jié)構(gòu)分 脂肪族AA 芳香族AA 雜環(huán)族AA,.,按氨基酸的基團(tuán)的極性可分四類: A非極性中性（8種） 丙 、苯丙 、纈、亮、異亮、蛋、脯、色 有一個非極性的側(cè)鏈 B極性不帶電（7種） 絲 、甘、蘇 、酪 、半胱、谷氨酰胺、天冬酰胺 側(cè)鏈含極性基團(tuán),.,側(cè)鏈基團(tuán)在中性溶液中解離后帶負(fù)電荷。,C. 酸性氨基酸 Glu，Asp,天冬氨酸 aspartic acid Asp D 2.97,谷氨酸 glutami

5、c acid Glu E 3.22,.,D. 堿性氨基酸 His，Arg，Lys,側(cè)鏈基團(tuán)在中性溶液中解離后帶正電荷。,組氨酸 His （H） 7.59,賴氨酸 Lys（K） 9.74,精氨酸 Arg （R） 10.76,.,另外：,1、蛋白質(zhì)中的很多氨基酸是經(jīng)過加工修 飾的修飾氨基酸 如：脯氨酸 羥基化 成 羥脯氨酸 賴氨酸 羥基化 成 羥賴氨酸 2、半胱氨酸Cys常以胱氨酸的形式存在,., 半胱氨酸,胱氨酸,.,二、氨基酸的理化性質(zhì) 溶解度 溶于水，其中天冬氨酸、半胱氨酸、谷氨酸、酪氨酸溶解度較低 所有的氨基酸都溶于酸和堿的溶液 熔點(diǎn) 具有較高的熔點(diǎn)，一般200；個別300,.,3.疏水性

6、 非極性基團(tuán)所具有的性質(zhì) 氨基酸側(cè)鏈的疏水性可用氨基酸從乙醇中轉(zhuǎn)移到水中的自由能變化表示 4.與亞硝酸反應(yīng)（樊氏）測定方法P51 氨基酸與亞硝酸作用可生成相應(yīng)的羥基酸并釋放出N2。 此性質(zhì)可測定氨基酸的含量。,.,5、茚三酮反應(yīng) 氨基酸可與茚三酮縮合產(chǎn)生藍(lán)紫色化合物，最大吸收峰在570nm。 該反應(yīng)可作為蛋白質(zhì)定性、定量分析的基礎(chǔ)。,.,6. 與金屬離子反應(yīng) 許多重金屬離子都能和氨基酸的羧基、氨基、硫氫基（SH）反應(yīng)生成不可解離的螯合物 應(yīng)用: 臨床醫(yī)學(xué)的解救重金屬中毒病人，可用高蛋白食物先灌腸如牛奶，豆?jié){等，然后再洗胃。,.,第二節(jié) 蛋白質(zhì)的分類和結(jié)構(gòu),一、蛋白質(zhì)的分類 （一 ） 按組成分

7、1.簡單蛋白質(zhì): 水解產(chǎn)物全部為氨基酸 如清蛋白、球蛋白 2.結(jié)合蛋白質(zhì) : 水解產(chǎn)物中除了氨基酸外，還有 其它非蛋白質(zhì)的成分 如脂蛋白、糖蛋白、磷蛋白 3、衍生蛋白質(zhì)：用酶或化學(xué)方法處理蛋白質(zhì)后 得到的相應(yīng)產(chǎn)物。,.,（二 ） 按形狀分 1. 球形蛋白質(zhì)：粘度小，溶解性好，結(jié)構(gòu)復(fù)雜 自然界絕大多數(shù)的蛋白質(zhì)屬于球狀蛋白 血紅、肌紅、球、清蛋白及酶類等 2. 纖維狀蛋白質(zhì)：粘度大，溶解性差 肌纖維、膠原、網(wǎng)狀、角蛋白(存在于脊椎動物皮膚、毛發(fā)和指甲等部位)等,.,（三 ） 按生物功能分 1.活性蛋白質(zhì): 具有生物活性的蛋白質(zhì) 酶、免疫蛋白質(zhì)、受體蛋白、貯運(yùn)蛋白等。 2.非活性蛋白質(zhì): 支撐或保護(hù)

8、作用的蛋白質(zhì) 膠原蛋白質(zhì)、網(wǎng)狀蛋白質(zhì)、彈性蛋白質(zhì)、角蛋白質(zhì)和絲心蛋白質(zhì)。,.,二、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),血紅蛋白,從一級結(jié)構(gòu)到四級結(jié)構(gòu),.,1. 一級結(jié)構(gòu) 指由共價鍵結(jié)合在一起的氨基酸殘基的排列順序。 氨基酸排列順序 一級結(jié)構(gòu) 2. 二級結(jié)構(gòu) 指多肽鏈錯助氫鍵作用排列成為沿一個方向、具有周期性結(jié)構(gòu)的構(gòu)象。 主鏈上原子的空間排列二級結(jié)構(gòu),.,其排列方式有： 螺旋三維結(jié)構(gòu)(A、 B、 Z型) ：鏈內(nèi)形成氫鍵的結(jié)果 折疊結(jié)構(gòu) ：鏈間形成氫鍵的結(jié)果，必須是兩條鏈或以上的 彎曲（轉(zhuǎn)角）結(jié)構(gòu) 無規(guī)卷曲,.,3、三級結(jié)構(gòu) 多肽鏈借助各種作用力，進(jìn)一步折疊卷曲形成緊密的復(fù)雜球形分子的結(jié)構(gòu)。 由二級結(jié)構(gòu)形成一定構(gòu)象三級

9、結(jié)構(gòu) “螺旋之螺旋”，“折疊再折疊”,.,4、四級結(jié)構(gòu) 兩條或多條肽鏈之間以特殊方式結(jié)合、形成有生物活性的蛋白質(zhì)。 n 條多肽鏈在三級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)締合聚集，構(gòu)成四級結(jié)構(gòu),.,三、作用力和鍵 形成二、三、四級結(jié)構(gòu)的作用力： 一 級結(jié)構(gòu)：共價鍵 二級結(jié)構(gòu)：氫鍵 三級結(jié)構(gòu)：氫鍵、離子鍵、二硫鍵、范德華力 四級結(jié)構(gòu)：氫鍵、疏水鍵,.,第三節(jié) 蛋白質(zhì)的理化性質(zhì),一、兩性電離 含有大量的酸性和堿性基團(tuán) 對酸和堿都具有強(qiáng)大的緩沖能力,.,蛋白質(zhì)分子除兩端的氨基和羧基可解離外，氨基酸殘基側(cè)鏈中某些基團(tuán)，在一定的溶液pH條件下都可解離成帶負(fù)電荷或正電荷的基團(tuán)。,* 蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)( isoelectric poi

10、nt, pI) 當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH時，蛋白質(zhì)解離成正、負(fù)離子的趨勢相等，即成為兼性離子，凈電荷為零，此時溶液的pH稱為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。 * 處于等電點(diǎn)的蛋白質(zhì)溶解度最低.,.,二、蛋白質(zhì)的疏水性 可以根據(jù)各氨基酸的疏水性來求得蛋白質(zhì)的平均疏水性。 即各氨基酸的疏水性的總和除以氨基酸殘基數(shù)n。 計算蛋白質(zhì)的平均疏水性，可預(yù)測其水解物是否產(chǎn)生苦味 平均疏水性5.85kJ/mol殘基，水解物可能有苦味 平均疏水性5.43KJ/mol，水解物無苦味,.,三、蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng),茚三酮反應(yīng)(ninhydrin reaction) 蛋白質(zhì)經(jīng)水解后產(chǎn)生的氨基酸也可發(fā)生茚三酮反應(yīng)。,雙縮脲反應(yīng)(biure

11、t reaction) 蛋白質(zhì)和多肽分子中肽鍵中的氮原子孤對電子在稀堿溶液中與硫酸銅共熱，呈現(xiàn)紫色或紅色，此反應(yīng)稱為雙縮脲反應(yīng)。,.,*四、蛋白質(zhì)的變性作用 1、定義 因環(huán)境因素的影響，蛋白質(zhì)分子的天然構(gòu)象遭到破壞，而使其理化性質(zhì)發(fā)生改變，乃至生物功能喪失的過程 變性只涉及二、三、四級結(jié)構(gòu)的變化 2.變性的實質(zhì) 天然蛋白質(zhì)分子從有序而緊密的結(jié)構(gòu)變?yōu)樗缮⒍鵁o序的結(jié)構(gòu),.,3 導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性的主要因素 （1）熱處理 T，氫鍵、靜電力、范德華力 ，疏水鍵 變性機(jī)理：因為肽鍵因熱處理產(chǎn)生劇烈的熱震蕩而導(dǎo)致次級鍵的破壞的結(jié)果 影響因素：蛋白質(zhì)的性質(zhì)、濃度、水活性、PH、離子種類、離子強(qiáng)度,.,疏水性氨基

12、酸殘基比例高的蛋白質(zhì)熱穩(wěn)定性大 如大豆蛋白、乳酪蛋白 水能促進(jìn)蛋白質(zhì)的熱變化(干的穩(wěn)定) 大豆粉 10%H2O Td（變性溫度）=115 40%H2O Td=97,.,蛋白質(zhì)熱變性溫度（Td）： 蛋白質(zhì) Td 羧肽酶 63 肌紅蛋白 79 胰蛋白酶抑制劑 77 -乳清蛋白 83 大豆球蛋白 92 燕麥球蛋白 108,.,（2）機(jī)械處理 振動、揉捏、打擦產(chǎn)生機(jī)械剪切力，破壞螺旋，導(dǎo)致蛋白質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)改變。 應(yīng)用： 面團(tuán)的揉捏 肉燕、灌腸、魚丸等的制作時的機(jī)械擂潰。,.,（3） PH pH=410穩(wěn)定 極端pH改變鹽鍵，使基團(tuán)離子化，造成肽鏈展開, 一般可逆 變性機(jī)理： 由于蛋白質(zhì)分子上的可解離基

13、團(tuán)發(fā)生不同程度的解離，使蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)中的鹽鍵被破壞。,.,(4) 有機(jī)試劑 大多數(shù)可使蛋白質(zhì)產(chǎn)生變性 變性機(jī)理： 降低了溶液的介電常數(shù)，使蛋白質(zhì)分子內(nèi)基團(tuán)間的靜電力增加； 破壞、增加了蛋白質(zhì)分子的氫鍵，改變以穩(wěn)定蛋白質(zhì)的構(gòu)象原有的作用力情況； 進(jìn)入蛋白質(zhì)的疏水區(qū)域，破壞了蛋白質(zhì)分子的疏水相互作用。,.,(5) 金屬離子 過渡金屬離子如汞、銅、鐵可使蛋白質(zhì)發(fā)生變性，這種作用在高于蛋白質(zhì)等電點(diǎn)時更為顯著 變性機(jī)理: 如Cu2+、Fe2+、Hg2+、Pb2+、 Ag3+等，易與蛋白質(zhì)分子中的SH形成穩(wěn)定的化合物，或者是將二硫鍵轉(zhuǎn)化為SH基，改變以穩(wěn)定蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的作用力。,.,(6)輻照 導(dǎo)致芳

14、香族氨基酸（色、酪、苯丙）吸收，使構(gòu)象發(fā)生改變 導(dǎo)致二硫鍵斷裂 (7)表面活性劑 打斷疏水相互作用，導(dǎo)致蛋白質(zhì)展開 (8)還原劑 使蛋白質(zhì)的二硫鍵還原，從而改變蛋白質(zhì)的原有構(gòu)象，造成蛋白質(zhì)的不可逆變性。,.,4、變性對性質(zhì)的影響 （1）生物活性喪失（酶、激素、毒素、抗體） （2）溶解度降低（疏水基團(tuán)暴露） （3）改變水合性質(zhì) （4）易于酶水解 （5）粘度增大 （6）不能結(jié)晶,.,#第四節(jié) 蛋白質(zhì)的功能性質(zhì),一、定義 P63 二、種類 水合性質(zhì)：蛋白質(zhì)與水的相互作用 (水吸收和保持、濕潤性、溶脹性、粘附性、分散性、溶解度和粘度等) 結(jié)構(gòu)性質(zhì)： 蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的相互作用 (沉淀、膠凝和形成其它各種

15、結(jié)構(gòu)時性質(zhì)) 表面性質(zhì)：蛋白質(zhì)的表面張力、乳化作用、發(fā)泡性質(zhì)等,.,1、水合性質(zhì) （1）水合 通過蛋白質(zhì)分子表面上的各種極性基團(tuán)與水分子的相互作用而產(chǎn)生的 （P-H2O） 由于氨基酸組成不同，不同蛋白質(zhì)的水結(jié)合能力也不同。極性氨基酸（偶極偶極）、離子化的氨基酸（離子偶極）、蛋白質(zhì)的鹽（離子偶極）等由于極性基團(tuán)對水有更強(qiáng)的結(jié)合能力。,.,水化影響因素 濃度C 水的總吸收量隨C 而 pH PI時，PP作用最強(qiáng) ，水合作用最小，溶 脹最小,.,離子強(qiáng)度 A、0.11M中性鹽 ， 產(chǎn)生“鹽溶效應(yīng)” B、當(dāng)C1M時， “鹽析效應(yīng)” PP PH2O P沉淀 溫度T 一般蛋白質(zhì)變性溫度為5070 ，T，氫鍵

16、 ，PH2O作用，即T，P沉淀 水結(jié)合能力公式P66,.,溶解度與溶膠 是蛋白質(zhì)固有性質(zhì)之一；定義P67 應(yīng)用： A、可確定天然資源中蛋白質(zhì)分離，提純的最適條件 B、可評價蛋白質(zhì)的變性程度 C、評價蛋白質(zhì)在飲料中的應(yīng)用,.,溶解度的影響因素 溶解度與pH、離子強(qiáng)度、T、溶劑種類有關(guān)P6768 溶膠 蛋白質(zhì)溶液是一種膠體溶液 P 表面有各種親水基，將H2O分子吸附表面而形成一層水膜,.,2、結(jié)構(gòu)性質(zhì) 膠凝作用 定義 膠凝是變性蛋白質(zhì)發(fā)生的有序聚集反應(yīng) P膠體體系失去流動性，成為“軟膠”狀態(tài)的過程 形成P-P P-H2O 有序網(wǎng)絡(luò)凝結(jié) 水分分散在蛋白質(zhì)顆粒之中形成的膠體體系 凝膠有一定形狀、彈性，

17、半固體性質(zhì),.,形成機(jī)理 是蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)（有利于肽鏈靠近）、蛋白質(zhì)水（有利于肽鏈分離）之間的相互作用，以及鄰近的肽鏈之間的吸引力（有利于肽鏈靠近）和排斥力（有利于肽鏈分離）最終平衡的結(jié)果,.,形成條件P70 A、熱處理、冷卻 B、加酸 C、添加鹽類 D、酶水解 E、先堿化、再恢復(fù)至中性或PI 點(diǎn),.,蛋白質(zhì)的膠凝過程：P70 蛋白質(zhì)形成凝膠的兩種結(jié)構(gòu)方式：P71,.,組織化 蛋白質(zhì)是構(gòu)成食品特征結(jié)構(gòu)和質(zhì)地的基礎(chǔ) 蛋白質(zhì)組織化的方法 熱凝固和薄膜的形成：腐竹的生產(chǎn) 熱塑性擠壓：如脫脂大豆粉的組織化 纖維形成：合成纖維的生產(chǎn)原理，如大豆蛋白人造肉的制作,.,面團(tuán)的形成 面筋蛋白質(zhì)具有獨(dú)特的性質(zhì)面筋

18、蛋白質(zhì)在有水存在時，通過混和、揉捏等處理過程，能夠形成強(qiáng)內(nèi)聚力和黏彈性糊狀物。,.,面筋形成三維網(wǎng)絡(luò)的原因： 含有大量谷氨酰胺約33%和羥基氨基酸，易形成分子間氫鍵，使面筋具有很強(qiáng)的吸水能力和黏聚性質(zhì)。 可離解氨基酸含量低，在中性水中它們不溶解。 含有SH基，當(dāng)面粉被揉捏時蛋白質(zhì)分子伸展，形成大量的二硫交聯(lián)鍵，面筋蛋白轉(zhuǎn)化形成了立體的、具有黏彈性的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。,.,揉捏強(qiáng)度不足就使面筋蛋白的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不能很好形成，面團(tuán)強(qiáng)度不足； 過度揉捏會使一些二硫鍵斷裂，造成面團(tuán)強(qiáng)度下降。,.,3、表面性質(zhì) 乳化性質(zhì) P的疏水性越強(qiáng)，P在界面的濃度越大，表面張力愈低，乳狀液愈穩(wěn)定 疏水值，表面張力,乳

19、化活力(乳化活性指數(shù)),.,乳化性評價指標(biāo) A、乳化能力（EC）（乳化容量） 相轉(zhuǎn)變前能乳化油g EC = - g蛋白質(zhì) B、乳狀液穩(wěn)定性（ES） 乳狀液最終體積100 ES= - 乳狀液最初體積,.,影響因素P74 A、蛋白質(zhì)的溶解度（乳化能力） 溶解 、乳化能力; 不溶解、乳化穩(wěn)定 B、PH 因蛋白質(zhì)種類而異,.,C、加熱 降低黏度，乳化能力 ; 膠凝作用除外 D、添加小分子表面活性劑 蛋白質(zhì)保留界面能力，使乳化能力 F、一定蛋白質(zhì)起始濃度 一般為0.5%,.,發(fā)泡性 A、泡沫 氣體在連續(xù)的液相或半固相中形成分散體系 B、構(gòu)成 氣體 / 表面活性劑 / 液體 泡沫和乳狀液的區(qū)別、泡沫示意圖P76 C、形成方法 攪打、鼓泡、壓力變化,.,典型食品泡沫的特點(diǎn) a 含有大量的氣體（低密度） b 在氣相和連續(xù)的液相間有較大的表面積 c 在表面有較高的溶質(zhì)濃度 d 有能脹大，有剛性或半剛性并有彈性的膜或壁 e 有可反射的光,.,影響泡沫形成及穩(wěn)定環(huán)境因素 a 蛋白質(zhì)的內(nèi)稟性質(zhì) P76 對穩(wěn)定泡沫起著穩(wěn)定作用 b 鹽類 NaCl 使泡沫膨脹率穩(wěn)定