蛋白质冻融过程中的物理化学变化ppt课件
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《蛋白质化学最终版》PPT课件
氨基酸
C.Edman法（苯异硫氰酸，PITC法）：P71，蛋白质自动分析仪 D.氨肽酶法：肽链外切酶，从多肽链的N-端逐个水解氨基酸。
A.肼解法:
C末端氨基酸分析
RO H2N CH C
R n-1O
Rn O
HN CH C HN CH C OH
N-端 氨 基 酸
C-端氨 基酸
H+
RO
Rn O
NH2NH2 H2N CH C NHNH2 +H2N CH C OH
免疫球蛋白G的立体结构
(五）蛋白质的三级结构
整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。 即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。
主要的化学键：次级键 疏水键、离子键、氢键和 范德华力等。
具有三级结构的蛋白质才具有生物学活性， 三级结构一旦破坏，蛋白质的生物学功能丧失。
溶菌酶的三级结构
胰岛素分子的三级结构
氨基酸酰肼
C-端氨 基酸
B.羧肽酶法：肽链外切酶，从多肽链的C-端逐个水解氨基酸。
大分子多肽氨基酸顺序的确定：裂解
A.化学裂解法：溴化氰裂解法；羟胺NH2OH裂解法 B.酶裂法:胰蛋白酶，胃蛋白酶等
确定肽段在多肽链中的次序：重叠法 P72 利用两套或多套肽段的氨基酸顺序彼此间 的交错重叠，拼凑出整条多肽链的氨基酸 顺序。 16肽，Ｎ端H ⑤ Ｃ端Ｓ Ａ法裂解：ONS PS EOVE RLA HOWT B法裂解：SEO WTON VERL APS HO 重叠法确定序列：HOWTONSEOVERLAPS
1、非极性疏水氨基酸
甘氨酸 丙氨酸 缬氨酸 亮氨酸 异亮氨酸
苯丙氨酸
脯氨酸
2
Gly G Ala A Val V Leu L Ile I Phe P
蛋白质冻融过程中的物理化学变化
没食子酸在长期保存时 浓度发生的变化
共晶点：-16.7℃ 即使共晶点以下， 溶质扩散还在发生
(3)相分离现象
诱导蛋白质结构损伤 • 蛋白质分配进两种相中，可能使稳定 剂失去保护作用 • 改变稳定所需的分子间相互作用 • 形成两相界面（在不完全分离体系中， 蛋白质大面积暴露） 可发生于 • 电解质-聚合物 • 聚合物-聚合物 • 聚合物-多糖 • 蛋白质-多糖 • 蛋白质-蛋白质 • 蛋白质-表面活性剂 • 糖-蛋白质-多糖 • 电解质-聚合物-多糖 存在相分离现象 • PEG/PVP-Dextran • PVP-ficoll • PEG-磷酸盐
溶质浓度与粘度升高 溶质重新分布 溶质结晶（过饱和） pH变化 相分离
(1)溶质浓度与粘度升高，溶质重分布
引起反应速率发生改变 冰-水界面上形成浓度梯度
Figure 2. Temperature, % solute concentration, and viscosity profiles as a function of temperature during freezing of 3% sucrose.The data were calculated by assuming ice crystallization occurs at −15°C and that the solution composition follows the equilibrium freezing point depression curve. The viscosities were estimated from a fit of viscosity data over a wide range of composition and temperature to a Vogel-TammannFulcher-type equation. Data taken from Reference 7
蛋白质化学ppt文档课件
NH 3
Tyrosine (Tyr) O
NH 3
谷氨酰胺 Glutamine
(Gln)
HS CH2 CH COO 半胱氨酸
NH 3
Cysteine (Cys)
H3C CH CH COO
苏氨酸 Threonine
HO NH3
(Thr)
3. 酸性氨基酸 带负电荷
OOC CH2 CH COO
NH 3
天冬氨酸 Aspartic acid (Asp)
蛋白质的主要化学组成
含N量平均——%， 即1克的N相当于——克的蛋白质。
粗蛋白% = N% ——
第二节 蛋白质的基本结构--氨基酸
氨基酸的结构通式∶
组 成 蛋 白 质 的 二 十 种 基 本 氨 基 酸
常见氨基酸的分类及结构
(1)、根据R基团的化学性质 (2)、根据R基团的酸碱性 (3)、根据R基团的电性质
红色代表带正点荷最多的阳离子氨基酸，与 离子交换树脂结合最紧密，洗脱时最晚流出
分离氨基酸常用的是 带有耐酸性非常强的 磺酸根SO3－Na＋ （以盐的形式出现） 的强阳离子交换树脂。
首先将这种树脂填充 到柱子中，然后注入 含有样品的流动相， 样品中含有阳离子成 分X＋，通过静电吸 引，与树脂中的带电 基团相互作用，结果 X＋与Na＋交换，即 发生阳离子交换后， 形成SO3－X＋。
Imino Acids
Proline
Pro - P
2.4 9.4 2.0 10.6
(三）、氨基酸的重要化学反应
1、α－氨基的反应 （A）与亚硝酸的反应
可用于氨基酸定量 和蛋白质水解程度 的测定
Pro是一个亚氨基酸，没有此反应
（B）与醛类反应
AA是一个两性电解质，但不能用酸、碱直接来滴定， 因为等电点pH或过高（12－13）或过低（1－2）没有适当 的指示剂可以被选用。醛类化合物与－NH2结合后降低了氨 基的碱性生成了弱碱（西佛碱-Schiff‘s base），是滴定终
蛋白质的理化性质PPT课件
第三章蛋白质的理化性质
蛋白质的理化性质
一、两性性质及等电点 二、胶体性质 三、变性与复性作用 四、蛋白质的沉淀作用 五、蛋白质的颜色反应 六、蛋白质的紫外吸收性质
一、蛋白质的两性解离与等电点
蛋白质分子中氨基酸残基的侧链上存在游离的 氨基和羧基，因此蛋白质与氨基酸一样具有两 性解离性质，具有特定的等电点（pI）。 溶液pH＝pI时，蛋白质所带正负电荷相等； pH＞pI时，蛋白质带净负电荷； pH＜pI时，蛋白质带净正电荷。
2.沉淀种类：可逆与不可逆
3.沉淀方法：
沉淀后蛋白质仍能保持生物活性的沉淀方 法
沉淀后蛋白质失去生物活性的沉淀方法
四、蛋白质的沉淀作用
2.沉淀种类：可逆与不可逆 3.沉淀方法：
沉淀后蛋白质仍能保持生物活性的沉淀方 法
（1）盐析－中性盐沉淀法 （2）有机溶剂沉淀法 （3）酸沉淀法
蛋白质仍能保持生物活性的沉淀方法
等电点时特点：
（1）净电荷为零 （2）一定离子强度的缓冲液：等离子点特征常数 （3）多数蛋白质在水中等电点偏酸（较低） 碱性AA/酸性AA 胃蛋白酶 0.2 等电点 1.0
血红蛋白
细胞色素C 菊糖酶
1.7
2.9 0.34
6.7
10.7 8.2
（4）导电性、溶解度、黏度及渗透压都最小。
蛋白质分子在一定pH的溶液中可带净的负电 荷或正电荷，故可在电场中发生移动。 不同蛋白质分子所带电荷量不同，且分子大 小也不同，故在电场中的移动速度也不同，
蛋白质仍能保持生物活性的沉淀方法
（1）盐析—中性盐沉淀
常用的中性盐：硫酸铵、氯化钠、硫酸钠等。
盐析时，pH在蛋白质的等电点处效果最好。
盐析沉淀蛋白质通常不会引起蛋白质的变性。 优点 盐析应用举例
蛋白质的理化性质
一、两性性质及等电点 二、胶体性质 三、变性与复性作用 四、蛋白质的沉淀作用 五、蛋白质的颜色反应 六、蛋白质的紫外吸收性质
一、蛋白质的两性解离与等电点
蛋白质分子中氨基酸残基的侧链上存在游离的 氨基和羧基，因此蛋白质与氨基酸一样具有两 性解离性质，具有特定的等电点（pI）。 溶液pH＝pI时，蛋白质所带正负电荷相等； pH＞pI时，蛋白质带净负电荷； pH＜pI时，蛋白质带净正电荷。
2.沉淀种类：可逆与不可逆
3.沉淀方法：
沉淀后蛋白质仍能保持生物活性的沉淀方 法
沉淀后蛋白质失去生物活性的沉淀方法
四、蛋白质的沉淀作用
2.沉淀种类：可逆与不可逆 3.沉淀方法：
沉淀后蛋白质仍能保持生物活性的沉淀方 法
（1）盐析－中性盐沉淀法 （2）有机溶剂沉淀法 （3）酸沉淀法
蛋白质仍能保持生物活性的沉淀方法
等电点时特点：
（1）净电荷为零 （2）一定离子强度的缓冲液：等离子点特征常数 （3）多数蛋白质在水中等电点偏酸（较低） 碱性AA/酸性AA 胃蛋白酶 0.2 等电点 1.0
血红蛋白
细胞色素C 菊糖酶
1.7
2.9 0.34
6.7
10.7 8.2
（4）导电性、溶解度、黏度及渗透压都最小。
蛋白质分子在一定pH的溶液中可带净的负电 荷或正电荷，故可在电场中发生移动。 不同蛋白质分子所带电荷量不同，且分子大 小也不同，故在电场中的移动速度也不同，
蛋白质仍能保持生物活性的沉淀方法
（1）盐析—中性盐沉淀
常用的中性盐：硫酸铵、氯化钠、硫酸钠等。
盐析时，pH在蛋白质的等电点处效果最好。
盐析沉淀蛋白质通常不会引起蛋白质的变性。 优点 盐析应用举例
蛋白质变性ppt课件
在多肽链中带有氨基的一端称作N端，而带有羧基的一 端称作C端。
30
胰岛素的一级结构
31
32
3. 三级结构：是指多肽链借助各种作用力在二级结 构基础上，进一步折叠卷曲形成紧密的复杂球形分 子的结构。
稳定蛋白质三级结构的作用力有氢键、离子键、 二硫键和范德华力。
肌球素的三级结构
肌球素的三级结构
33
55
（4）费林反应: 含有酪氨酸的Pr因酪氨酸的酚基能育费林试剂
中的磷钼酸和磷钨酸反应，还原成蓝色化合物。利 用这一反应定量测定Pr。
56
蛋白质的二、三、四级结构的构象不稳定，在 某些物理或化学因素作用下，发生不同程度的改变称 为变性。变性是指蛋白质高级结构发生改变，而肽键 不断裂。变性后的蛋白质某些性质发生变化，主要包 括：
些碳水化合物是氨基葡萄糖、氨基半乳糖、半乳糖、 甘露糖、海藻糖等中的一种或多种，与蛋白质间的共 价键或羟基生成配糖体。糖蛋白可溶于碱性溶液。哺 乳动物的物的粘性分泌物、血浆蛋白、卵粘蛋白及大 豆某些部位中之蛋白质都属于糖蛋白。
44
3．核蛋白： 由核酸与蛋白质结合而成的复合物。存在细胞
核及核糖体中。
11
4.非极性氨基酸：具有一个疏水性侧链，在水中的溶 解度比极性氨基酸低。共有： 甘氨酸，丙氨酸、缬氨酸，亮氨酸、甲硫氨酸和异 亮氨酸(蛋氨酸)．
12
1. 旋光性：除甘氨酸外， 氨基酸的碳原子均是手性 碳原子，所以具有旋光性。 旋光方向和大小取决于其 侧链R基性质，也与水溶液 的pH有关。
13
2. 紫外吸收：20种AA在可见区内无吸收，但在紫外光 区酪氨酸、色氨酸和苯丙氨酸有吸收，其最大吸收波 λman分别为278nm、279nm和259nm，故此利用此性质 对这三种氨基酸进行测定。酪氨酸、色氨酸残基同样 在280nm处有最大的吸收，可用紫外分光光度法定量 分析蛋白质。
30
胰岛素的一级结构
31
32
3. 三级结构：是指多肽链借助各种作用力在二级结 构基础上，进一步折叠卷曲形成紧密的复杂球形分 子的结构。
稳定蛋白质三级结构的作用力有氢键、离子键、 二硫键和范德华力。
肌球素的三级结构
肌球素的三级结构
33
55
（4）费林反应: 含有酪氨酸的Pr因酪氨酸的酚基能育费林试剂
中的磷钼酸和磷钨酸反应，还原成蓝色化合物。利 用这一反应定量测定Pr。
56
蛋白质的二、三、四级结构的构象不稳定，在 某些物理或化学因素作用下，发生不同程度的改变称 为变性。变性是指蛋白质高级结构发生改变，而肽键 不断裂。变性后的蛋白质某些性质发生变化，主要包 括：
些碳水化合物是氨基葡萄糖、氨基半乳糖、半乳糖、 甘露糖、海藻糖等中的一种或多种，与蛋白质间的共 价键或羟基生成配糖体。糖蛋白可溶于碱性溶液。哺 乳动物的物的粘性分泌物、血浆蛋白、卵粘蛋白及大 豆某些部位中之蛋白质都属于糖蛋白。
44
3．核蛋白： 由核酸与蛋白质结合而成的复合物。存在细胞
核及核糖体中。
11
4.非极性氨基酸：具有一个疏水性侧链，在水中的溶 解度比极性氨基酸低。共有： 甘氨酸，丙氨酸、缬氨酸，亮氨酸、甲硫氨酸和异 亮氨酸(蛋氨酸)．
12
1. 旋光性：除甘氨酸外， 氨基酸的碳原子均是手性 碳原子，所以具有旋光性。 旋光方向和大小取决于其 侧链R基性质，也与水溶液 的pH有关。
13
2. 紫外吸收：20种AA在可见区内无吸收，但在紫外光 区酪氨酸、色氨酸和苯丙氨酸有吸收，其最大吸收波 λman分别为278nm、279nm和259nm，故此利用此性质 对这三种氨基酸进行测定。酪氨酸、色氨酸残基同样 在280nm处有最大的吸收，可用紫外分光光度法定量 分析蛋白质。
蛋白质7教学课件.ppt
可逆变性、不可逆变性。
蛋白质变性后其பைடு நூலகம்理化学性质变化表现为：
①疏水性基团暴露，水中溶解性降低； ②某些蛋白质的生物活性丧失，如失去酶活或免疫活性； ③肽键暴露出，易被酶催化水解； ④蛋白质结合水的能力发生了变化； ⑤溶液粘度发生了变化； ⑥蛋白质结晶能力丧失。
引起蛋白质变性的因素
❖ 物理因素： 温度（热，冷）、机械处理、电磁
蚕豆 11S 蛋白
94
72
3.72
向日葵 11S 蛋白 95
76
4.16
燕麦球蛋白
108
2.冷冻
❖ 低温处理也会导致蛋白质变性。
❖ 有利：利用这一点，我们可以通过冷冻及 冻结贮藏抑制微生物和酶的活性，延长烹 饪原料的保鲜期。
❖ 不利：长期的低温处理也会导致烹饪原料 蛋白质冻结变性而被破坏，如冷冻的鱼类、 肉类长时间放置，蛋白质持水力下降、肉 质硬化等现象。
的影响，蛋白质在等电点时最稳定，溶解度最低， 在中性pH 环境中，除少数几个蛋白质带有正电 荷外，大多数蛋白质都带有负电荷。
❖ 酸碱引起的蛋白质变性可能是因为蛋白质溶 液pH值的改变导致多肽链中某些基团的解离 程度发生变化，从而破坏了维持蛋白质分子 空间结构所必需的某些带相反电荷基团之间 因静电作用形成的键。
冷冻对蛋白质产生不利影响的原因：
❖ 1、蛋白质水合环境发生变化。 ❖ 2、体系结冰后盐浓度增大产生盐效应。 ❖ 3、冷冻浓缩效应，使二硫键交换反应增加。
3 机械处理
揉捏、振动、挤压或搅打等高速机械 剪切，都能引起蛋白质变性。
剪切速率愈高，蛋白质变性程度则愈大。 同时受到高温和高剪切力处理的蛋白质，则 发生不可逆变性。
蛋白质
Td
平均疏水性
蛋白质变性后其பைடு நூலகம்理化学性质变化表现为：
①疏水性基团暴露，水中溶解性降低； ②某些蛋白质的生物活性丧失，如失去酶活或免疫活性； ③肽键暴露出，易被酶催化水解； ④蛋白质结合水的能力发生了变化； ⑤溶液粘度发生了变化； ⑥蛋白质结晶能力丧失。
引起蛋白质变性的因素
❖ 物理因素： 温度（热，冷）、机械处理、电磁
蚕豆 11S 蛋白
94
72
3.72
向日葵 11S 蛋白 95
76
4.16
燕麦球蛋白
108
2.冷冻
❖ 低温处理也会导致蛋白质变性。
❖ 有利：利用这一点，我们可以通过冷冻及 冻结贮藏抑制微生物和酶的活性，延长烹 饪原料的保鲜期。
❖ 不利：长期的低温处理也会导致烹饪原料 蛋白质冻结变性而被破坏，如冷冻的鱼类、 肉类长时间放置，蛋白质持水力下降、肉 质硬化等现象。
的影响，蛋白质在等电点时最稳定，溶解度最低， 在中性pH 环境中，除少数几个蛋白质带有正电 荷外，大多数蛋白质都带有负电荷。
❖ 酸碱引起的蛋白质变性可能是因为蛋白质溶 液pH值的改变导致多肽链中某些基团的解离 程度发生变化，从而破坏了维持蛋白质分子 空间结构所必需的某些带相反电荷基团之间 因静电作用形成的键。
冷冻对蛋白质产生不利影响的原因：
❖ 1、蛋白质水合环境发生变化。 ❖ 2、体系结冰后盐浓度增大产生盐效应。 ❖ 3、冷冻浓缩效应，使二硫键交换反应增加。
3 机械处理
揉捏、振动、挤压或搅打等高速机械 剪切，都能引起蛋白质变性。
剪切速率愈高，蛋白质变性程度则愈大。 同时受到高温和高剪切力处理的蛋白质，则 发生不可逆变性。
蛋白质
Td
平均疏水性
《蛋白质理化性质》PPT课件
2.1热力学第二定律 之熵判据
➢ 热力学将不能做功的随机和无 序状态的能定义为熵，以S表 示
➢ 宇宙或系统的各种过程总向着 熵增大的方向进展
在孤立体系或绝热体系中系统一切可以发生 的过程要么是熵变为0〔可逆，平衡态〕， 要么熵变大于0〔不可逆〕。熵不可能减小， 即熵总是增大的。
2.2热力学第二定律 之自由能判据
二、蛋白质折叠的热力学定律
熵判据和蛋白质折叠 自由能判据和蛋白质折叠 蛋白质折叠的热力学假说
1.熵判据和蛋白质折叠
未折叠的状态包含很多具有 不同构象的分子。
疏水作用是熵驱动的自发过程
当疏水化合物或基团进入水中，它周围的水分子 将排列成刚性的有序构造，即形成所谓笼形构造， 最常见的就是五角形十二面体笼形构造，这种构 造比冰更为有序。
热力学第一定律只能告诉人们一化学反响 中的能量效应，却无法解释，一定条件下， 一个化学反响能否自动进展及进展到何种程 度。也即无法解决化学变化的方向和限度问 题。
2.热力学第二定律的经典表述
1.克劳修斯：不可能将热从低温物体转到 高温物体，而不引起其它的变化。
2．开尔文：不可能从单一的热源取出热使 之完全转化为功，而不发生其它的变化。
1.热力学第一定律
➢ 热力学第一定律即能量 守恒定律
➢ 宇宙的能量是一个常数， 能量可以不断被转化和 转移，但不可能被创造， 也不可能被消灭
热力学第二定律 人人状学状学们们态变态变曾曾函化函化试试数或数或图图判物判物热用用展断理断理力热热到：变：变学力力何在化在化第学学种一能一能二第第程定否定否定一一度的自的自律定定？条发条发律律件的件的所所下 进下进建建，展，展立立一？一？的的化进化进
如果构象搜索的速度是 1012 构象/s，需要5 x 1035 s (1.6 x 1028 y)
第三节 蛋白质的理化性质 PPT课件
蛋白质具有稳定性。 原因：蛋白质与水亲和
蛋 白 质 亲水基团 分 子
羟基：-OH 水
溶于水 化
羧基：-COOH
膜
氨基：-NH2
稳定性增加
故蛋白质溶液具有胶体溶液的典型性 质，如
（1）稳定性 （2）丁达尔现象 （3）电泳现象 （4）布郎运动 （5）不能通过半透膜等。
3、蛋白质的沉淀作用
在适当的条件下，蛋白质能够 从溶液中沉淀出来。
作用： 蛋白质的两性解离性质使其成
为人体及动物体中的重要缓冲剂， 调节体液正常pH。
2、蛋白质具有胶体性质
• 蛋白质属于生物大分子，分子量可自1万至 100万之巨，其分子的直径可达1～100nm， 为胶粒范围之内。因此，它在水中能够形成
胶体溶液。
故蛋白质溶液具有胶体溶液的典 型性质，如
（1）稳定性 （2）丁达尔现象 （3）电泳现象 （4）布郎运动 （5）不能通过半透膜等。
蛋白质 酒精
蛋白质沉淀
高温会变性，低温不会。
3、酸类沉淀法
用硝酸 苦味酸、三氯乙酸、目酸、钨酸
蛋白质
浓硝酸
蛋白盐沉淀
蛋白质已经失去活性
应用：在临床检验中，除去血液中的干扰蛋白质
（三）重金属盐沉淀
重金属盐：Cu2+ 、Hg2+、Ag+、Pb2+
蛋白质 铜离子
蛋白盐沉淀
蛋白质已经失去活性
应用：重金属盐中毒的解毒
1、硝酸与蛋白质反应
硝酸+蛋白质
蛋白质变黄
这是蛋白质的特征反应之一。 常用来鉴别部分蛋白质。
2、双缩脲反应
尿素 + 尿素
双缩脲
双缩脲+Cu2+ 碱性 紫红色配合物
实验一蛋白质变性凝固及沉淀(WT)ppt课件
精选课件
3
蛋白质的变性 (denaturation)
在某些理化因素的作用下，蛋白质严格的空间结构 被破坏（不包括肽键的断裂），从而引起若干理化性质 和生物学性质改变的现象。
精选课件
4
变性后的蛋白质称变性蛋白,能使蛋白质变性 的物质叫蛋白质变性剂。
高温、高压
物理因素
紫外线、X射线、
变性因素
电离辐射和超声波等 强酸、强碱
在等电点的蛋白质 （亲水胶体）
脱水
脱水
++ +
+
+
+
+
+
带正电荷的蛋白质
（疏水胶体）
碱
酸
不稳定的蛋白质颗粒 （沉淀）
蛋白质胶精选体课颗件 粒的沉淀
-
-
-
-
-
-
-
-
带负电荷的蛋白质 （亲水胶体）
脱水
-
-
-
---
带负电荷的蛋白质
（疏水胶体）
8
蛋白质的沉淀
可逆沉淀
结构和性质都不变 适当条件下可重新溶解 是分离和纯化的基本方法
实验一
蛋白质的变性、凝固及沉淀
生物化学与分子生物学教研室
精选课件
1
实验目的
能够说出蛋白质变性、凝固反应的原理及实验方法 能够说出蛋白质沉淀反应的原理及实验方法 能够运用盐析法及重金属沉淀法
精选课件
2
主要实验内容
蛋白质的加热变性凝固 蛋白质沉淀反应
蛋白质盐析 重金属盐沉淀蛋白质 生物碱试剂沉淀蛋白质
精选课件
6
蛋白质的胶体性质及沉淀:
蛋白质分子颗粒大小1-100nm之间,属胶体颗 粒范围，在溶液中能形成稳定的胶体。
蛋白质理化性质通用课件
在离心前加入密度梯度介 质，使蛋白ห้องสมุดไป่ตู้在离心过程 中沉降到相应密度的界面 上而分离。
超速离心法
利用极高的离心力使蛋白 质颗粒沉降，可同时实现 分离和纯化。
电泳法
纸电泳法
利用滤纸作为支持物进行 电泳，适用于小分子蛋白 质的分离。
凝胶电泳法
利用凝胶作为支持物进行 电泳，根据蛋白质的电荷 和分子量实现分离。
三级结构
三级结构是指整条多肽链的空 间构象，由二级结构通过肽链 间的相互作用形成。
主要的相互作用包括疏水键、 氢键、离子键和范德华力等。
三级结构决定了蛋白质的生物 学活性和功能，对蛋白质的结 构稳定性和热稳定性具有重要 影响。
四级结构
四级结构是指蛋白质复合物的结构， 由两条或两条以上具有三级结构的肽 链通过相互作用形成。
激素等。
按来源分类
动物蛋白
主要来源于肉、蛋、奶等动物产 品，如鱼肉蛋白、乳清蛋白等。
植物蛋白
主要来源于豆类、坚果、谷物等 植物产品，如大豆蛋白、小麦蛋 白等。
按结构分类
单体蛋白
由一条多肽链组成的蛋白质，如肌红 蛋白、血红蛋白等。
复合蛋白
由多个亚基组成的蛋白质，如一些酶 、蛋白质复合物等。
04
CATALOGUE
03
CATALOGUE
蛋白质的分类
按功能分类
01
02
03
04
结构蛋白
主要参与细胞和组织的结构组 成，如胶原蛋白、角蛋白等。
催化蛋白
具有生物催化作用的蛋白质， 如各种酶。
运输蛋白
负责运输各种分子和离子的蛋 白质，如血红蛋白、铁传递蛋
白等。
激素蛋白
具有调节生物体代谢和生理功 能的蛋白质，如胰岛素、生长
超速离心法
利用极高的离心力使蛋白 质颗粒沉降，可同时实现 分离和纯化。
电泳法
纸电泳法
利用滤纸作为支持物进行 电泳，适用于小分子蛋白 质的分离。
凝胶电泳法
利用凝胶作为支持物进行 电泳，根据蛋白质的电荷 和分子量实现分离。
三级结构
三级结构是指整条多肽链的空 间构象，由二级结构通过肽链 间的相互作用形成。
主要的相互作用包括疏水键、 氢键、离子键和范德华力等。
三级结构决定了蛋白质的生物 学活性和功能，对蛋白质的结 构稳定性和热稳定性具有重要 影响。
四级结构
四级结构是指蛋白质复合物的结构， 由两条或两条以上具有三级结构的肽 链通过相互作用形成。
激素等。
按来源分类
动物蛋白
主要来源于肉、蛋、奶等动物产 品，如鱼肉蛋白、乳清蛋白等。
植物蛋白
主要来源于豆类、坚果、谷物等 植物产品，如大豆蛋白、小麦蛋 白等。
按结构分类
单体蛋白
由一条多肽链组成的蛋白质，如肌红 蛋白、血红蛋白等。
复合蛋白
由多个亚基组成的蛋白质，如一些酶 、蛋白质复合物等。
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蛋白质的分类
按功能分类
01
02
03
04
结构蛋白
主要参与细胞和组织的结构组 成，如胶原蛋白、角蛋白等。
催化蛋白
具有生物催化作用的蛋白质， 如各种酶。
运输蛋白
负责运输各种分子和离子的蛋 白质，如血红蛋白、铁传递蛋
白等。
激素蛋白
具有调节生物体代谢和生理功 能的蛋白质，如胰岛素、生长
蛋白质冻融过程中的物理化学变化
蛋白质冻融过程中的物理化学变化对于理解蛋白质的结构 和功能关系具有重要意义，有助于揭示蛋白质在生物体内 的变化过程。
了解蛋白质冻融过程中的变化规律有助于优化食品加工工 艺，提高食品品质和安全性。同时，对于生物技术的实验 研究也有重要的指导意义。
02
蛋白质在冻融过程中的物理 变化
蛋白质的结晶与非晶态转变
交联类型
蛋白质交联可分为可逆交 联和不可逆交联，其中不 可逆交联可能导致蛋白质 的变性。
影响
蛋白质交联会影响蛋白质 的结构和功能，使其更难 以被消化和吸收。
蛋白质的降解
降解机制
在冻融过程中，蛋白质可能会发生降 解，即蛋白质分子被分解成更小的片 段。
降解产物
影响
蛋白质降解可能会影响蛋白质的整体 结构和功能，但同时也可能会释放出 更多的可溶性蛋白质片段，使其更易 于被消化和吸收。
冰晶的形成
在冻融过程中，水分子会形成冰晶。 冰晶的形成会对蛋白质产生挤压作用， 导致蛋白质分子间的相互作用力发生 变化。
冰晶的生长
随着温度的降低，冰晶会不断生长， 这种生长过程会对蛋白质分子产生机 械力，导致蛋白质的结构和功能发生 变化。控制冰晶的生长可以降低对蛋 白质的损伤。
03
蛋白质在冻融过程中的化学 变化
盐浓度
盐析作用
高浓度的盐离子可以与蛋白质分子结 合，改变蛋白质的溶解度和稳定性， 从而影响其理化性质和生物学活性。
离子强度
盐浓度的高低会影响蛋白质的电荷性 质，从而影响其构象和相互作用。
pH值
蛋白质的等电点
不同的蛋白质具有不同的等电点，当pH值接近蛋白质的等电点时，蛋白质的溶解度和稳定性会发生 变化。
蛋白质降解后会产生多种产物，如氨 基酸和肽段。
了解蛋白质冻融过程中的变化规律有助于优化食品加工工 艺，提高食品品质和安全性。同时，对于生物技术的实验 研究也有重要的指导意义。
02
蛋白质在冻融过程中的物理 变化
蛋白质的结晶与非晶态转变
交联类型
蛋白质交联可分为可逆交 联和不可逆交联，其中不 可逆交联可能导致蛋白质 的变性。
影响
蛋白质交联会影响蛋白质 的结构和功能，使其更难 以被消化和吸收。
蛋白质的降解
降解机制
在冻融过程中，蛋白质可能会发生降 解，即蛋白质分子被分解成更小的片 段。
降解产物
影响
蛋白质降解可能会影响蛋白质的整体 结构和功能，但同时也可能会释放出 更多的可溶性蛋白质片段，使其更易 于被消化和吸收。
冰晶的形成
在冻融过程中，水分子会形成冰晶。 冰晶的形成会对蛋白质产生挤压作用， 导致蛋白质分子间的相互作用力发生 变化。
冰晶的生长
随着温度的降低，冰晶会不断生长， 这种生长过程会对蛋白质分子产生机 械力，导致蛋白质的结构和功能发生 变化。控制冰晶的生长可以降低对蛋 白质的损伤。
03
蛋白质在冻融过程中的化学 变化
盐浓度
盐析作用
高浓度的盐离子可以与蛋白质分子结 合，改变蛋白质的溶解度和稳定性， 从而影响其理化性质和生物学活性。
离子强度
盐浓度的高低会影响蛋白质的电荷性 质，从而影响其构象和相互作用。
pH值
蛋白质的等电点
不同的蛋白质具有不同的等电点，当pH值接近蛋白质的等电点时，蛋白质的溶解度和稳定性会发生 变化。
蛋白质降解后会产生多种产物，如氨 基酸和肽段。
蛋白质在贮藏加工中的变化精品课件
化合物的形成。
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4
一：生物活性丧失
蛋白质的生物活性：指蛋白质所具有的酶、 激素、毒素、抗原与抗体、血红蛋白的载 氧能力等生物学功能。
生物活性丧失是蛋白质变性的主要特征。 有时蛋白质的空间结构只要轻微变化即可 引起生物活性的丧失。
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5
二：某些理化性质的改变
蛋白质变性后理化性质发生改变，如溶解 度降低而产生沉淀，因为有些原来在分子 内部的疏水基团由于结构松散而暴露出来, 分子的不对称性增加，蛋白质分子凝聚从 溶液中析出，因此粘度增加，扩散系数降 低。
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15
交联的形成：如Є-N-（γ-谷氨酰基/天冬氨 酰基）赖氨酰基的交联，涉及赖氨酸、谷 氨酰胺、天冬酰胺残基之间的转酰胺反应。
蛋白质交联的条件：碱性pH加热、中性pH 加热到200℃以上、离子辐照。
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16
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17
•4.6 热变性可使一些具有毒性的蛋白质 和抗营养因子失活
16、业余生活要有意义，不要越轨。2020年9月22日 星期二 10时4分59秒10:04:5922 September 2020
17、一个人即使已登上顶峰，也仍要 自强不 息。上 午10时4分59秒 上午10时4分10:04:5920.9.22
谢谢大家
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20
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6
三：生物化学性质的改变
蛋白质变性后，分子结构松散，不能形成结晶， 易被蛋白酶水解。
蛋白质的变性作用主要是由于蛋白质分子内部的 结构被破坏。天然蛋白质的空间结构是通过氢键 等次级键维持的，而变性后次级键被破坏，蛋白 质分子就从原来有序的卷曲的紧密结构变为无序 的松散的伸展状结构（但一级结构并未改变）。
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一：生物活性丧失
蛋白质的生物活性：指蛋白质所具有的酶、 激素、毒素、抗原与抗体、血红蛋白的载 氧能力等生物学功能。
生物活性丧失是蛋白质变性的主要特征。 有时蛋白质的空间结构只要轻微变化即可 引起生物活性的丧失。
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二：某些理化性质的改变
蛋白质变性后理化性质发生改变，如溶解 度降低而产生沉淀，因为有些原来在分子 内部的疏水基团由于结构松散而暴露出来, 分子的不对称性增加，蛋白质分子凝聚从 溶液中析出，因此粘度增加，扩散系数降 低。
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交联的形成：如Є-N-（γ-谷氨酰基/天冬氨 酰基）赖氨酰基的交联，涉及赖氨酸、谷 氨酰胺、天冬酰胺残基之间的转酰胺反应。
蛋白质交联的条件：碱性pH加热、中性pH 加热到200℃以上、离子辐照。
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•4.6 热变性可使一些具有毒性的蛋白质 和抗营养因子失活
16、业余生活要有意义，不要越轨。2020年9月22日 星期二 10时4分59秒10:04:5922 September 2020
17、一个人即使已登上顶峰，也仍要 自强不 息。上 午10时4分59秒 上午10时4分10:04:5920.9.22
谢谢大家
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三：生物化学性质的改变
蛋白质变性后，分子结构松散，不能形成结晶， 易被蛋白酶水解。
蛋白质的变性作用主要是由于蛋白质分子内部的 结构被破坏。天然蛋白质的空间结构是通过氢键 等次级键维持的，而变性后次级键被破坏，蛋白 质分子就从原来有序的卷曲的紧密结构变为无序 的松散的伸展状结构（但一级结构并未改变）。
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10
(2) pH变化
• 酸变碱 或碱变酸的pH巨大变化都是可能的 • 溶质结晶 • 一般发生在低浓度溶质中，原因可能在于离子在冰与水之中迁移，
不同离子迁移性质与速率不同
KH2PO4不容易析出 Na2HPO4过饱和析出
KH2PO4-Na2HPO4-H2O系统中 KCl 引起pH升高，＞6
NaCl 引起pH降低，＜4
-1360C为水的玻璃化温度， 水的结晶对细胞和组织不再 有明显伤害，样本内的各种 生化反应几近停止。
液氮箱/罐气相； 深冷冰箱
可中长期保持组织内生物 大分子、细胞和组织微观 结构的稳定性，为不少样 本库推荐用于长期冻存组 织。
-1960C为液氮蒸发的温度， 是常规方法所能实现的最低 温度。样本内的各种生化反 应可以认为停止，水的结晶 对细胞和微观组织的伤害可 以忽略。
• 变性温度与pH、蛋白浓度、添 加剂(如糖、离液剂等)有关
β-lactoglobulin
chymotrypsinogen
lactate dehydrogenase
myoglobin
低盐
phosphoglycerate kinase
低温
ribonuclease
and staphylococcal nuclease 7
存在相分离现象 • PEG/PVP-Dextran • PVP-ficoll • PEG-磷酸盐
重组血红蛋白 hemoglobin在 PEG-Dextran系统中的相图
混合液 7%PEG 7%Dextran
顶层 10%PEG 0.2%Dextran
底层 2%PEG 20%Dextran
14
3. 冰晶形成
各种冷冻冰箱
可中长期保持经过提纯的 生物大分子的稳定性，但 不能存保持组织中的生物 大分子稳定性、细胞活性 及组织微观结构。
-800C为水的结晶温度之下 较为安全的温度，同时样本 内的生化反应显著减弱。也 是目前自动化存储设备所能 使用的最低温度。
超低温冰箱
可中期保持组织内生物大 分子的稳定性；短期保持 细胞活性和组织微观结构。
液氮箱/罐液相
可长期保持组织中的生物 大分子稳定性、细胞活性 及组织微观结构，但对存 储耗材有较高要求。
5
一、物理胁迫 低温变性 冷冻浓缩效应 冰晶形成 二、化学胁迫
6
1. 低温变性效应
通常发生在0℃下，诱导蛋白质解折叠
• 蛋白质的吉布斯自由能随温度 变化趋势
• 认为跟温度下疏水残基的溶解 度增加
• 融解 工艺上有不同升温速率 Slow warming 1-5℃/min：室温或自来水摇 intermediate warming ＞5℃/min：37℃或以上的水浴
4
生物样品常用存储温度
温度
意义
设备
生物样品存储应用
0～-600C为组织和细胞内 水的结晶温度，温度进入此 范围组织内的水开始结晶伤 害细胞和组织微观结构。
(4)组织结构破坏
15
化学胁迫
1. 增强—NH2的羟胺反应 2. 共价聚合 3. 影响反应平衡
Reactions in Frozen Systems. Journal of the American Chemical Society
1
➢ 冻融过程到底发生了什么？
◦ 低温生物学 ◦ 化学 ◦ 热动力学 ◦ 晶体学
➢ 冻融胁迫的产生
➢ 冻融保护
2
肉眼能观察到的冻融现象
• 冰晶 • 浓度差异 • 在静置情况下融化，往往会看到溶液分层情况
不均匀 的体系 变化
3
目前常用的冻融工艺步骤
• 冷却cooling
• 冷冻freezing
• 等温保持
冷冻过程中的温度变化
8
溶质浓度与粘度升高 溶质重新分布 溶质结晶（过饱和） pH变化 相分离
9
(1)溶质浓度与粘度升高，溶质重分布
引起反应速率发生改变 冰-水界面上形成浓度梯度
Figure 2. Temperature, % solute concentration, and viscosity profiles as a function of temperature during freezing of 3% sucrose.The data were calculated by assuming ice crystallization occurs at −15°C and that the solution composition follows the equilibrium freezing point depression curve. The viscosities were estimated from a fit of viscosity data over a wide range of composition and temperature to a Vogel-TammannFulcher-type equation. Data taken from Reference 7
Ref: Protein Stability During Freezing， Separation of Stresses and
11
没食子酸Gallic Acid在有NaCl存在时冻融发生分解 分解反应发生只在碱性溶液中，酸性环境基本不发生
提供一种思路：不添加碱性试剂的前提下，从中性或酸性环境下催化碱性反应。 12
没食子酸在长期保存时 浓度发生的变化
共晶点：-16.7℃ 即使共晶点以下， 溶质扩散还在发生
13
(3)相分离现象
诱Байду номын сангаас蛋白质结构损伤 • 蛋白质分配进两种相中，可能使稳定
剂失去保护作用 • 改变稳定所需的分子间相互作用 • 形成两相界面（在不完全分离体系中，
蛋白质大面积暴露）
可发生于 • 电解质-聚合物 • 聚合物-聚合物 • 聚合物-多糖 • 蛋白质-多糖 • 蛋白质-蛋白质 • 蛋白质-表面活性剂 • 糖-蛋白质-多糖 • 电解质-聚合物-多糖
(1)冰晶生长 → 冷冻浓缩
(2)冰水界面 界面有可能是疏水性的，发生吸附变性 离子迁移性质不同，产生电势
快的冷却速率(小体积到液
(3)结冰时，蛋白质周围的水分子有序排列，氮更)多：的往冰往水形界成面大量小冰晶， 为熵增提供了热力学驱动力，产生吸附和 解折叠。结冰后水分子与蛋白质分子距离 发生改变，肽链发生拉扯，改变氢键、静 电、范德华力及疏水作用。
(2) pH变化
• 酸变碱 或碱变酸的pH巨大变化都是可能的 • 溶质结晶 • 一般发生在低浓度溶质中，原因可能在于离子在冰与水之中迁移，
不同离子迁移性质与速率不同
KH2PO4不容易析出 Na2HPO4过饱和析出
KH2PO4-Na2HPO4-H2O系统中 KCl 引起pH升高，＞6
NaCl 引起pH降低，＜4
-1360C为水的玻璃化温度， 水的结晶对细胞和组织不再 有明显伤害，样本内的各种 生化反应几近停止。
液氮箱/罐气相； 深冷冰箱
可中长期保持组织内生物 大分子、细胞和组织微观 结构的稳定性，为不少样 本库推荐用于长期冻存组 织。
-1960C为液氮蒸发的温度， 是常规方法所能实现的最低 温度。样本内的各种生化反 应可以认为停止，水的结晶 对细胞和微观组织的伤害可 以忽略。
• 变性温度与pH、蛋白浓度、添 加剂(如糖、离液剂等)有关
β-lactoglobulin
chymotrypsinogen
lactate dehydrogenase
myoglobin
低盐
phosphoglycerate kinase
低温
ribonuclease
and staphylococcal nuclease 7
存在相分离现象 • PEG/PVP-Dextran • PVP-ficoll • PEG-磷酸盐
重组血红蛋白 hemoglobin在 PEG-Dextran系统中的相图
混合液 7%PEG 7%Dextran
顶层 10%PEG 0.2%Dextran
底层 2%PEG 20%Dextran
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3. 冰晶形成
各种冷冻冰箱
可中长期保持经过提纯的 生物大分子的稳定性，但 不能存保持组织中的生物 大分子稳定性、细胞活性 及组织微观结构。
-800C为水的结晶温度之下 较为安全的温度，同时样本 内的生化反应显著减弱。也 是目前自动化存储设备所能 使用的最低温度。
超低温冰箱
可中期保持组织内生物大 分子的稳定性；短期保持 细胞活性和组织微观结构。
液氮箱/罐液相
可长期保持组织中的生物 大分子稳定性、细胞活性 及组织微观结构，但对存 储耗材有较高要求。
5
一、物理胁迫 低温变性 冷冻浓缩效应 冰晶形成 二、化学胁迫
6
1. 低温变性效应
通常发生在0℃下，诱导蛋白质解折叠
• 蛋白质的吉布斯自由能随温度 变化趋势
• 认为跟温度下疏水残基的溶解 度增加
• 融解 工艺上有不同升温速率 Slow warming 1-5℃/min：室温或自来水摇 intermediate warming ＞5℃/min：37℃或以上的水浴
4
生物样品常用存储温度
温度
意义
设备
生物样品存储应用
0～-600C为组织和细胞内 水的结晶温度，温度进入此 范围组织内的水开始结晶伤 害细胞和组织微观结构。
(4)组织结构破坏
15
化学胁迫
1. 增强—NH2的羟胺反应 2. 共价聚合 3. 影响反应平衡
Reactions in Frozen Systems. Journal of the American Chemical Society
1
➢ 冻融过程到底发生了什么？
◦ 低温生物学 ◦ 化学 ◦ 热动力学 ◦ 晶体学
➢ 冻融胁迫的产生
➢ 冻融保护
2
肉眼能观察到的冻融现象
• 冰晶 • 浓度差异 • 在静置情况下融化，往往会看到溶液分层情况
不均匀 的体系 变化
3
目前常用的冻融工艺步骤
• 冷却cooling
• 冷冻freezing
• 等温保持
冷冻过程中的温度变化
8
溶质浓度与粘度升高 溶质重新分布 溶质结晶（过饱和） pH变化 相分离
9
(1)溶质浓度与粘度升高，溶质重分布
引起反应速率发生改变 冰-水界面上形成浓度梯度
Figure 2. Temperature, % solute concentration, and viscosity profiles as a function of temperature during freezing of 3% sucrose.The data were calculated by assuming ice crystallization occurs at −15°C and that the solution composition follows the equilibrium freezing point depression curve. The viscosities were estimated from a fit of viscosity data over a wide range of composition and temperature to a Vogel-TammannFulcher-type equation. Data taken from Reference 7
Ref: Protein Stability During Freezing， Separation of Stresses and
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没食子酸Gallic Acid在有NaCl存在时冻融发生分解 分解反应发生只在碱性溶液中，酸性环境基本不发生
提供一种思路：不添加碱性试剂的前提下，从中性或酸性环境下催化碱性反应。 12
没食子酸在长期保存时 浓度发生的变化
共晶点：-16.7℃ 即使共晶点以下， 溶质扩散还在发生
13
(3)相分离现象
诱Байду номын сангаас蛋白质结构损伤 • 蛋白质分配进两种相中，可能使稳定
剂失去保护作用 • 改变稳定所需的分子间相互作用 • 形成两相界面（在不完全分离体系中，
蛋白质大面积暴露）
可发生于 • 电解质-聚合物 • 聚合物-聚合物 • 聚合物-多糖 • 蛋白质-多糖 • 蛋白质-蛋白质 • 蛋白质-表面活性剂 • 糖-蛋白质-多糖 • 电解质-聚合物-多糖
(1)冰晶生长 → 冷冻浓缩
(2)冰水界面 界面有可能是疏水性的，发生吸附变性 离子迁移性质不同，产生电势
快的冷却速率(小体积到液
(3)结冰时，蛋白质周围的水分子有序排列，氮更)多：的往冰往水形界成面大量小冰晶， 为熵增提供了热力学驱动力，产生吸附和 解折叠。结冰后水分子与蛋白质分子距离 发生改变，肽链发生拉扯，改变氢键、静 电、范德华力及疏水作用。