第四章 蛋白质的物理化学性质
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蛋白质
NH + 3
COO-
不是
R
CH
NH 2
COOH
氨基酸是酸
R CH
NH + 3
COO-
R
CH
NH 2
COO-
+ H+
氨基酸是碱
R CH
NH + 3
COO-
+
H+
R
CH
NH + 3
COOH
5、氨基酸的等电点 是指氨基酸在溶液中净电荷为零时的pH值 氨基酸的等点估算
当用酸滴定时
R
CH
NH + 3
COO-
肽单位是刚性平面结构；
肽单位平面有一定的键长和键角。
4.3.3 蛋白质分子的二级结构
概念
是指由多肽链上主链骨架中各个肽段所形成的规则或无规则的构象。
螺旋结构 β -折叠股和β -折叠片
二级结构类型
β -发夹和 Ω环 回折 三股螺旋 无规卷曲
螺旋结构 是指多肽链主链骨架围绕一个轴一圈一圈地上升， 从而形成一个螺旋式的构象。
4.4.3.蛋白质变性现象 凝集、沉淀 流动双折射 物理性质的改变 粘度增加 旋光值改变
紫外、荧光光谱发生变化
酶水解速度增加 化学性质的改变 分子内部基团暴露 生物性能的改变 抗原性改变
生物功能丧失
4.4.4 可逆变性
除去变性因素之后，在适当的条件下蛋白质构象可以由 变性态恢复到天然态。
5.4.5 不可逆变性
第4章 蛋白质 Proteins
主要内容
4.1. 概述 4.2. 氨基酸的物理化学性质 4.3. 蛋白质分子构 象 4.4. 蛋白质的变性 4.5. 蛋白质的功能性质 4.6. 蛋白质的营养性质 4.7. 在食品加工中蛋白质的变化 4.8. 蛋白质的测定
COO-
不是
R
CH
NH 2
COOH
氨基酸是酸
R CH
NH + 3
COO-
R
CH
NH 2
COO-
+ H+
氨基酸是碱
R CH
NH + 3
COO-
+
H+
R
CH
NH + 3
COOH
5、氨基酸的等电点 是指氨基酸在溶液中净电荷为零时的pH值 氨基酸的等点估算
当用酸滴定时
R
CH
NH + 3
COO-
肽单位是刚性平面结构；
肽单位平面有一定的键长和键角。
4.3.3 蛋白质分子的二级结构
概念
是指由多肽链上主链骨架中各个肽段所形成的规则或无规则的构象。
螺旋结构 β -折叠股和β -折叠片
二级结构类型
β -发夹和 Ω环 回折 三股螺旋 无规卷曲
螺旋结构 是指多肽链主链骨架围绕一个轴一圈一圈地上升， 从而形成一个螺旋式的构象。
4.4.3.蛋白质变性现象 凝集、沉淀 流动双折射 物理性质的改变 粘度增加 旋光值改变
紫外、荧光光谱发生变化
酶水解速度增加 化学性质的改变 分子内部基团暴露 生物性能的改变 抗原性改变
生物功能丧失
4.4.4 可逆变性
除去变性因素之后，在适当的条件下蛋白质构象可以由 变性态恢复到天然态。
5.4.5 不可逆变性
第4章 蛋白质 Proteins
主要内容
4.1. 概述 4.2. 氨基酸的物理化学性质 4.3. 蛋白质分子构 象 4.4. 蛋白质的变性 4.5. 蛋白质的功能性质 4.6. 蛋白质的营养性质 4.7. 在食品加工中蛋白质的变化 4.8. 蛋白质的测定
蛋白质分析鉴定精品课件
对于由两条及两条以上多肽链组成 的蛋白质分子，则需将其拆开（断 裂二硫键）并单独分离出来。
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22
2. 分析多肽链的氨基酸组成。
将多肽链用酸或酶完全水解，再用离子交换树脂 （或用高效液相色谱）将各种氨基酸分离开，测 定其含量并计算各种氨基酸组成的百分比。下图 表示蛋白质的水解产物通过Moor-Stein Dowex 50 离子交换柱层析的自动分析结果。
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31
双向电泳：
2-DE技术依然是大多数蛋白质组研究 中分离复杂蛋白质混合物的首选技 术。
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32
双向电泳分析中的样品制备
制备原则：
应使所有待分析的蛋白样品全部处于溶解状态 （包括多数疏水性蛋白），且制备方法应具有可 重现性。
防止样品在聚焦时发生蛋白的聚集和沉淀。
防止在样品制备过程中发生样品的抽提后化学修 饰（如酶性或化学性降解等）。
a 加入脱水剂除去水膜 b 使pH=pI c 加入电解质使质点表面失去同种电荷。
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12
五、蛋白质的变性作用
天然蛋白质受到理化因素的影响， 氢键、盐键等次级键维系的高级结构遭 到破坏，分子内部结构发生改变，致使 生物学 性质、理化性质改变的现象。
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13
物理因素： 加热、紫外线、X—射线、超声波
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45
双向电泳的分类
非变性2D-PAGE：两向均在非变性条件下 进行，这样分离的蛋白质点的等电点和表观 分子量同生理条件下获得的这些蛋白的值是 一样的
非变性/SDS-2D-PAGE：第一向采用非变性 IEF，之后在2%SDS溶液中平衡；第二向也 在SDS存在的条件下进行。适于分析非共价 键连接的蛋白－蛋白间的相互作用。
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22
2. 分析多肽链的氨基酸组成。
将多肽链用酸或酶完全水解，再用离子交换树脂 （或用高效液相色谱）将各种氨基酸分离开，测 定其含量并计算各种氨基酸组成的百分比。下图 表示蛋白质的水解产物通过Moor-Stein Dowex 50 离子交换柱层析的自动分析结果。
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双向电泳：
2-DE技术依然是大多数蛋白质组研究 中分离复杂蛋白质混合物的首选技 术。
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双向电泳分析中的样品制备
制备原则：
应使所有待分析的蛋白样品全部处于溶解状态 （包括多数疏水性蛋白），且制备方法应具有可 重现性。
防止样品在聚焦时发生蛋白的聚集和沉淀。
防止在样品制备过程中发生样品的抽提后化学修 饰（如酶性或化学性降解等）。
a 加入脱水剂除去水膜 b 使pH=pI c 加入电解质使质点表面失去同种电荷。
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五、蛋白质的变性作用
天然蛋白质受到理化因素的影响， 氢键、盐键等次级键维系的高级结构遭 到破坏，分子内部结构发生改变，致使 生物学 性质、理化性质改变的现象。
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物理因素： 加热、紫外线、X—射线、超声波
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双向电泳的分类
非变性2D-PAGE：两向均在非变性条件下 进行，这样分离的蛋白质点的等电点和表观 分子量同生理条件下获得的这些蛋白的值是 一样的
非变性/SDS-2D-PAGE：第一向采用非变性 IEF，之后在2%SDS溶液中平衡；第二向也 在SDS存在的条件下进行。适于分析非共价 键连接的蛋白－蛋白间的相互作用。
第四章 蛋白质的物理化学性质
•
三、van’t Hoff焓
•
Van’t Hoff 规则 ：荷兰科学家范特霍夫 (Van’t Hoff，1901年诺贝尔奖获得者) 提出, 温度每升高10 K, 反应速度一般增加到原来 的2-4倍，该规律被称作 Van’t Hoff 规则 。
Van't Hoff焓主要在两态转变模型的分析中做出了贡献。
•
•吉布斯自由能(Gibbs free energy， G):亦称吉布 斯函数，它是定温定压下系统的状态函数。可以用 公式表示为： G = H - TS 其中，T为绝对温度；S为体系的熵。 这个状态函数是由 J. Willard Gibbs 于1878 年提出 的。系统自由能的减少等于系统在恒温、恒压可逆过 程中所做的最大有用功（不包括位移功）。在不可逆 过程中系统所做的功必然小于体系自由能的减少。
• 由于活细胞中的所有生物化学过程几乎都 是在恒温、恒压条件下进行的，在研究微 生物的能量代谢时自然会对自由能的变化 ΔG 发生兴趣。
• 在恒温恒压条件下，各类化学反应能否自发进行，取决于 自由能的变化ΔG 的值，但反应的ΔG 与变化的途径无关。 当ΔG＜0 时，自发过程，被称为是放能的（exoergic） 过程，它们可以用来做功； 当ΔG＝0 时，反应已达到平衡，即其正向过程和逆向过 程正好处于平衡； 当ΔG＞0 时，非自发过程，被称为吸能的（endergonic） 过程，必须注入自由能才能驱动此类过程。
• 在细胞中，能直接驱动吸能过程的自由能有两类 供体：在细胞内流通的能量货币（以ATP为代表） 和能化了的生物膜（以Δp为代表）。 • 它们一般在代谢过程中形成，在代谢过程中使用， 特别是它们作为细胞的组成成分，在细胞的代谢 中再生和周转。我们把这两类特殊能量形式叫做 代谢能。
第四章蛋白质化学第六节蛋白质及氨基酸分离纯化与测定
第六节 蛋白质的分离纯化与测定
一、一般原则及基本步骤
材料的预处理及细胞破碎 蛋白质的抽提
蛋白质的粗分级
等电点沉淀法 盐析法 有机溶剂沉淀法
蛋白质的细分级
凝胶层析法 离子交换层析法 亲和层析
1
二、蛋白质的分离纯化方法
◇（一）根据分子大小不同的纯化方法 ◇（二）利用溶解度差别的纯化方法 ◇（三）根据电荷不同的纯化方法 ◇（四）利用选择性吸附的纯化方法 ◇（五）利用配体的特异性亲和力的纯化方法
磷酸基
SE-纤维素（强弱酸型）
磺乙基
SP-纤维素（强弱酸型）
磺丙基
常用的阴离子交换剂
离子交换剂
可电离基团
可电离基团结构
AE-纤维素（弱减型）
氨基乙基
PAB-纤维素（弱减型） 对氨基苯甲酸
DEAE-纤维素 （中弱减型）
DEAE -Sephadex （中弱减型）
二乙基氨基乙基 二乙基氨基乙基
DEAE -纤维素（强减型） 二乙基氨基乙基
（3）有分级分离现象 （4）要求对有机溶剂低温预冷。
16
4.温度对蛋白质溶解度的影响
• 在一定温度范围内，约0-40℃之间，大部分球状 蛋白质的溶解度随温度升高而增加，但也有例外， 例如人的血红蛋白从0到25℃，溶解度随温度上升 而降低。
• 在40-50℃以上开始变性，一般在中性pH介质中即 失去溶解力。
⑴蛋白质周围的水化层（hydration shell)，保护了 蛋白质粒子，避免了相互碰撞，使蛋白质形成稳定 的胶体溶液。
⑵蛋白质两性电解质，分子间静电排斥作用。（存在 双电层）蛋白质粒子在水溶液中是带电的，带电的 原因主要是吸附溶液中的离子或自身基团的电离。 蛋白质表面的电荷与溶液中反离子的电荷构成双电 层。
一、一般原则及基本步骤
材料的预处理及细胞破碎 蛋白质的抽提
蛋白质的粗分级
等电点沉淀法 盐析法 有机溶剂沉淀法
蛋白质的细分级
凝胶层析法 离子交换层析法 亲和层析
1
二、蛋白质的分离纯化方法
◇（一）根据分子大小不同的纯化方法 ◇（二）利用溶解度差别的纯化方法 ◇（三）根据电荷不同的纯化方法 ◇（四）利用选择性吸附的纯化方法 ◇（五）利用配体的特异性亲和力的纯化方法
磷酸基
SE-纤维素（强弱酸型）
磺乙基
SP-纤维素（强弱酸型）
磺丙基
常用的阴离子交换剂
离子交换剂
可电离基团
可电离基团结构
AE-纤维素（弱减型）
氨基乙基
PAB-纤维素（弱减型） 对氨基苯甲酸
DEAE-纤维素 （中弱减型）
DEAE -Sephadex （中弱减型）
二乙基氨基乙基 二乙基氨基乙基
DEAE -纤维素（强减型） 二乙基氨基乙基
（3）有分级分离现象 （4）要求对有机溶剂低温预冷。
16
4.温度对蛋白质溶解度的影响
• 在一定温度范围内，约0-40℃之间，大部分球状 蛋白质的溶解度随温度升高而增加，但也有例外， 例如人的血红蛋白从0到25℃，溶解度随温度上升 而降低。
• 在40-50℃以上开始变性，一般在中性pH介质中即 失去溶解力。
⑴蛋白质周围的水化层（hydration shell)，保护了 蛋白质粒子，避免了相互碰撞，使蛋白质形成稳定 的胶体溶液。
⑵蛋白质两性电解质，分子间静电排斥作用。（存在 双电层）蛋白质粒子在水溶液中是带电的，带电的 原因主要是吸附溶液中的离子或自身基团的电离。 蛋白质表面的电荷与溶液中反离子的电荷构成双电 层。
第四章蛋白质的物理化学性质
五、热力学参数在分子水平上的解释
从分子的相互作用来理解蛋白质天然结构的稳定性 为了使蛋白质折叠起来，就需要通过多肽链各 部分间相互作用所引起的内能的减少来抵消构象熵 减少带来的自由能增加。
G=H-TS=E+pV-TS
稳定蛋白质三维结构的作用力：氢键、范德华 力、疏水作用力和盐键（离子键）及共价二硫键。
残基pka值的移动很小，但蛋白质大分子可电离集团
相当多，小pka值移动的大量积累对蛋白质稳定性很重
要。
静电相互作用对折叠稳定性潜在的重要性
2．范德华相互作用
范德华力（van der Waals interaction）
在物质的聚集态中，分子间存在着一种较弱的吸 引力，当两个不带电荷的原子非常靠近时，它们 的电子云相互作用，核周围电子位置的随机变化 可能产生一个瞬间电偶。该电偶能够诱导邻近的 原子产生一个短暂的反向电偶。这两个电偶之间 会产生微弱的引力,从而拉近两个原子核。这种微 弱的吸引力即为范德华力 。
它描述的是体系的一个状态性质，焓的 变化是系统在等压可逆过程中所吸收的热 量的度量。用符号H表示，即
H=E+pV
E为系统内能，p为其压强，V则为体积
熵（S）是度量体系混乱度的热力学函数
从微观的角度来看，熵具有统计意义，它 是体系微观状态数(或无序程度)的一种量度。
熵值小，对应比较有秩序的状态 熵值大，对应比较无秩序的状态
动，产生瞬间正、负电荷重心不重合，而出现瞬时偶 极。瞬时偶极之间的相互作用力 。
3.氢键（Hydrogen Bonding）
由电负性原子与氢形成的基团如（N-H和O-H） 具有很大的偶极矩，成键电子云分布偏向负电性 大的原子，因此氢原子核周围的电子分布就少，
蛋白质、氨基酸理化性质和提取
从蛋白质酶促水解得到的α-氨基酸， 都属于L-型，但在生物体中(如细菌)也含 有D-型氨基酸。
比旋光度是氨基酸的重要物理常数之 一，是鉴别各种氨基酸的重要依据。
• 构成蛋白质的20种氨基 酸在可见光区都没有光吸 收，但在远紫外区 (<220nm)均有光吸收。
• 在近紫外区(220-300nm) 只有酪氨酸、苯丙氨酸和 色氨酸有吸收光的能力。 可以通过测定280nm 处 的紫外吸收值的方法对蛋 白溶液进行定量。
二、氨基酸的鉴定、分离纯化
氨基酸的理化性质
1、一般物理性质
无色晶体，熔点较高（200℃～300℃） 水中溶解度各不同，取决于侧链。氨基酸 能使水的介电常数增高。氨基酸的晶体是 离子晶体。氨基酸是离子化合物。
氨基酸的旋光性和光吸收
20种氨基酸，除甘氨酸外，其它氨基 酸的α-碳原子均为不对称碳原子。可以有 立体异构、有旋光性。氨基酸的构型也是 与甘油醛构型比较而确定的。
通过各种化学试剂对细胞 膜的作用，而使细胞破碎
酶促破碎
通过细胞本身的酶系或外 加酶制剂的催化作用，使 细胞外层结构受到破坏， 而达到细胞破碎
捣碎法 研磨法 匀浆法
温度差破碎法 压力差破碎法 超声波破碎法
有机溶剂： 甲苯、丙酮 丁醇、氯仿 表面活性剂： Triton、Tween
自溶法 外加酶制剂法
分离纯化的基本方法
S= v /ω2x v：沉降速率（dx/dt）可以从实验测得。 ω：离心机转子每秒钟的角速度，以弧度/秒计。
（即2Л ×转子每秒钟的转速） x：蛋白质界面中点与转子中心之间的距离（以
cm计）。
五、蛋白质的颜色反应
六、蛋白质的紫外吸收性质
大部分蛋白质均含有带芳香环的苯丙氨酸、 酪氨酸和色氨酸。
比旋光度是氨基酸的重要物理常数之 一，是鉴别各种氨基酸的重要依据。
• 构成蛋白质的20种氨基 酸在可见光区都没有光吸 收，但在远紫外区 (<220nm)均有光吸收。
• 在近紫外区(220-300nm) 只有酪氨酸、苯丙氨酸和 色氨酸有吸收光的能力。 可以通过测定280nm 处 的紫外吸收值的方法对蛋 白溶液进行定量。
二、氨基酸的鉴定、分离纯化
氨基酸的理化性质
1、一般物理性质
无色晶体，熔点较高（200℃～300℃） 水中溶解度各不同，取决于侧链。氨基酸 能使水的介电常数增高。氨基酸的晶体是 离子晶体。氨基酸是离子化合物。
氨基酸的旋光性和光吸收
20种氨基酸，除甘氨酸外，其它氨基 酸的α-碳原子均为不对称碳原子。可以有 立体异构、有旋光性。氨基酸的构型也是 与甘油醛构型比较而确定的。
通过各种化学试剂对细胞 膜的作用，而使细胞破碎
酶促破碎
通过细胞本身的酶系或外 加酶制剂的催化作用，使 细胞外层结构受到破坏， 而达到细胞破碎
捣碎法 研磨法 匀浆法
温度差破碎法 压力差破碎法 超声波破碎法
有机溶剂： 甲苯、丙酮 丁醇、氯仿 表面活性剂： Triton、Tween
自溶法 外加酶制剂法
分离纯化的基本方法
S= v /ω2x v：沉降速率（dx/dt）可以从实验测得。 ω：离心机转子每秒钟的角速度，以弧度/秒计。
（即2Л ×转子每秒钟的转速） x：蛋白质界面中点与转子中心之间的距离（以
cm计）。
五、蛋白质的颜色反应
六、蛋白质的紫外吸收性质
大部分蛋白质均含有带芳香环的苯丙氨酸、 酪氨酸和色氨酸。
蛋白质的功能性质
4
例:玉米醇溶蛋白质
5
术语:
1
水溶性蛋白质（WSP） water soluble protein
2
水可分散蛋白质（WDP） water despersion
3
蛋白质分散性指标（PDI） protein dispersibility index
4
氮溶解性指标（NSI） nitrogen solubility index
§5．5．2蛋白质的水合 Properties Hydration of Proteins
1、水对蛋白质的作用 ① 水能改变蛋白质的物理化学性质 ②水-蛋白质相互作用，决定了蛋白质的许多功能 （分散性,润湿性，肿胀，溶解性，增稠，粘度，持水能力， 胶凝作用，凝结，乳化，起泡） ③ 水能同蛋白质分子的一些基团相结合。 基团包括：带电基团（离子-偶极）、主链肽基团、酰胺基、 羟基（偶极-偶极）和非极性基团（偶极-诱导偶极）
01
所以，大多数食品蛋白质溶解度pH图是一条U形曲线。最低溶解度出现在蛋白质pI附近
02
反例：β-乳球蛋白质（pI=5.2）牛血清清蛋白（pI=4.8）在pI高度溶解。解释：因为这些蛋白质分子中表面亲水性残基数量远远高于表面疏水性残基数量。
03
热变性会改变蛋白质的pH-溶解度关系曲线
04
三、离子强度和溶解度 离子强度 μ＝0.5∑Ci Zi2 盐 析： 盐 溶： 在相同的μ，各种离子对蛋白质溶解度有特异的离子效应。遵循Hofemister系列 阴离子提高蛋白质溶解能力顺序： SO42－＜F－＜Cl－＜Br－＜I－＜Cl4－＜SCN－ 阳离子降低蛋白质溶解度能力顺序： NH4+＜K＋＜Na＋＜Li＋＜Mg2＋＜Ca2＋
EAI=2T/(1-φ)ρ
食品化学 第四章蛋白质 (氨基酸)
20种基本氨基酸的发现年代表
天冬酰氨 甘氨酸 亮氨酸 酪氨酸 丝氨酸 谷氨酸 天冬氨酸 苯丙氨酸 丙氨酸 赖氨酸 精氨酸 组氨酸 胱氨酸 缬氨酸 脯氨酸 色氨酸 异亮氨酸 甲硫氨酸 苏氨酸 1806 1820 1820 1849 1865 1866 1868 1881 1881 1889 1895 1896 1899 1901 1901 1901 1904 1922 1935 Vauquelin Braconnot Braconnot Bopp Cramer Ritthausen Ritthausen Schultze Weyl Drechsel Hedin Kossel,Hedin Morner Fischer Fischer Hopkins Erhlich Mueller McCoy et al 天冬门芽 明胶 羊毛、肌肉 奶酪 蚕丝 面筋 蚕豆 羽扇豆芽 丝心蛋白 珊瑚 牛角 奶酪 牛角 奶酪 奶酪 奶酪 纤维蛋白 奶酪 奶酪
5、氨基酸的两性性质和等电点
（1）氨基酸是两性离子 质子受体和质子供体。 所谓两性离子是指在同一分子上带有能释放 质子的正离子基团和能接受质子的负离子基团。 两性离子本身既是酸又是碱。因此它既可与酸反 应，也可与碱反应。 实验证明：氨基酸在水溶液中或在晶体状态 时，都以两性离子形式存在。
(2)氨基酸的解离
第四章 蛋白质
第二节 氨基酸
本节主要学习内容
• 一、氨基酸的结构与分类 • • • （一）基本氨基酸 （二）不常见的蛋白质氨基酸 （三）非蛋白质氨基酸 （一）物理性质 （二）化学性质
• 二、氨基酸的性质 • •
氨基酸是蛋白质的基本组成材料
蛋白质用强酸、强碱处理后，可以得到各种各 样的氨基酸。 在动植物组织中可分离得到26-30种不同的氨基 酸。第1种氨基酸早在两个世纪前就已经被发现， 而最后一种氨基酸在1935年才发现。直到1965年 才搞清楚，只有20种氨基酸才是合成蛋白质的原 材料(称为基本氨基酸 )。
高中化学第四章第3节 蛋白质和核酸知识点
第三节蛋白质和核酸蛋白质是生物体内一类极为重要的功能高分子化合物，是生命活动的主要物质基础。
它不仅是细胞、组织、肌肉、毛发等的重要组成成分，而且具有多种生物学功能。
一、氨基酸1、氨基酸的分子结构氨基酸是羧酸分子烃基上的氢原子被氨基(—NH2)取代后的产物。
氨基酸的命名是以羧基为母体，氨基为取代基，碳原子的编号通常把离羧基最近的碳原子称为α碳原子，离羧基次近碳原子称为β碳原子，依次类推。
2、氨基酸的物理性质常温下状态：无色晶体；熔、沸点：较高；溶解性：能溶于水，难溶于有机溶剂。
3、氨基酸的化学性质（1）甘氨酸与盐酸反应的化学方程式：；（2）甘氨酸与氢氧化钠反应的化学方程式：氨基酸是两性化合物,基中—COOH为酸性基团,—NH2为碱性基团。
（3）成肽反应两个氨基酸分子(可以相同也可以不同)在酸或碱存在下加热，通过一分子的氨基和另一分子的羧基脱去一分子水，缩合形成含有肽键的化合物，称为成肽反应。
二、蛋白质的结构与性质1、蛋白质的结构蛋白质是一类高分子化合物，主要由C、H、O、N、S等元素组成。
蛋白质分子结构的显著特征是：具有独特而稳定的结构。
蛋白质的特殊功能和活性与多肽链的氨基酸种类、数目及排列顺序、特定空间结构相关。
2、蛋白质的性质（1）水解蛋白质在酸、碱或酶的作用下，水解成相对分子质量较小的肽类化合物，最终水解得到各种氨基酸。
（2）盐析少量的盐能促进蛋白质溶解。
当向蛋白质溶液中加入的盐溶液达到一定浓度时，反而使蛋白质的溶解度降低而从溶液中析出，这种作用称为盐析。
盐析是一个可逆过程，不影响蛋白质的活性。
因此可用盐析的方法来分离提纯蛋白质。
（3）变性影响蛋白质变性的因素有：物理因素：加热、加压、搅拌、振荡、紫外线照射、超声波等。
化学因素：强酸、强碱、重金属盐、三氧乙酸、乙醇、丙酮等。
变性是一个不可逆(填“可逆”或“不可逆”)的过程，变性后的蛋白质生理活性也同时失去。
（4颜色反应颜色反应一般是指浓硝酸与含有苯基的蛋白质反应，这属于蛋白质的特征反应。
04食品化学 蛋白质
4
蛋白质
五 蛋白质的分类与食品中常见的蛋白质
66
4
蛋白质
蛋白质的分类
67
4
蛋白质
• 简单蛋白质——完全由氨基酸构成。 • 结合蛋白质——除了蛋白质部分外，还有非蛋白成分。
4
蛋白质
依据溶解特性简单蛋白质的分类
种类 存在部位
溶解特性
清蛋白 球蛋白
谷蛋白 醇溶蛋白
精蛋白 组蛋白
硬蛋白
动、植物
植物种子 精细胞 细胞核 动物
• 多肽链的氨基酸顺序，它是蛋白质 生物功能的基础。是最重要的
• 以及多肽链内或链间二硫键的数目 和位置。
4
蛋白质
蛋白质的二级结构
• 蛋白质的二级(Secondary)结构是指肽链的主链在 空间的排列,或规则的几何走向、旋转及折叠。
• 主要有-螺旋、-折叠、-转角。
4
蛋白质
-转角
-折叠
-螺旋
4
• 由多个亚基聚集而成的蛋白质常常称为寡聚蛋白；
4
蛋白质
木瓜蛋白酶（组织蛋白酶）
4
蛋白质
4
蛋白质
稳定蛋白质的作用力
33
4
蛋白质
① 二硫健 ② 静电作用 ③ 氢键 ④ 范德华力 ⑤ 疏水作用
34
4
蛋白质
1 二硫健
• 属于共价键。是生物大分子分子之间最强的作用力，能量 330~380kJ/mol，共价键很难恢复原形，是不可逆过程。
4
蛋白质
目录
一、概述 二、蛋白质的变性 三、蛋白质的功能性质 四、食品加工中蛋白质的变化 五、蛋白质的分类与食品中常见的蛋白质
8
4
蛋白质
一 概述
蛋白质的理化性质
蛋白质的理化性质蛋白质是一类高分子生物大分子化合物，由氨基酸分子结合而成。
下面将从化学、物理、生化等方面来介绍蛋白质的理化性质。
1. 氨基酸的性质氨基酸是蛋白质的基本组成单位，其分子结构具有酸性和碱性两部分，分别是羧基和氨基。
氨基酸的酸性和碱性反应性决定蛋白质的异性和电性。
氨基酸的酸性基团和碱性基团在不同的环境下会存在不同的离子形式，从而影响蛋白质的电性质。
2. 构象的性质蛋白质的构象是指氨基酸之间的立体构型，决定了蛋白质的特殊结构和功能。
蛋白质的构象主要由五种不同层次的结构组成，包括原生构象、二级构象、三级构象、四级构象和超级结构。
每一层次的构象都有一定的稳定性和特殊结构，是蛋白质功能和特性的决定因素。
3. 溶解和凝固的性质蛋白质在水中具有一定的溶解性，但可能会因为温度、pH值、离子强度等因素的改变而发生凝固。
这种溶解或凝固的性质取决于蛋白质的特殊结构以及其所处环境。
当蛋白质分子与水分子之间的相互作用受到破坏或受到特定溶剂或离子的作用时，蛋白质分子会转化为凝胶态或沉淀态。
4. 热力学性质蛋白质分子的热力学性质涉及其结构及其所处溶液环境的物理化学性质，可用于研究蛋白质折叠和复性过程。
蛋白质的热力学性质包括热容量、热稳定性、相转化、热解离等。
这些性质的变化与蛋白质结构的稳定性和功能密切相关。
蛋白质的光学性质主要表现为它们具有的吸收、发射光线的光学行为。
蛋白质的吸收和发射光束涉及其分子内的色团，这些分子内的色团主要由氨基酸的芳香族侧链所构成。
蛋白质的光学性质可以利用光谱分析来研究蛋白质的结构和功能。
综上所述，蛋白质的理化性质是多方面的，包括氨基酸的性质、构象的性质、溶解和凝固的性质、热力学性质以及光学性质等，这些性质的变化都会导致蛋白质的性质和功能的变化。
因此，对蛋白质的理化性质进行研究对于理解蛋白质的结构、功能与机制具有重要意义。
食品中的蛋白质的性质教学
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第2节 食品蛋白质的性质
9.化学因素——有机溶剂
对非极性侧链的增溶作用。 破坏疏水相互作用，降低蛋白质的稳定性。 降低溶液的介电常数。 能够促进氢键作用，静电相互作用。
大多数有机溶剂会导致蛋白质的变性。
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第2节 食品蛋白质的性质
10.化学因素-脲和胍盐
高浓度的脲和胍盐能使蛋白质变性。
8.化学因素——盐类
o –Na2SO4 Δ-NaCl □-NaBr
-脲素 ●-NaClO4 ▢-NaSCN
■
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第2节 食品蛋白质的性质
8.化学因素——盐类
某些金属离子如钙离子、镁离子，它们可能是某些蛋 白质中的组成部分，当除去这些金属离子时，会明显 降低蛋白质结构对热和蛋白酶作用的稳定性。
一些金属离子如铜、铁、汞、铅、银等离子，它们 易与蛋白质中的巯基形成稳定的配合物，导致蛋白质 变性，产生沉淀。
使球形蛋白质变性，压力诱导的蛋白质 变性是高度可逆的。
大多数蛋白质在25℃，受到 100～1000 MPa的压力后，会发生变性。
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第2节 食品蛋白质的性质
4.物理因素——静高压 在食品加工中的应用： 静高压可用于灭菌（200-1000MPa），可以不可逆地破坏微生物 的细胞膜。 对肉制品进行高压处理可以使肌肉组织中的肌纤维裂解，改善制 品的组织结构，嫩化肉质。 对蛋清、16%大豆蛋白、3%的肌动球蛋白液施加100-700MPa的 压力（25℃），可以形成凝胶，压力凝胶比热凝胶更软。
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第2节 食品蛋白质的性质
3. 物理因素——机械处理
挤压、揉捏、搅打、高速震荡等机械处理会产生高 剪切力使蛋白质分子伸展，导致蛋白质的变性。
剪切速率越高，蛋白质变性程度越大。
蛋白质的物理化学性质分析
第十讲 蛋白质的物理化学性质分析
本章要介绍的蛋白质天然结构的稳定性和可折叠性是从遗 传信息到生物功能的信息流动中的一个环节。生物学信息 都包含在蛋白质的氨基酸序列和细胞环境中，需要回答的 问题是给定的序列在给定的条件下何以能在生物学所要求 的时间内达成足够稳定的、具有生物活力的天然结构。已 有大量实验事实证明这个过程遵守物理化学规律。就目前 我们掌握的知识而言，难点来自于两方面。一方面是尚未 有成熟的液体统计热力学理论。另一方面则是多肽链骨架 的线形共价结构所带来的运动学描述上的困难。
第一节 蛋白质溶液的热力学
上个世纪 50 年代后期，特别是在遗传密码的分子基础被建 立起来之后， Anfinsen 及其同事关于多肽链重新折叠的工 作激发了对于折叠过程的物理化学的兴趣。具有适当初级 序列的多肽链折叠成具有生物活性的天然结构，使得从遗 传信息到生物功能的信息传递表达过程得以完成。在正确 的物理化学条件下，蛋白质的折叠是自发的；在不正确的 物理化学条件下，蛋白质通常没有紧致而特定的结构。在 这个意义上，我们说蛋白质的结构只取决于它的氨基酸序 列。基因一旦表达，即被翻译为一定的多肽序列，热力学 就代替生物学机制起主导作用。原本是柔性、不规则的多 肽链就折叠为生物学功能所需要的、更紧致、特定的结构 。
第二节 蛋白质改造 的分子生物学途径
二、目第标蛋三白节质在酵重四母、组细噬蛋胞菌中白体的显质表示达
1. 2.
的有外关 源表酵m达R母N表A在达酵载12母体.. 细的关噬胞复于菌中制表体的、达显翻转载示译录体技元术件的操作
3. 外源蛋白质在酵3母. 中噬的菌分体泌显表示达技术的应用
4. 翻译后修饰
第十讲 蛋白质的物理化学性质分析
一．热运动与蛋白质构象 二．热 力 学 函 数 与 热 力 学
第4章 蛋白质
将H原子靠近自己，观察CAR的走向，逆时 针（左转）为L型，顺时针（右转）为D型。 D：dextro 右 C：carboxyl group ; 拉丁语中 L： levo 左 A：amino group ;
R：residue ;
A L型
C R
R A
C D型
24
• 天然pr中的aa均为L-型； • 两型aa的生理功能不同。
抗 体
11
6、激素作用：
胰岛素等
7、接受和传递信息的受体：
受体蛋白
8、控制细胞生长、分化：
生长因子、阻遏蛋白
9、毒蛋白：
植物、微生物、昆虫所分泌
10、许多蛋白在凝血作用、通透作用、 营养作用、记忆活动等方面起重要作用。
12
二、蛋白质的含量与分布
动物性食品：肌肉、皮、骨骼、血液、乳 和蛋中； 植物性食品：籽实和块根、块茎； 在微生物中也含有丰富的蛋白质 一般食物蛋白质含量:肉类(包括鱼类)为10 %～30%；乳类为1.5%～3.8%；蛋类为11%～ 14%；干豆类20%～49.8%，坚果类(核桃仁、 榛子仁等)为15%～26%；谷类果实6%～10%， 薯类约为2%～3%。
6
一、蛋白质的生物学功能
（一）组织、细胞中主要蛋白质的功能 1、催化作用 • 几乎所有的酶都是蛋白质
7
2、生物体的结构成分
膜 蛋 白
8
3、运输和储存
血红蛋白在血中输送氧 肌红蛋白在肌肉中输送氧
•膜蛋白起运输作用
9
4、在协调运动中的作用中
动物的肌肉收缩、细菌的鞭毛运动神经传 导
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5、在识别、防御免疫保护作用
54
1．氨基酸的连接方式——肽键
• 肽键(peptide bond)：为1个氨基酸的α氨基和另一氨基酸的α-羧基之间脱水后 形成的共价键，即酰胺键。 • 此为蛋白质中氨基酸连接的基本方式。
第4章 蛋白质的三维结构(2)
• 这说明RNA酶一维信息控 制肽链自身折叠成特定天 然构象，并决定4个二硫键 准确位置 • 二硫键只能在多肽链折叠 成正确的结构之后形成。 • 二硫键对肽链的折叠不起 决定作用，但是对稳定折 叠肽构象做出贡献
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㈢ 蛋白质折叠的热力学
• 三维结构是多肽链上的各个单键旋转自由度受到限制 的总结果。这些限制因素有： 1 肽平面的性质； 2 Cα-C， Cα-N键旋转的可允许角度 3 肽链中疏水基和亲水基的数目和位置 4 带正负电荷基团的数目和位置及溶剂和其他溶质等 • 这些限制因素下，通过侧链基团的彼此相互作用，以 及侧链基团与溶剂和溶质的相互作用，最后达到平衡。 • 形成了热力学上最稳定的空间结构，实现了复杂生物 大分子的自我装配原则。
• 次级键 实质 • 天然构象 • 一级结构
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• 破坏 • 解体 • 保持完好
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5、变性的可逆性
• 少数蛋白质的变性不超过一定的限制，当变性因 素去除后，变性蛋白质又可恢复到天然构象，这 一现象称为蛋白质的复性。 • 例如血红蛋白酸变性，加碱后可恢复原有性质的 2/3，
2）具有明显的折叠层次
一级结构 结构域 二级结构 三级结构 超二级结构 四级结构
3）紧密的球状或椭球状实体
• 装配密度平均为75%。 • 蛋白质体积的25%不被原子占据，而是以 小空腔的形式存在，有的结合水分子。 • 邻近活性部位的区域密度较低：在这些 较松散的区域有着较大的空间可塑性， 使构象容易发生变化，允许活性部位的 结合基团和催化基团有较大的活动范围， 便于与其他物质的结合。
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食品化学必考点难题解析(第四章蛋白质)
第四章主要考点题型解析一、名词解释1、单细胞蛋白：单细胞蛋白，也叫微生物蛋白，它是用许多工农业废料及石油废料人工培养的微生物菌体。
因而，单细胞蛋白不是一种纯蛋白质，而是由蛋白质、脂肪、碳水化合物、核酸及不是蛋白质的含氮化合物、维生素和无机化合物等混合物组成的细胞质团。
单细胞蛋白中重要的是酵母蛋白、细菌蛋白和藻类蛋白，它们的化学组成中一般以蛋白质、脂肪为主。
2、蛋白质变性：蛋白质变性是指当天然蛋白质受到物理或化学因素的影响时，使蛋白质分子内部的二、三、四级结构发生异常变化，从而导致生物功能丧失或物理化学性质改变的现象。
3、盐析：当溶液中的中性盐浓度在 0.5mol/L 时，可增加蛋白质的溶解性，盐作用减弱蛋白质分子之间的相互作用。
4、盐溶：当溶液中的中性盐的浓度大于 1mol/L 时，蛋白质会沉淀析出，这是盐与蛋白质竞争水分的结果。
5、蛋白质织构(组织)化：是指采用物理或化学方法改变原料蛋白质的组织形式，使其形成具有咀嚼性和良好持水性的产品。
6、面团形成：小麦胚乳中的面筋蛋白质在当有水分存在时在室温下混合和揉搓能够形成强内聚力和粘弹性糊状物的过程。
7、蛋白质共凝胶作用：不同的蛋白质相互混合，可促进凝胶的形成，将这种现象称为蛋白质的共凝胶作用。
在蛋白质溶液中添加多糖，如在带正电荷的明胶与带负电荷的褐藻酸盐或果胶酸盐之间通过离子相互作用形成高熔点凝胶。
三、问答题1、试论述影响蛋白质水溶性的因素，并举例说明蛋白质的水溶性在食品加工中的重要性。
答：蛋白质与水的相互作用：蛋白质的水溶性蛋白质与水之间的作用力主要是蛋白质中的肽键（偶极-偶极相互作用或氢键），或氨基酸的侧链（解离的、极性甚至非极性基团）同水分子之间发生了相互作用。
影响蛋白质水溶性的应素很多：（1）pH>pI 时，蛋白质带负电荷，pH=pI 时，蛋白质不带电荷，pH<pI 时，蛋白质带正电荷。
溶液的 pH 低于或高于蛋白质的 pI 都有利于蛋白质水溶性的增加，一方面是加强了蛋白质与水分子的相互作用，另一方面蛋白质链之间的相互排斥作用。
食品化学 第四章蛋白质 (蛋白质的性质及食品加工对其影响)
α– 螺旋结构
β-折叠：指两条或多条几乎完全伸展的多肽链靠
链间氢键连结而形成的锯齿状折叠构象。
血红蛋白的四级结构
一、两性电离和等电点
1、电离 蛋白质同氨基酸一样也是两性电解质，即能 和酸作用，也能和碱作用。 蛋白质分子中可解离基团主要是侧链基团， 也包括末端氨基和羧基。
2、等电点
（pI ）：当某蛋白质在一定 蛋白质的等电点 蛋白质的等电点（ pI） 的pH 的溶液中，所带的正负电荷相等，它在电场 pH的溶液中，所带的正负电荷相等，它在电场 pH 值 中既不向阳极也不向阴极移动，此时溶液的 中既不向阳极也不向阴极移动，此时溶液的pH pH值 叫做该蛋白质的等电点。 pH 有关。利用蛋 蛋白质的带电性质与溶液的 蛋白质的带电性质与溶液的pH pH有关。利用蛋 电泳分离纯化蛋白质 。 白质的两性解离可以通过 白质的两性解离可以通过电泳分离纯化蛋白质 电泳分离纯化蛋白质。
肌红蛋白
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燕麦球蛋白
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� 低温：主要是一些酶在冷冻条件下失活
� ①冻结使蛋白质周围的水与其结合状态发生变化，从而破 坏了维持蛋白质构象的力。 � ②大量的水结成冰后，使得剩余水中的无机盐浓度大大提 高，局部高浓度的盐使蛋白质发生变性。 � 某些蛋白质经过低温处理后发生可逆变性，如有些酶（L苏氨酸脱氨酶）在室温下比较稳定，而在0℃时不稳定。 � 某些蛋白质（11S 大豆蛋白、麦醇溶蛋白、卵蛋白和乳蛋 白）在低温或冷冻时发生聚集和沉淀，当温度回升至室温 可再次溶解。
1、误食重金属盐类时，喝大量牛奶、蛋清或豆 浆能解毒吗？说说理由。
原因：重金属对身体的毒害主要来自使蛋白质变性， 从而失去生物活性，牛奶富含蛋白质，可以竞争重金属离 子，使变性的蛋白质不再是人体的蛋白质而是牛奶的蛋白 质，这样就可以保护人体。其实不是解毒，而是应急，如 果已经中毒，喝牛奶就没有用了。 2、做胃透视时要服“钡餐”-BaSO4为何不会中毒，能 否改服BaCO3? 原因：选择BaSO4，因为碳酸钡会与胃酸反应生成钡 离子，钡离子有毒的！
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G=H-TS=E+pV-TS
其中，T为绝对温度；S为体系的熵
注意:吉布斯自由能是体系的性质，它的大小 只决定于体系的始态和终态，而与变化的途 径无关(即与可逆与否无关)。
二、热容量
热容量:指系统在某一过程中，温度升高（或降低） 1℃所吸收（或放出）的热量。热容量的单位是J/K。
系统的热容量与状态的转变过程有关，与它所包含 的物质的质量成正比，不同过程的热容量不同。 系统吸收的热量为正值，释放的热量为负值
键 （kj/mol） 氢 键 范德华力 疏水作用 盐 键 二 硫 键 键能/ 13～30 4 ～8 12～20 12～30 210
熵是水溶液中形成疏水基团间结合的主要热动力学 驱动力。
1．静电相互作用
蛋白质的折叠态与退折叠态的空间结构不同，在水溶
液中，表现为同一个可电离基团附近环境的有效介电 常数的变化，于是它们的pka值也不同。
残基pka值的移动很小，但蛋白质大分子可电离集团
相当多，小pka值移动的大量积累对蛋白质稳定性很重
要。
静电相互作用对折叠稳定性潜在的重要性
2．范德华相互作用
范德华力（van der Waals interaction）
在物质的聚集态中，分子间存在着一种较弱的吸 引力，当两个不带电荷的原子非常靠近时，它们 的电子云相互作用，核周围电子位置的随机变化 可能产生一个瞬间电偶。该电偶能够诱导邻近的 原子产生一个短暂的反向电偶。这两个电偶之间 会产生微弱的引力,从而拉近两个原子核。这种微 弱的吸引力即为范德华力 。
以lnK的实验值对1/T作图，可以得到一条 直线，这条线上任何点上的斜率为 Van't Hoff焓（△H0）与R之比。
Van’t Hoff焓主要用于两态转变模型的分析
四、蛋白质构象与热运动
构象:由于单键基本自由旋转以及键角有一定的
柔性，一种具有相同结构和构型的分子在空间里 可采取多种形态，分子所采取的特定形态称为构 象。
第四章
蛋白质的物理化学性质
重点与难点
热力学相关函数：熵、焓、热容量 蛋白质折叠相关作用力 蛋白质的折叠过程
第一节 热力学函数与蛋白质构象
一、热力学函数与热力学平衡
· 内能：组成物体的所有分子的无规则
运动的动能与分子间相互作用的势能
之和。
焓(enthalpy)：是一个系统的热力学参数。
能之差。蛋白质中有许多种氢键。分源自类υOH/cm
-1
R（O…O）/nm >0.270 0.260~0.270
实
例
弱氢键 中强氢键
动，产生瞬间正、负电荷重心不重合，而出现瞬时偶 极。瞬时偶极之间的相互作用力 。
3.氢键（Hydrogen Bonding）
由电负性原子与氢形成的基团如（N-H和O-H） 具有很大的偶极矩，成键电子云分布偏向负电性 大的原子，因此氢原子核周围的电子分布就少，
正电荷的氢核(质子)就在外侧裸露。这一正电荷
使用微分扫描量热仪直接测定热容量变化
三、van’t Hoff 焓
•
Van’t Hoff 规则 ：荷兰科学家范特霍夫 提出, 温度每升高10 K, 反应速度增加2-4倍
当溶液中的活性状态N与失活状态U处于平衡时，平衡常 数K=[U]/[ N] 取决于两种自由能之差∆G=GU－GN 。 自有能差∆G也可以用焓差∆H=HU－HN和 熵差∆S=SU－ SN 表示为： ∆G = ∆H－T∆S 于是： －RT·lnK = ∆H0－T∆S0 由此看出，平衡常数对温度的依赖关系可以用来估计 ∆H的大小。H0和S0 分别表示标准状态下的焓和熵。 所以 lnK = －∆H0/ RT+∆S0/R 即 lnK =（－∆H0/ R）（1/T）+∆S0/R
构象角:围绕单键旋转的角度称为构象角,它决定
了多肽链的一个结构 。
热运动:是指蛋白质溶液中所有分子的不停运动，
包括了分子相对于容器的运动和分子内部各部分 之间的相对运动。
热运动在溶液中和多肽链的各部分之间传播，主 要是通过多肽链各部分之间和多肽链与溶液分子 之间的相互作用来实现的。
体系达到热力学平衡时，在空间的一定范围内和 一定间隔内的平均热运动能量不再发生变化，蛋 白质处于天然态 。
范德华力组成：
取向力 :当极性分子相互接近时，它们的固有偶极将同
极相斥而异极相吸，定向排列，产生分子间的作用力
诱导力 :当极性分子与非极性分子相互接近时，非极性分子在
极性分子的固有偶极作用下，发生极化，产生诱导偶 极，然后诱导偶极与固有偶极相互吸引而产生分子间作
用力
色散力 :非极性分子之间，由于组成分子的正、负微粒不断运
内能(E)和焓(H)是体系自身的性质，要 认识它们，需凭借体系和环境间热量和功 的交换从外界的变化来推断体系E和H的 变化值。 熵也是如此，体系在一定状态下有一定 的值，当体系发生变化时要用可逆变化过 程中的热温熵来衡量它的变化值。
•吉布斯自由能(Gibbs free energy,G):亦
称吉布斯函数，它是定温定压下系统的状态 函数。可以用公式表示为：
氢核遇到另一个电负性强的原子时，就产生静电 吸引，即氢键。
在生物相中最常见的氢键是羟基（-OH）和氨基（-NH）之 间，其稳定性递减次序大约是OHN>XON>HN-NHO，这种键 可以发生在分子间、分子内或者二者的结合。
氢键对蛋白质天然结构的稳定作用只能来自于水水氢键+链内氢键，和水-肽链氢键两种情况下的自由
五、热力学参数在分子水平上的解释
从分子的相互作用来理解蛋白质天然结构的稳定性 为了使蛋白质折叠起来，就需要通过多肽链各 部分间相互作用所引起的内能的减少来抵消构象熵 减少带来的自由能增加。
G=H-TS=E+pV-TS
稳定蛋白质三维结构的作用力：氢键、范德华 力、疏水作用力和盐键（离子键）及共价二硫键。
它描述的是体系的一个状态性质，焓的 变化是系统在等压可逆过程中所吸收的热 量的度量。用符号H表示，即
H=E+pV
E为系统内能，p为其压强，V则为体积
熵（S）是度量体系混乱度的热力学函数
从微观的角度来看，熵具有统计意义，它 是体系微观状态数(或无序程度)的一种量度。
熵值小，对应比较有秩序的状态 熵值大，对应比较无秩序的状态