(纤维化学与物理)第六章蛋白质纤维的结构和性能

氢键
2.蛋白质分子间的作用力
COHN
盐键（离子键） 末端或侧基上的羧基和氨基
C-O 3 H + N O在一定条件下形成
二硫键
CH2 S S CH2
一般由胱氨酸提供 主要存在于羊毛中
疏水键 非极性基团之间的作用力
二、蛋白质的两性性质和膜平衡
（一）两性性质
所含酸碱性基团
末端：-NH2，-COOH 侧基：-NH2，-COOH ，
60
结 50
合 的
40
盐 酸
30
毫 20
克 分
10
子0
0 1 2 3 4 5 6 7 pH
酸和盐浓度对吸酸值的影响
l = [ H + ]外
[ H + ]内
l = C2 + C3
C2 - C1 + C3
1.若C2=0，不加酸，无意义
2.若C3=0，不加盐
λ=C2/(C2-C1)
[H+]外 > [H+]内
——内滴定曲线
可测蛋白质的最大吸酸值
可测蛋白质的氨基含量
第二节 蚕丝和羊毛的形态结构
一、蚕丝的形态结构
蚕丝的特点
明亮的光泽 平滑和柔软的手感 较好的吸湿性 轻盈的外观 …
蚕丝的分类
家蚕丝：桑蚕丝（真丝） 野蚕丝：柞蚕丝、蓖麻蚕丝、木薯蚕丝
蚕的吐丝过程
蚕腹部丝腺体合 成蛋白质 （一对）
pH外 < pH内
3.若C2很大，加浓酸
λ→1
[H+]外≈ [H+]内
pH外≈ pH内
最大吸酸值相近
但蛋白质可能水解
酸和盐浓度对吸酸值的影响
[H + ]
l=
外
[H + ] 内
l = C2 + C3
C2 - C1 + C3
4.若C3很大，加大量盐 λ→1 [H+]外≈ [H+]内 pH外≈ pH内 有大量盐时，结合酸量最大
第六章 蛋白质纤维的 结构和性能
蛋白质纤维是指基本组成物 质为蛋白质的一类纤维
脂肪族氨基酸
H
HC
COOH
NH2
H3C HC COOH
乙氨酸
单氨基 单羧基 氨基酸
NH2
丙氨酸
HOH2C
H C COOH
NH2
丝氨酸
羟基氨基酸
HOOCH2C CH
2
NH2
COOH
谷氨酸
单氨基二羧基氨基酸
H
HN C NH CH2 C COOH 3
-OH …
多元酸 多元碱
H2N P COO
酸碱性条件下的电离平衡
H 3 N +PCO - + + H +O H H 3 N +H PC-O - + + H +H H O 2 N PC-O
（二）等电点
概念：蛋白质上正负电荷数相等时的pH值 羊毛和蚕丝的等电点：
羊毛 4.2~4.8，蚕丝 3.5~5.2
固化
蚕茧
吐丝口分泌 液体
（两股）
茧衣 中间茧层 蛹衬
蚕茧的处理
桑蚕丝的缫丝：取出中间茧层
——长丝
其他：短纤维 ——绢纺原料
蚕丝的组成
丝素（丝质、丝朊）：蚕丝的主体 丝胶：包覆在单丝外面，并将两股丝粘结在一起
丝素
丝胶
形态结构
形态结构
纤维
截面
纵向
其他
三角形
光滑、均匀的
桑蚕丝 三边相同、角略钝圆
肽键： 蛋白质分子中的酰胺键 肽： 由肽键相连接的缩氨酸 多肽： 多个肽键连接的缩氨酸 主链： 多肽的长链 侧链： 主链上的分支
蛋白质大分子结构的一些概念
自由氨基端： 自由羧基端： 氨基酸基或氨基酸残基： 蛋白质的初级结构：多肽链中的氨基酸排列
顺序 蛋白质的高级结构：蛋白质分子的空间构象
NH2
NH2
精氨酸
单羧基二氨基氨基酸
H SH2C C
COOH 2
NH2
胱氨酸
含硫氨基酸
芳香族氨基酸
酪氨酸
H2 H
HO
C C COOH
NH2
杂环族氨基酸
羊毛、蚕丝蛋白质的各种氨基酸含量(p290)
羊毛主要氨基酸组成：
谷氨酸
二羧基氨基酸
胱氨酸
含硫氨基酸
丝氨酸
羟基氨基酸
蚕丝主要氨基酸组成：
乙氨酸
与蛋白质离子电荷相反的可迁移离子的浓度
纤维内高于纤维外
等电点以下：
蛋白质存在状态为
H3N+PCOOH [H+]外 > [H+]内，
pH外 < pH内
等电点以上：
蛋白质存在状态为 H2NPCOO-
[H+]外 < [H+]内， pH外 > pH内
羊毛的酸滴定曲线
100
每
百 90
克 干
80
羊 70
毛 所
棒状
洁白
柞蚕丝
较扁平、锐角三角形 或楔形
有一定的卷曲和 条纹
有气孔 有色素
二、羊毛的形态结构和初步加工
羊毛特点：
光泽柔和 富有弹性 吸湿性好 耐磨 保温
…
毛发纤维品种
（四）膜平衡原理
在不同pH介质中，纤维内部和外部的pH值不一致
纤维的表面具有类似半透膜性质
膜内体系：蛋白质分子上带有的离子与其中的溶液
膜外体系：纤维外面的溶液
膜内
膜
膜外
PN+H3
C1
H+
X
H+
C2-C1-X
Cl-
C1+X+Y
Cl-
C2+C3-C1-X-Y
K+பைடு நூலகம்
Y
C1：蛋白质正离子的浓度 C2：HCl原来的浓度 C3：KCl原来的浓度 X：膜外向膜内迁移的H+
丙氨酸
丝氨酸
羟基氨基酸
酪氨酸
芳香族氨基酸
14.41 12.02 9.66
42.8 32.4 14.7 11.8
（三）分子结构概述
1.分子结构
R1
O R3
O
H
H
CH N C CH N C
NH C CH N C CH H
O R2
OR
氨基酸残基 重复单元
酰胺键=肽键
蛋白质大分子结构的一些概念
氨基：主要吸酸基团 亚氨基：pH很低时(<0.8)也能吸酸（过量吸酸） 其他：
（三）最大吸酸值
最大吸酸值：
概念：蛋白质结合酸的最大值 影响因素：蛋白质上的碱性基团
可用最大吸酸值测定蛋白质上 的氨基含量
（四）膜平衡原理
在不同pH介质中，纤维内部和外部的pH值不一致 纤维的表面具有类似半透膜性质 膜内体系：蛋白质分子上带有的离子与其中的溶液 膜外体系：纤维外面的溶液
Y：膜外向膜内迁移的K+
K+
C3-Y
蛋白质结合酸的浓度
加入的酸
加入的电解质（盐）
膜内膜外溶液的分配系数λ
l
=
[H + ]外 [H + ]内
=
[K +]外 [K +]内
=
[Cl - ]内 [Cl - ]外
l = C2 + C3
C2 - C1 + C3
λ≥1
与蛋白质离子电荷相同的可迁移离子的浓度
纤维内低于纤维外
等电点时的性质：
溶胀最小，溶解度最低，渗透压最小…
染整加工时尽可能在等电点附近， 以使损伤最小
（三）最大吸酸值
蛋白质的吸酸吸碱现象
pH值3~5，开始结合酸 pH值1.3~1.8，结合酸量最大 pH小于0.8，过量吸酸，蛋白质开始水解 pH大于10，蛋白质水解破坏（很难测定吸碱值）
蛋白质上结合酸的碱性基团