纤维化学与物理-第三章蛋白质纤维-基础
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20
1、蛋白质分子的一次结构
� 蛋白质可视作是由氨基酸彼此通过氨基与羧基 脱水缩合，以酰胺键联接起来的大分子：
H H2 N C
R1 (I )
COOH +
H H2 N C
R2 ()
COOH
H2 O
H H2 N C CONH
R1
()
H C COOH R2
二肽
脱水缩合
RCH
2
C O HO
N H
'R C H C O
5
� 氨基酸是蛋白质的基本结构单元，大多数蛋白质含 有20种不同的氨基酸。
� 蛋白质的成分一般分两大类： � 以肽链形式存在于蛋白质中的氨基酸（包括20种
有确定遗传密码的氨基酸等） � 各种非氨基酸物质：与蛋白质成共价结合，或强的
非共价力结合 � 只含第一类的为简单的蛋白质，完全水解的最终产
物是氨基酸，水解过程中羧基和氨基等当量增加； 包含两类的为结合蛋白质，其主要组成部分也是氨 基酸。
第三章 蛋白质纤维
3.1 蛋白质的基础知识 3.2 羊毛纤维 3.3 蚕丝纤维
P194-245
1
[教学目标和要求]
� 了解和掌握蛋白质分子结构、空间结构，蛋白质的 两性性质、吸酸性、唐能膜平衡理论；
� 掌握蚕丝纤维与羊毛纤维的结构和性质，把握这两 种典型蛋白质纤维结构和性能上的异同。
� 方法：通过比较蚕丝纤维与羊毛纤维的分子结构、 超分子结构、形态结构的异同，分析各结构层次对 蛋白质纤维各项性能的影响特点；注意结合生产实 例分析理论问题。
6
二、氨基酸（amino acid）
1、氨基酸的组成 2、氨基酸的构型
7
1、氨基酸的组成
� 20种氨基酸，按其侧链基团的性质，可分为脂 肪族氨基酸、芳香族氨基酸和杂环族氨基酸 （参见P195表5－1）。
� 除了脯氨酸，所有的氨基酸都Leabharlann Baiduα－氨基酸，j 结构通式：
H2 N CH COOH
R
不同的氨基酸， 侧链基团R不同
2
第三章 蛋白质纤维
3.1 蛋白质的基础知识
一、蛋白质的化学组成 二、氨基酸 三、蛋白质分子的结构层次 四、维系蛋白质分子构象的作用力 （副键） 五、蛋白质的主要性质
3
一、蛋白质的化学组成
� 分子量很高的有机含氮高分子物 � 构成元素： � 碳（50％～55％） � 氢（6％～7％） � 氧（20％～23％） � 氮（12％～19％） � 硫（0.2％～3％） � 磷（3％） � 少数蛋白质含铁、铜、锌、碘等
NH2
Hyl
H2 N CH2 CH( CH2)2 CH COOH
OH
NH2
Arg
H2 N C NH( CH2)3 CH COOH
NH
NH2
16
His
N
CH2 CH COOH
NH
NH2
Try
CH2 CH COOH
N
NH2
H
17
2、氨基酸的构型
� 同一组成的分子，其原子或基团的空间几何排布可 以不同，这种结构上的差异称为立体异构。
8
� 按带电荷情况，可将氨基酸分为： ①中性氨基酸（不带电荷） ②酸性氨基酸（在中性溶液中带负电荷） ③碱性氨基酸（在中性溶液中带正电荷）
9
①中性氨基酸
� 最简单的三种：
Gly Ala
Ser
H CH COOH
NH2 CH3 CH COOH
NH2
HOCH2 CH COOH NH2
10
� 含有芳环的两种：
Asn
Pro
CH3 CH CH COOH OH NH2
O H2 N C CH2 CH COOH
NH2
亚氨基酸
N COOH H
14
②酸性氨基酸
Asp
HOOC CH2 CH COOH
NH2
HOOC ( CH2)2 CH COOH Glu
NH2
15
③碱性氨基酸
Lys
H2 N ( CH2)4 CH COOH
HO Tyr
酪氨酸中的－OH， 对蛋白质纤维的性 能有重要影响
CH2 CH COOH NH2
Phe
CH2 CH COOH
NH2
11
� 含有长疏水链的：
Val ( CH3)2 CH CH COOH NH2
Leu Ile
( CH3)2 CHCH2 CH COOH
NH2
C2 H5 CH CH COOH
CH3 NH2
4
� 生物组织中的氮几乎全部以蛋白质形式存在，各种 蛋白质的含氮量很接近，平均值16%；
� 测出生物样品中的氮含量，就可推算出蛋白质的大 约含量：每克氮的存在大约表示6.25克蛋白质 （6.25称为蛋白质系数）；
� 通过测N的含量来判断蛋白质纤维的含量：例如用 于测定羊毛纤维、蚕丝纤维、大豆纤维、牛奶纤维 /其它纤维混纺制品中的蛋白质组分含量
N H
RCH
1
C O
H 2N
2-n
21
多肽
� 相对分子质量小于1万的叫做多肽；大于1万的叫蛋白 质。
� 多肽的长链为蛋白质分子的骨架，也称为主链。 � 多肽的重复单位“－NH-CHR-CO－”称为氨基酸基或氨
基酸剩基。
RCH
2
C O HO
N H
'R C H OC
N H
RCH
1
OC
H 2N
“N”端
侧链
12
CO
CO
NH
CH CH2
NH
CO
NH
CH CH2 S MSet CH2 CCHH3 S( CH2)2 CH S COOH
CO
NH
C ONH2 S
NH
CO
CH CH2
CysH
HS CH2
CH
NH
COOH
NH2
Cys
S CH2 CH( NH2) COOH
S CH2 CH( NH2) COOH
13
Thr
COOH H C NH2
R
COOH H2 N C H
R
D- α -
L- α -
�每种氨基酸都可能有D－构型和L－构型之分；但一般 蛋白质水解得到的α－氨基酸都是L－构型，因此都具 有旋光性。
19
三、蛋白质分子的结构层次
� 多肽链中的氨基酸排列顺序，叫做蛋白质 的初级结构或一次结构。
� 天然蛋白质的多肽链在空间按一定几何形 状折叠卷曲着的状态，称为蛋白质分子的 空间构象，或高级结构，或二次结构。
� 除脯氨酸，所有的氨基酸都由一个碳原子（即α－
碳原子）和四个取代基构成。如果α－碳原子上的
四个取代基各不相同，这个碳原子就是一个不对称
碳原子（也叫手性碳原子）。
_ COO NH+3 C H
_ COO
N H+3
H
R
R
18
� α－氨基酸的构型常用D/L标记法来命名，即把彼此呈 镜像的两个结构分别称为D－构型和L－构型，其对映 体可用Fischer投影式表示：
2-n
“C”端
22
� 把一个蛋白质或肽的氨基酸顺序测定以后， 便完成了一级结构。例如判断出某多肽链分 子结构如下：
异亮 Ile
Gln谷
酪 Tyr
Asn门冬酰胺
1、蛋白质分子的一次结构
� 蛋白质可视作是由氨基酸彼此通过氨基与羧基 脱水缩合，以酰胺键联接起来的大分子：
H H2 N C
R1 (I )
COOH +
H H2 N C
R2 ()
COOH
H2 O
H H2 N C CONH
R1
()
H C COOH R2
二肽
脱水缩合
RCH
2
C O HO
N H
'R C H C O
5
� 氨基酸是蛋白质的基本结构单元，大多数蛋白质含 有20种不同的氨基酸。
� 蛋白质的成分一般分两大类： � 以肽链形式存在于蛋白质中的氨基酸（包括20种
有确定遗传密码的氨基酸等） � 各种非氨基酸物质：与蛋白质成共价结合，或强的
非共价力结合 � 只含第一类的为简单的蛋白质，完全水解的最终产
物是氨基酸，水解过程中羧基和氨基等当量增加； 包含两类的为结合蛋白质，其主要组成部分也是氨 基酸。
第三章 蛋白质纤维
3.1 蛋白质的基础知识 3.2 羊毛纤维 3.3 蚕丝纤维
P194-245
1
[教学目标和要求]
� 了解和掌握蛋白质分子结构、空间结构，蛋白质的 两性性质、吸酸性、唐能膜平衡理论；
� 掌握蚕丝纤维与羊毛纤维的结构和性质，把握这两 种典型蛋白质纤维结构和性能上的异同。
� 方法：通过比较蚕丝纤维与羊毛纤维的分子结构、 超分子结构、形态结构的异同，分析各结构层次对 蛋白质纤维各项性能的影响特点；注意结合生产实 例分析理论问题。
6
二、氨基酸（amino acid）
1、氨基酸的组成 2、氨基酸的构型
7
1、氨基酸的组成
� 20种氨基酸，按其侧链基团的性质，可分为脂 肪族氨基酸、芳香族氨基酸和杂环族氨基酸 （参见P195表5－1）。
� 除了脯氨酸，所有的氨基酸都Leabharlann Baiduα－氨基酸，j 结构通式：
H2 N CH COOH
R
不同的氨基酸， 侧链基团R不同
2
第三章 蛋白质纤维
3.1 蛋白质的基础知识
一、蛋白质的化学组成 二、氨基酸 三、蛋白质分子的结构层次 四、维系蛋白质分子构象的作用力 （副键） 五、蛋白质的主要性质
3
一、蛋白质的化学组成
� 分子量很高的有机含氮高分子物 � 构成元素： � 碳（50％～55％） � 氢（6％～7％） � 氧（20％～23％） � 氮（12％～19％） � 硫（0.2％～3％） � 磷（3％） � 少数蛋白质含铁、铜、锌、碘等
NH2
Hyl
H2 N CH2 CH( CH2)2 CH COOH
OH
NH2
Arg
H2 N C NH( CH2)3 CH COOH
NH
NH2
16
His
N
CH2 CH COOH
NH
NH2
Try
CH2 CH COOH
N
NH2
H
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2、氨基酸的构型
� 同一组成的分子，其原子或基团的空间几何排布可 以不同，这种结构上的差异称为立体异构。
8
� 按带电荷情况，可将氨基酸分为： ①中性氨基酸（不带电荷） ②酸性氨基酸（在中性溶液中带负电荷） ③碱性氨基酸（在中性溶液中带正电荷）
9
①中性氨基酸
� 最简单的三种：
Gly Ala
Ser
H CH COOH
NH2 CH3 CH COOH
NH2
HOCH2 CH COOH NH2
10
� 含有芳环的两种：
Asn
Pro
CH3 CH CH COOH OH NH2
O H2 N C CH2 CH COOH
NH2
亚氨基酸
N COOH H
14
②酸性氨基酸
Asp
HOOC CH2 CH COOH
NH2
HOOC ( CH2)2 CH COOH Glu
NH2
15
③碱性氨基酸
Lys
H2 N ( CH2)4 CH COOH
HO Tyr
酪氨酸中的－OH， 对蛋白质纤维的性 能有重要影响
CH2 CH COOH NH2
Phe
CH2 CH COOH
NH2
11
� 含有长疏水链的：
Val ( CH3)2 CH CH COOH NH2
Leu Ile
( CH3)2 CHCH2 CH COOH
NH2
C2 H5 CH CH COOH
CH3 NH2
4
� 生物组织中的氮几乎全部以蛋白质形式存在，各种 蛋白质的含氮量很接近，平均值16%；
� 测出生物样品中的氮含量，就可推算出蛋白质的大 约含量：每克氮的存在大约表示6.25克蛋白质 （6.25称为蛋白质系数）；
� 通过测N的含量来判断蛋白质纤维的含量：例如用 于测定羊毛纤维、蚕丝纤维、大豆纤维、牛奶纤维 /其它纤维混纺制品中的蛋白质组分含量
N H
RCH
1
C O
H 2N
2-n
21
多肽
� 相对分子质量小于1万的叫做多肽；大于1万的叫蛋白 质。
� 多肽的长链为蛋白质分子的骨架，也称为主链。 � 多肽的重复单位“－NH-CHR-CO－”称为氨基酸基或氨
基酸剩基。
RCH
2
C O HO
N H
'R C H OC
N H
RCH
1
OC
H 2N
“N”端
侧链
12
CO
CO
NH
CH CH2
NH
CO
NH
CH CH2 S MSet CH2 CCHH3 S( CH2)2 CH S COOH
CO
NH
C ONH2 S
NH
CO
CH CH2
CysH
HS CH2
CH
NH
COOH
NH2
Cys
S CH2 CH( NH2) COOH
S CH2 CH( NH2) COOH
13
Thr
COOH H C NH2
R
COOH H2 N C H
R
D- α -
L- α -
�每种氨基酸都可能有D－构型和L－构型之分；但一般 蛋白质水解得到的α－氨基酸都是L－构型，因此都具 有旋光性。
19
三、蛋白质分子的结构层次
� 多肽链中的氨基酸排列顺序，叫做蛋白质 的初级结构或一次结构。
� 天然蛋白质的多肽链在空间按一定几何形 状折叠卷曲着的状态，称为蛋白质分子的 空间构象，或高级结构，或二次结构。
� 除脯氨酸，所有的氨基酸都由一个碳原子（即α－
碳原子）和四个取代基构成。如果α－碳原子上的
四个取代基各不相同，这个碳原子就是一个不对称
碳原子（也叫手性碳原子）。
_ COO NH+3 C H
_ COO
N H+3
H
R
R
18
� α－氨基酸的构型常用D/L标记法来命名，即把彼此呈 镜像的两个结构分别称为D－构型和L－构型，其对映 体可用Fischer投影式表示：
2-n
“C”端
22
� 把一个蛋白质或肽的氨基酸顺序测定以后， 便完成了一级结构。例如判断出某多肽链分 子结构如下：
异亮 Ile
Gln谷
酪 Tyr
Asn门冬酰胺