蛋白质纤维的结构和性能

鳞片外层厚约0.3微米；但结构不 均匀，其外部的胱氨酸含量很高，结构 较为稳定，有保护毛干的作用，但外层 属非结晶结构。鳞片内层的胱氨酸含量 却很低，化学稳定性较差。
皮质层为羊毛的主体，是决定羊毛 物理、机械和化学性能的主要部分，它 由纺锤形细胞所组成。
髓质层是由结构疏松并且内部充有 空气的薄膜细胞所组成。
pH值 1.3－1.8 0.5
羊毛纤维 0.08－0.10 0.330
桑蚕丝 0.019－0.024 0.310
0.2
0.550
0.469
测定蛋白质的吸碱量是相当困难的。如 当溶液pH值提高到10以上时，羊毛才开始 明显地吸碱。
蛋白质与酸、碱作用时，还有另一重要现象， 即将纤维放在不同pH的介质中，纤维内部和外部 (溶液)的pH值往往不一致，也就是H+或OH-在纤维 内、外部是不均匀分布的，并且会受到电解质浓 度的影响。
2、氨基酸组成 蛋白质完全水解的最终产物是氨基酸 ( amino acid ) 。
天然蛋白质中的氨基酸主要有20种左右， 它们的共同特点都是α -氨基酸，可用下列 通式表示：
表1-1 不同α -氨基的结构
羊毛 蛋白 5.25 4.1 8.26 9.66 桑蚕 丝素 蛋白 42.8 32.4 0.68 14.7 桑蚕 丝胶 蛋白 8.8 4 0.9 30.1 柞蚕 丝素 蛋白 23.6 50.5 0.51 11.3
肽键 肽
蛋白质结构中的 酰胺键。
由肽键相联接的缩 氨酸。 (Ⅲ)称为二肽，二肽继续与一个氨基酸分 子缩合则成为三肽，以此类推可获得多肽 (polypeptide) 。
当肽链中的重复单位“—NHRCHCO—”称 为氨基酸基或氨基酸残基。
多肽链中的各种氨基酸，是按照一 定顺序连接的，而且因蛋白质而异。
(—COO- +H3N-)。
3)二硫健 本身属共价键(-S-S-)， 可存在于不同肽链之间或同一肽链之 中：
4)疏水键
主要存在于肽链中丙氨酸、缬氨酸、 亮氨酸、异亮氨酸和苯丙氨酸等残基的 非极性疏水基侧链之间。 5)范德华力
二、蛋白质的主要性质
1.蛋白质两性性质 蛋白质分子中除末端的氨基与羟基外， 侧链上还含有许多酸、碱性基团。因而蛋白 质具有既像酸又像碱一样的性能，是典型的 两性高分子电解质，可进行下列反应：
α — 氨基酸与茚三酮反应
O H R C COOH OH O C O
C
NH2
+ 2
C O
C
OH
2
C O
C
O
α — 氨基酸
水合茚三酮
还原茚三酮
+ RCHO
+
CO2
+ NH3
O
O
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C
H
OH
C
C
C
C O O C H
+2NH3
+
OH
C O
O C
C
C
N
C C O
+2H2O
ONH4
蓝色产物
习题与思考题
1. 解释下列术语和名词：α—氨基酸、二肽、多肽、疏水 键、离子键、二硫键。
锦纶
涤纶
90
98
89
65
2. 可塑性
将受拉伸的羊毛纤维在热水或蒸汽中作用很短 时间，然后除去负荷并放在蒸汽中任其收缩，则纤维 能收缩到比原来还短，甚至只有原长的三分之二，这 种现象称为“过缩”(super contraction)。 将受有拉伸应力的羊毛纤维，在热水或蒸汽 中作用一定时间，去除负荷后纤维并不能回复 到原来的长度；但在比处理温度更高的条件下 再作用，仍可使纤维重新收缩，此现象称为暂 时定型或“暂定”(temporary set)。
6.54
3.22 9.58 12.0 2
1.51
0.45 0.9 －
8.5
5.5 4.2 0.33
0.9
0.26 6.06 －
单羧 基二 氨基 氨基 酸
α、ε－二氨 基己酸
δ－胍基α－氨 基正戊酸 双β－硫代α－ 氨基丙酸
3、分子结构
蛋白质可视作是由氨基酸彼此通过 氨基与羧基脱水缩合，以酰胺键链接起 来的大分子：
在溶液中：
pH ＞ PI pH ＝ PI pH ＜ PI
protein fiber (-) protein fiber protein fiber (+)
如羊毛和桑蚕丝纤维在盐酸溶液中，开始结 合酸时的pH值分别为5和3；在PH值为1.3～1.8时， 达到稳定最大结合量。
表5-2 每100克纤维吸酸的摩尔值
蛋白质的初级结构或一级结构指：
多肽链中的氨基酸排列顺序。
蛋白质分子的空间构象(简称构象)或高级结构
天然蛋白质的多肽健在空间按一定几 何形状折叠卷曲着的状态。
α －螺旋结构
4.分子间力 1)氢键 主要存在于肽链中的亚氨基(>NH) 和羰基(>C=O)之间：
2)离子键又称为盐键 多肽中的氨基和 羧基等碱性和酸性基团，在适当的条件 下可形成盐键，如赖氨酸侧基的—NH2和 谷氨酸侧基的—COOH之间可形成的盐键
从中可以
看出羊毛于温热
条件下，只有在
100℃处理时间
至少30分钟以上
时才有明显的定
型效果。
原理
当热水或蒸汽作用于拉伸着的羊毛时，因拉伸而 产生张力，原有的交键可逐渐被拆散。如果处理的 时间较长，被拆散的交键又会在新的位置上建立， 使肽链的构象稳定下来，从而阻止羊毛纤维及织物 从形变中回复原状，产生永定。 如处理的时间很短即去除负荷，被拆散的交键尚 未在新的位置上重建，蛋白质分子的肽链可自由收 缩，产生过缩。若处理时间较短，被拆散了的交键 在新的位置上尚未全部建立或结合得不稳固，这时 获得的定型是暂时的，遇到适合的回缩条件仍会收 缩。
3．蛋白质纤维都有哪些？
4．了解蛋白质的两性性质和膜平衡原理。
5. 何谓蛋白质的饱和吸酸值、等电点。
§5.2 羊毛的组成及形态结构
1.羊毛的组成
从羊身上剪下的毛称为原毛。原毛中除 纤维外，尚含有羊毛脂，羊毛汗、泥砂粘土 污物、矿物质、水分、草屑、草籽或其它植 物性杂质等。
某细羊毛的 组成（%）
羊毛纤维 泥砂粘土污物 羊毛脂汗 植物质 水分
纤维内pH 纤维外pH 1.62 0.78 3.03 1.86 3.75 2.34 4.64 3.08 5.45 3.86 6.19 4.50
pH内 ＞ pH外
这种现象可用膜平衡原理来加以解释。
2.唐能膜平衡
纤维的表面具有类似半透膜性质。膜内 蛋白质分子上带有的正或负离子是不能离 开母体的，并与其中的溶液一起组成膜内 体系，纤维外面的溶液为膜外体系。膜内 高分子电解质 P-NH3不能自由移动. 蛋白质纤维在酸(HCl)与盐(KCl)共存 的溶液中，假定膜内、外溶液具有相等和 不变的容积.
3.缩绒性
羊毛在湿、热条件下经外力的反复作用，纤维 之间互相穿插纠缠，纤维集合体收缩变得紧密， 这种性能称羊毛的缩绒性(felting).
4.水的作用
羊毛纤维一般不溶于水，但具有较强的吸湿性 能，标准回潮率为14%。 在较激烈条件下,水会与羊毛纤维起化学反应,主
式中“P”表示多肽链。
当调节溶液PH值，使蛋白质分子上正、负 离子数目相等时．此溶液的PH值，即为该蛋 白质的等电点(isoelectric point, PI)。 羊毛和桑蚕丝纤维的等电点分别为 4.2～4.8和3.5～5.2。蛋白质在等电状态 时，呈现一系列特殊的也是极为重要的性 质，如溶胀，溶解度，渗透压、电泳以及 电导率等都最低。
蛋白质纤维 （protein fiber）
1.1 蛋白质的基础知识
所谓蛋白质纤维是指基本组成物 质为蛋白质一类的纤维，按来源分有 天然的和人造的(再生的)两种。
蛋白质纤维分类
一、蛋白质的化学组成及分子 结构
1、元素组成
蛋白质是分子量很高的有机含氮高分 子物，结构较为复杂，但组成元素的种类 并不很多，主要有碳、氢、氧、氮等。 100克蛋白质的含氮量平均为16克。 “6.25”称为蛋白质系数，常用于蛋白 质含量的分析中。
如果将伸长的羊毛纤维在热水或蒸汽中作 用更长的时间如1～2小时，则当负荷除去后，即 使再经蒸汽处理，也仅能使纤维稍微收缩，其长 度仍可超过原长的30%，这种现象称为永久定型
或永定(permanent set) 。
实验： 将羊毛纤维在不同温度的水和蒸汽 中拉伸50%→保持张力处理不同时间→冷却， 去除张力→在100℃蒸汽中放置l小时。如图所 示：
将蛋白质放入盐酸 (HCl) 溶液中,设： C1- 蛋白质正离子的浓度，即蛋白质结合酸(H+) 的浓度； C2- HCl初始浓度； C3- KCl初始浓度； X－ 由膜外向膜内迁移的H+离子浓度； Y－ 由膜外向膜内迁移的K+离子浓度。
膜内、外离子的分布为：
按唐能膜平衡原理，平衡时，可移动的 任何一价阳离子在膜内外浓度的比值都相等， 且反比于阴离子的浓度。 平衡时分配系数λ为：
1－内滴定曲线
2 －盐1M
3－盐0.2M 4－盐0.04M 5－盐0.005M 6 －无盐
溶液中盐的浓度越高时，所得到的 滴定曲线形状，越接近于内滴定曲线(即 蛋白质结合酸或结合碱量对纤维内pH值 所作的曲线)。 它们的最大结合酸量相同，但是结合 酸量对溶液的pH值所作的滴定曲线，却 随溶液中所含中性盐浓度的不同而有所 差异。
羊毛纤维的皮质细胞，主要有O(Ortho) 和P(Para)两种，它们在化学组成及其某些 性能上都有一定的差异。O皮质细胞含硫 量较P皮质细胞低，易于染色。 O皮质细胞始终位于羊毛卷曲波形的外 侧，而P皮质细胞则位于卷曲波形的内侧， 如图所示。
§5.3 羊毛的聚集态结构