蛋白质的结构与功能特性

蛋白质的结构与功能特性的关系

蛋白质分子是由氨基酸首尾相连缩合而成的共价多肽链，但是天然蛋白质分子并不是走向随机的松散多肽链。每一种天然蛋白质都有自己特有的空间结构或称三维结构，这种三维结构通常被称为蛋白质的构象，即蛋白质的结构。

一级结构：构成蛋白质的单元氨基酸通过肽键连接形成的线性序列，为多肽链。一级结构稍有变化，就会影响蛋白质的功能。

二级结构：一级结构中部分肽链的弯曲或折叠产生二级结构。多肽链的某些部分氨基酸残基周期性的空间排列。现已知的蛋白质中二级结构共有四种: α-螺旋，β-折叠，β-转角，无规卷曲。

三级结构：在二级结构基础上进一步折叠成紧密的三维形式。三维形状一般都可以大致说是球状的或是纤维状的。

四级结构：由蛋白质亚基结构形成的多于一条多肽链的蛋白质分子的空间排列。

超二级结构：是指在多肽链内顺序上相互邻近的二级机构常常在空间折叠中靠近，彼此相互作用，形成规则的二级结构聚集体。

蛋白质是构成机体组织、器官的重要组成部分，人体各组织无一不含蛋白质，在人体的瘦组织中（非脂肪组织），如肌肉组织和心、肝、肾等器官均含有大量蛋白质、骨骼、牙齿、乃至指、趾也含有大量蛋白质；细胞中，除水分外，蛋白质约占细胞内物质的80%，因此构成机体组织、器官的成分是蛋白质最重要的生理功能。身体的生长发育可视为蛋白质的不断积累过程。蛋白质对生长发育期的儿童尤为重要。

[1]蛋白质在烹饪中的热变性具有很大的温度系数，在等电点时可达600左右，即温度每升高10℃，蛋白质变性的速度是原来的600倍。利用蛋白质的高温度系数，可采用高温瞬间灭菌，加热破坏食物中的有毒蛋白，使之失去生理活性。在加工蔬菜、水果时，先用热水烫漂，可使维生素C氧化酶或多酚氧化酶变性而失活，从而减少加工过程中维生素C由于酶促氧化的损失和酶促褐变。

在烹饪中采用爆、炒、烟、测等方法，由于进行快速高温加热，加快了蛋白质变性的速度，原料表面因变性凝固、细胞孔隙闭合，从而原料内部的营养素和水分不会外流，可使菜看的口感鲜嫩，并能保住较多的营养成分不受损失。

除了高温之外，酸、碱、有机溶剂、振荡等因素也会引起蛋白质变性，并均可在烹饪中得到应用。

蛋白质的pH值处于4以下或10以上的环境中会发生酸或碱引起的变性，例如在制作松花蛋时，就是利用碱对蛋白质的变性作用，而使蛋白和蛋黄发生凝固；酸奶饮料和奶酪的生产，则是利用酸对蛋白质的变性作用；牛奶中的乳糖在乳酸菌的作用下产生乳酸，pH值下降引起乳球蛋白凝固，同时使可溶性的酪蛋白沉淀析出。

酒精和其他有机溶剂也能使蛋白质变性，鲜活水产品的醉腌就是利用这一原理，通过酒浸醉死，不再加热，即可食用，如醉蟹、平湖糟蛋等。

将蛋白质进行不断的搅拌，由于液层产生了应力，导致蛋白质空间结构被破坏而引起变性，变性后的蛋白质肽链伸展；由于连续不断的搅拌，不

断地将空气掺入到蛋白质分子内部中去，肽链可以结合许多气体，使蛋白质体积膨胀，形成泡沫。如果在较低的温度或时间较短的情况下进行搅拌或振荡，只能破坏蛋白质的三级和四级结构，这种变性是可逆的，如蛋清拍打后产生的泡沫，放置后又可回复为蛋清。新鲜蛋品所含的卵粘蛋白较多，经过剧烈搅拌后，容易形成泡沫；当蛋品新鲜度下降后，卵粘蛋白即分解成糖和蛋白质，使整个蛋清变稀薄，从而影响起泡。因此制作蛋泡糊、装点菜肴或制作糕点时，应选用起泡性强的新鲜蛋。[1]

[2]天然蛋白质的严密结构在某些物理或化学因素作用下，其特定的空间结构被破坏，从而导致理化性质改变和生物学活性的丧失，如酶失去催化活力，激素丧失活性称之为蛋白质的变性作用。变性蛋白质只有空间构象的破坏，一般认为蛋白质变性本质是次级键，二硫键的破坏，并不涉及一级结构的变化。

变性蛋白质和天然蛋白质最明显的区别是溶解度降低，同时蛋白质的粘度增加，结晶性破坏，生物学活性丧失，易被蛋白酶分解。

引起蛋白质变性的原因可分为物理和化学因素两类。物理因素可以是加热、加压、脱水、搅拌、振荡、紫外线照射、超声波的作用等；化学因素有强酸、强碱、尿素、重金属盐、医`学教育网搜集整理十二烷基磺酸钠（SDS）等。在临床医学上，变性因素常被应用于消毒及灭菌。反之，注意防止蛋白质变性就能有效地保存蛋白质制剂。

变性并非是不可逆的变化，当变性程度较轻时，如去除变性因素，有的蛋白质仍能恢复或部分恢复其原来的构象及功能，变性的可逆变化称为复性。例如，前述的核糖核酸酶中四对二硫键及其氢键。在β 巯基乙醇和8M尿素作用下，发生变性，失去生物学活性，变性后如经过透析去除尿素，β-巯基乙醇，并设法使疏基氧化成二硫键，酶蛋白又可恢复其原来的构象，生物学活性也几乎全部恢复，此称变性核糖核酸酶的复性。

许多蛋白质变性时被破坏严重，不能恢复，称为不可逆性变性。[2]

[3]蛋白质变性是蛋白质的一条重要性质。这条性质在日常生活、医疗、工农业生产中都有重要用途。，医生常用酒精杀菌消毒，是因为酒精能与水形成氢键，有很强的吸水能力，同时它可以影响蛋白质中的氢键，结果使菌体蛋白质脱水、变性沉淀。菌体蛋白质是构成细菌的主要成分，一旦被破坏，细菌就失去活力。至于为何用70,~75％的酒精而不用95％的酒精，是因为浓度高的酒精能迅速使菌体表面的蛋白质变性，阻碍酒精渗入细菌内部发挥只要，结果细菌只是暂时失去活力，但并不死亡。而浓度较低的酒精，使菌体蛋白质变性慢，酒精可渗入菌体蛋白质内部发挥作用，最后杀死细菌。

重金属盐也能使蛋白质变性，而当人误食重金属盐类时，可以喝大量牛奶、蛋请或豆浆解毒。原因上述食品中含有较多的蛋白质，可以跟重金属盐类形成不溶于水的化合物而排出体外，这样可以减轻重金属盐类对胃肠粘膜的危害起到缓解毒性的作用。[3]

[1]:全聚德营养与健康2007-05-24 《蛋白质在烹饪中的变化》

[2]:医学教育网临床医学检验2011-8-30 《蛋白质的变性》

[3]:教学探索2007年第15期《浅谈蛋白质的变性及应用》张贤明