第5章 蛋白质 课件.pdf

5.1.概述5.2.氨基酸的物理化学性质5.3.蛋白质分子构象5.4.蛋白质的变性5.5.蛋白质的功能性质5.6.蛋白质的营养性质在食品加工中蛋白质的变化5.8.蛋白质的测定5-1-1.蛋白质在食品加工中的意义蛋白质是食品中三大营养素之一蛋白质对食品的色、香、味及组织结构等具有重要意义 一些蛋白质具有生物活功能，是开发功能性食品原料之一 5.1.2.蛋白质的分子量及其测定方法分子量：一万到一百万道顿（Dalton 之间或更大。r渗透压法超离心法测定方法 、封*由沙凝胶过滤法、聚丙烯酰胺凝胶电泳法5.1-3.蛋白质的元素组成C：50-55%H：6-8%0：20-23%S：0-4%N：15-18%微量元素：P、Fe、Zn、Cu、I等5.1-4.蛋白质的分类纤维状蛋白质按分子形状分YL球状蛋白质r简单蛋白质按分子组成分4结合蛋白质清蛋白谷蛋白按蛋白质的溶解度分球蛋白I醇溶蛋白5.1.5.食品中蛋白质来源动物中蛋白质；如猪肉、鱼肉、鸡肉、乳植物中蛋白质：如大豆、谷物微生物中蛋白质：酵母5.2.氨基酸的物理化学性质Physicochemical Properties of Amino Acidsg95.2.1.氨基酸的一般性质General Properties of Amino Acids结构分类按R的极性分类r 非极性氨基酸：AgLeuPhe,Met,Trp,Val,Pro 无电荷侧链氨基酸:Ser,Thr,Tyr,Asn,Gln,Cys,Gly极性氨基酸带正电荷侧链氨基酸:LysArg,His带负电荷侧链氨基酸:Asp,Glu氨基酸在水中的溶解度氨基酸溶解度(g/L)氨基酸溶解度(g/L)丙氨酸167.2亮氨酸21.7精氨酸855.6赖氨酸739.0天冬酰胺28.5蛋氨酸56.2天冬氨酸5.0苯丙氨酸27.6半胱氨酸脯氨酸1620.0谷胺酰胺7.2(37)丝氨酸422.0谷氨酸8.5苏氨酸13.2甘氨酸249.9色氨酸13.6组氨酸酪氨酸0.4异亮氨酸34.5缴氨酸58.1氨基酸的酸碱性质氨基酸在pH=7时水中存在形式RCH COO-NH3+不是RCH COOHNH2氨基酸是酸CHCOO-CHcoo-NH+3NH2氨基酸是碱coo-CHNH+3NH+3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CH COONH3+a-RCH COOH+H+v NH+3Ka1=当H-COO-1pH1=pKa1同理可算当用碱滴定时pH2=pKa2因此 pl=(pKa1+pKa2)12但R侧链带电荷不同时，估算方法不同酸性氨基酸 p|=(pKa1+pKa3)12碱性氨基酸 p|=(pKa2+pKa3)12氨基酸的疏水性 Hydrophobic properties of AA疏水性概念Hydrophobic is the excess free energy of a solute dissolved in water compared to that in an organic solvent under similar conditions.氨基酸的疏水性是指氨基酸从乙醇转移至水中的自由能变化4GG二 RTInS 乙醇/S 水S乙醇氨基酸在乙醇中的溶解度S水氨基酸在水中的溶解度氨基酸的光学性质及光谱氨基酸具有旋光性（除甘氨酸立体异构体：L、D型，天然只存在L型异构体A=210nm,氨基酸都有吸收峰A=278nm,色氨酸都有最大吸收峰A=274,5nm,酪氨酸都有最大吸收峰A=260.Onm,苯丙氨酸都有最大吸收峰氨基酸的化学反应与黄三酮反应与邻苯二甲醛反应1,2-苯二甲醛5.3.蛋白质分子构象The Conformation of Proteins5.3.1.概述蛋白质分子构象是指蛋白质分子中所有原子在三维空间中的排布一级结构 Primary Structure二级结构 Secondary Structure蛋白质结构层次 超二级结构Supersecondary Structure 结构域Domain三级结构 Tertiary Structure四级结构 Quaternary Structure构象与构型的区别构型：在立体异构体中，取代原子或基团在空间的取向构象：当单链旋转时，分子中的基团或原子可能形成不同的空 间排布，这些不同的空间排列称为不同的构象。蛋白质分子构象研究进展第一阶段：1959年以前1951 年 Pauling 和 Gorey奠定了蛋白质空间结构研 究理论基础第二阶段：1959年以后用x射?构分析:揭示了肌红蛋白的二、三级结构首次证实了 a-螺旋 在蛋白质中存在分析方法的应用:中子衍射、二维核磁共振法、圆二色法、激光拉曼光谱法等5.3.2 蛋白质分子一级结构概念是指氨基酸通过共价键即肽键连接而成的线性序列O肽键的结构肽单位结特征肽键不同于CN单键和C=N双键；肽键具有部分单键性质同时又有双键性质；肽键不能自由旋转；肽单位是刚性平面结构；肽单位平面有一定的键长和键角。5.3.3 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B 折叠股和S 折叠片二级结构类型 p 发夹和。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。0.6 nm螺旋结构的种类整数螺旋按每一圈AA残基数分非整螺旋右手螺旋按螺旋旋转方向分按氢键形成方式分左手螺旋用系螺旋丫-系螺旋a螺旋特征每一圈包含36个残基，螺距0.54nm,残基高0.15nm,螺距半径0.23nm;每一个（P角为-57,每一个qj角为47；相邻螺旋之间形成链内氢键;氢键的取向与螺轴几乎平行。侧链R对a 螺旋的影响在多肽链上，连续存在带相同电荷基团的AA残基，则出螺旋不稳定当Gly残基在多肽链上连续存在时，则a-螺旋不能形成Pro残基和羟脯氨基酸残基存在时，则不能形成a-螺旋结构3他螺旋每一圈含有三个氨基酸残基；残基高度为0.2nm,螺旋半径为049nm；=-49,不稳定。P 折叠股和B 折叠片B 折叠股是一种较伸展的锯齿形的主链构象。=-120+45,浙叠片回折5.3.4三级结构概念指含a螺旋、B弯曲和S折叠或无规卷曲等二级结构的蛋白质，其线性多肽链进一步折叠成为紧密结构时的三维空间排列肌红蛋白的三级结构稳定三级结构的作用力疏水相互作用蛋白质分子的四级结构蛋白质亚基：是一条多肽链寡聚蛋白质：由少数亚基聚合而成的蛋白质多聚蛋白质：由几十个，甚至上千个亚基聚合而成的 蛋白质。四级结构的狭义定义:是指寡聚蛋白质中的种类、数目、空间排布 以及亚基之间的相互作用。四级结构的广义定义：由相同或不同球蛋白分子所构成的聚合体5.4蛋白质的变性 Protein Denaturation5.4-1天然蛋白质的概念在体内条件下，具有呈现全部生物功能所需要的精确构 象的蛋白质变性的现象。542蛋白质变性的概念由于外界因素的作用，使天然蛋白质分子的构象发生了异 常变化，从而导致生物活性的丧失以及物理、化学性质的 异常变化，不包括一级结构上肽键的断裂。5.4.3蛋白质变性现象物理性质的改变凝集、沉淀流动双折射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2生物性能的改变抗原性改变生物功能丧失嘴5.4.4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不可逆变性除去变性因素之后，在适当的条件下蛋白质构象由变性态不能恢复到天然态。546蛋白质变性测定方法测定蛋白质的比活性以天然蛋白质作对照，测定蛋白质物理性质的变化。测定蛋白质化学性质的变化观察蛋白质的溶解度变化测定蛋白质的抗原性是否改变547影响蛋白质变性的因素温度机械处理 液压辐射 界面 酸碱 尿素和盐酸服 表面活性剂有机溶剂 盐55蛋白质功能性质Functional Properties of Proteins551蛋白质的功能性质概念在食品加工、保藏、制备和消费期间影响 蛋白质在食品体系中的性能的哪些蛋白质 的物理和化学性质。552食品蛋白质在食品体系中的功能作用功能溶解性 粘度 持水性 胶凝作用 粘结粘合 弹性 乳化 泡沫 脂肪和风 味的结合食品 蛋白质类型饮料汤、调味汁香肠、蛋糕、肉和奶酪乳清蛋白明胶肌肉蛋白，鸡蛋蛋白肌肉蛋白和乳蛋白肉、香肠、面条肌肉蛋白，鸡蛋蛋白肉和面包 香肠、蛋糕 冰淇淋、蛋糕 油炸面圈肌肉蛋白,肌肉蛋白,鸡蛋蛋白,谷物蛋白谷物蛋白 鸡蛋蛋白 乳清蛋白553,蛋白质的水合性质 Properties Hydration of Proteins概念蛋白质分子中带电基团、主链肽基团、Asn、GE的酰胺基、Ser.Thr和非极性残基团与水分子相互结合的性质。氨基酸残基的水合能力氨基酸残基极祀萩酸AsnGinProSer,TheTrpAsp（非离子化）Glu（非离子化）TyrArg（非离子化）Lys（非离子化）水合能力/molHzO/mol 残基）2232222334氨基酸残基水合能力/mol HzO/mol残基）Asp 6Glu 7Tyr 7Arg+3His+4Lys+4非极性残基Ala 1Gly 1Phe 0Vai,lie,Leu,Met 1蛋白质结合水的能力当干蛋白质粉与相对湿亚为90%.95%的水蒸汽达到 平衡时每克蛋白质所结合的水的克数。蛋白质水合过程各种蛋白质的水合能力蛋白质水合能力/g&0何蛋白质）纯蛋白质 肌红蛋白 血清清蛋白 血红蛋白 胶原蛋白 酪蛋白 卵清蛋白 商业蛋白质产品 乳清浓缩蛋白 大豆蛋白0.440.330.620.450.400.300.45-0.520.33影响蛋白质结合水的环境因素5.5.4溶解度蛋白质的溶解度大小Bigelow的蛋白质溶解度理论电荷频率高低V_7pH和溶解度离子强度和溶解度Na!7：Q /X 0.()：-n.2；（j.（）KC1-.MgzS()4 I.NHmSS j心;o,iI 一 _ LO 2.0 3.0 4.0然强眼盐离子与蛋白质相互作用温度和溶解度温度升高溶解度增大度避）5.5.5 蛋白质的界面性质 Interfacial properties of proteins概念:是指蛋白质能自发地适移至汽-水界面 或油-水界面的性质。具有界面性质的蛋白质必要条件能否快速地克附至界面能否快速地展开并在界上面再定向 能否形成经受热和机械运动的膜影响蛋白质界面性质的因素内在因素外在因素氨基酸组成PH非极性AA与极性AA之比离子强度和种类疏水性基团与亲水性基团 的分布二级、三级和四级结构蛋白质浓度时间二硫键温度分子大小和形状分子柔性乳化性质Emulsifying Properties液滴大小分布乳化活力测定乳化性质的方法乳化能力 乳化稳定性r光学显微镜法电子显微镜法测定乳状液滴大小方法 pH=PI溶解度减少时，降低其乳化作用 pH=PI溶解度增加，增加其他乳化作用 血清清蛋白、明胶、蛋清蛋白在pH=PL具有较高的溶解 度，此时，乳化作用增加。与蛋白质表面疏水性存在续正相关。适当热诱导蛋白质变性，可增强其乳化作用。起泡性 Foaning Properties蛋白质的起泡性质是指它汽一液界面形成坚韧的薄膜使大量气泡并入和稳定的能力。蛋白质的起泡力是指蛋白质能产生的界面面积的量泡沫体积起始液体的体积膨胀率=-X100%起始液体的体积并入气体的体积膨胀力=-X100%液体的体积不同蛋白质溶液的起泡力蛋白质 起泡.牛血清清蛋白 280乳清分离蛋白 600鸡蛋蛋清 240卵清蛋白 40牛血浆 2600 乳球蛋白 480血纤维蛋白原 360大豆蛋白（酶水解）500明胶（酸法加工猪皮明胶）760蛋白质作为起泡剂的必要条件A必须快速地吸附至气水界面必须易在界面上展开和重排A必须在界面上形成一层粘合性膜蛋白质分子的性质与起泡性的关系溶解度疏水性（或两亲性）分子（或链段）的柔性具有相互作用活性的 链段带电基团的配置极性基团的配置快速扩散至界面带电、极性和非极性残基的分布促进界面相互作用推进在界面上的展开具有不同功能性链段的配置促进在气、水和界面相 的相互作用在邻近气泡之间的电荷推斥防止气泡和紧密靠近；水合作用、渗透和空间效应（受此性质和蛋白质膜的成分的影响）影响蛋白质起泡性质的环境因素PH盐糖脂蛋白质浓度温度5.5.6.与风味物质结合蛋白质风味蛋白质风味良好风味载体与不良风味结合蛋白质与风味之间的相互作用干蛋白粉范德华力 静电物理截留液态或高水分食品中蛋白质非极性配位体与蛋白质表面的疏水性小区相互作用通过氢键相互作用静电相互作用醛类化合物通过共价键结合至赖氨酸残基上影响蛋白质与风味结合的因素温度盐PH化学改性5.5.7,粘度蛋白质溶液流体特征假塑性流体r=mrn蛋白质切变稀释的原因分子朝着流动方向逐渐取向，使磨擦阻力减少。蛋白质的水合范围沿着流动方向形变o 氢键和其他续键的断裂导致蛋白质聚集体或网络结构的 解离。影响蛋白质流体粘度特性因素蛋白质被分散的分子或颗粒的表观直径。蛋白质i溶剂的相互作用。蛋白质i蛋白质相互作用。558,凝胶化作用(Gelation)凝胶化作用概念是指变性的蛋白质分子聚集并形成有序的蛋白质网 络结构过程。凝胶化作用机制溶胶状态一似凝胶状态有序的网络结构状态凝胶化的相互作用氢键疏水相互作用静电相互作用金属离子的交联相互作用 二硫键影响蛋白质凝胶化作用的因素溶液的pH蛋白质的浓度 金属离子蛋白质凝胶化作用在食品加工中的应用果冻豆腐香肠重组肉制品56蛋白质的营养性质561.判断蛋白质的质量氨基酸的组成：Lys、Thr、Trp是限制性AA.消化率是人体从食品蛋白质吸收的氮占摄入的氮的比例。562影响食品消化率的因素蛋白质的构象抗营养因子 加工条件5.6.3,蛋白质营养价值的评价方法生物方法化学方法酶和微生物方法5.7.在食品加工中蛋白质的物理、化学和营养变化5.7.1,加热处理对蛋白质的影响A蛋白质的一些功能性质发生变化A破坏食品组织中酶有利食品的品质A促进蛋白质消化破坏抗营养因子A引起氨基酸脱硫胱酰胺异构化有养存在时加热处理，色氨酸部分受到破坏T200,碱性条件下，色氨酸发生异构化剧烈热处理引起蛋白质生成环状衍生物5.7.2.加工时蛋白质之间相互作用DHA与赖氨酸、鸟氨酸、半胱氨酸形成交联-NHCHCO I(CH2)4I NH2|-NHCHCOI II(CH2)3I II NH2|-NHCHCOII CH2II SHCH 2IIHN-C CO-脱氢丙氨酸4-2)2 CHCHNHCH-zfvHN-CHCO-NH-CHCO I(CH2)3NHI 产HNCHCO-NHCH COI CH2I sICH2一HN一 CHCO 一赖氨酰丙氨酸残基鸟氨丙氨酸残基羊毛硫氨酸残基赖氨酸、谷氨酰胺与天冬胱胺形成共价交联r辐射引起蛋白质发生聚合出。2引起酪氨酸发生氧化性交联PH+L00-P.+LOOH-天然蛋白质 脂类自由基 脂类过氧化物形成的蛋白质自由基p，随后发生多肽链聚合等P+P一 P-P5.7.3,蛋白质与氧化剂之间的相互作用食品常用氧化剂H2O2过氧苯甲酰 次氯酸钠蛋氨酸的氧化()T S(H：I：S CH()半胱氨酸的氧化H：-IM*H1)KSQ!l;；S!I()1 1 ,.i-i,)心，)11色氨酸的氧化K Zt戒58蛋白质的测定581概述食品中蛋白质的含量食物名称 蛋白质含量 食物名称 蛋白质含量9.5稻米8.320.1小麦粉（标准）9.911.1小米9.719.68.518.636.321.2大占菜1.13.3油菜（秋）1.226.2油菜（春）2.621.52.416.50.814.70.417.60.816.70.918.1鸭梨0.121.417.3X9瘦瘦瘦,巴R巴 力 月月月 全,4 4(鱼鱼肉肉肉肉肉肉乳粉 蛋黄黄鱼鱼鱼 猪牛羊马驴兔牛乳鸡鸭鸡大小带始鲤一些蛋白质的含氮量蛋白质氮（克）蛋白质氮（克）肌动蛋白（兔肌肉）16.7谷蛋白（小麦）17.6清蛋白（牛血）16.07血红蛋白（马）16.8清蛋白（鸡蛋白）15.9胰岛素A（牛肉）15.883淀粉酶16.23B-乳球蛋白（牛乳）15.64抗生物素蛋白（鸡蛋白）14.80溶菌酶（鸡蛋白）18.80全酪蛋白（牛乳）15.63肌球蛋白（兔肌肉）16.70胶原（蛋白）（牛皮）18.70木瓜蛋白酶（木瓜）17.15伴清蛋白（鸡蛋白）16.6核糖核酸酶A（牛胰）17.51白明胶（小牛皮）18.1鞋精蛋白（鞋精液）31.5麦醇溶蛋白（小麦）17.66胰蛋白酶（牛胰）16.95球蛋白（南瓜籽）18.55色氨酸合成酶17.5胰岛血糖素（猪）17.29玉米醇溶蛋白（玉米）16.2582蛋白质定量法定氮法利用蛋白质共性的方法 NH4+H2BO3-H2BO3-+H+-H3BO3仪器凯氏烧瓶 定氮球 漏斗 冷凝管 锥形瓶 滴定管试剂及作用浓硫酸：脱水、氧化硫酸铜：催化剂及消化指示剂硫酸钾：提高溶液的沸点氢氧化钠混合指示剂硼酸盐酸蛋白质计算蛋白质=V XN X0.14 X6.25 X100 WV滴定时所耗盐酸标准溶液的毫升数；N标准盐酸溶液的当量浓度；0.141毫升当量氮的克数；6.25氮的蛋白质换算系数；W一样品克数。注意事项消化时间一般约4小时左右即可，消化时间过长会 引起氨的损失。如样品中含赖氨酸或组氨酸较多时，消化时间需 延长12倍。样品含脂肪或糖较多时，消化时间要长些。同时 注意消化过程中产生泡沫溢出瓶外。在蒸馈过程中注意接头处有无松漏现象。装置含硝食品中蛋白质的测定以硝酸盐、亚硝酸盐形式存在的氮在凯氏法中消化时将成 为硝酸和亚硝酸挥发损失。实验中加入水杨酸使硝态氮变成硝基水杨酸固定下来，加 入硫代硫酸钠使其还原为氨基化合物，在浓硫酸作用下分 解，最后变成硫酸铁，然后按凯氏法定氮。C6H4(OH)COOH+HNO3C6H3(OH)(NO2)COOH+H2ONaSzOs+H2sO41 H2SO3+S+Na2SO4C6H3(OH)(NO3)COOH+3H2SO3+H2O1 C6H3(OH)(NH2)COOH+3H2SO4C6H3(OH)(NH2)COOH+13H2SO4NH3+7CO2+13SO2+15H2O2NH3+H2sO4(NH4)2SO4染料结合法方法提要凡是来源相同的蛋白质，碱性（或酸性）氨基酸的含量，大体上是相同的。利用这个特点，加入过量的酸性（或碱性）染料，使其和蛋白质形成不溶性盐而沉淀 析出。用分光光度计测定未反应的染料量，然后根据算 出来的结合染料量求出蛋白质含量。酸性橙 12(Acid Orange12)OHSC3H双缩胭法双缩服在碱性环境中，能与硫酸铜结合成红紫色的络合 物，此反应称为双缩服反应。蛋白质分子中含有肽键，与双缩胭结构相似，故能呈此反应。特点A本方法是测定蛋白质浓度常用方法之一。A组氨酸以外其他游离的氨基酸、二肽等不显色;A除双缩服、一亚氨基双缩服、二亚氨基双缩服、氨醇、氨基酸酰胺、丙二酰胺等少数化合物以外，非蛋白质均 不显色、大体上可以看作这是蛋白质所特有的反应。A此法灵敏度较差，但操作简便迅速。