华农考研资料食品化学-第五章蛋白质

第5章蛋白质Proteins5.1.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5.7蛋白质在食品加工中的变化5.8.蛋白质的测定5.1.概述Introduction5.1.1.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近年来，国际科学界研究发现，蛋白质经消化道酶促水解后主要是以小肽类的形式吸收，且比完全游离氨基酸更易、更快被机体吸收、利用，某些小肽不仅能提供人体生长、发育所需要的营养物质，而且具有独特的生物学功能可防治血栓、高血脂和高血压，延缓衰老、抵抗疲劳、提高机体免疫力。有些小肽具有原食品蛋白质或其组成氨基酸所没有的重要的生理机能，这正是生物活性肽引起当今科技界、医学界、营养学界、食品学界广泛重视的主要原因。生物活性肽具有极强的活性和多样性，随着研究的不断深入，这一领域在世界范围内日益受到关注。生物活性肽已成为高科技领域及产业的新热点。科学家对生物活性肽'价值'的重大发现：1、人体吸收蛋白质的主要形式，是以肽的形式吸收的，不是以氨基酸的形式吸收的。2、肽在人体合成蛋白质率较氨基酸高26%。3、氨基酸只有20种，功能固定，屈指可数，而以氨基酸为基料合成的多肽，可合成上百种上千种，其功能具有多样性。4、现代人缺乏肽。现代生活，人体从食物中吸收的蛋白质、氨基酸已不缺乏，但人体中的肽却很缺乏。因现代文明给人带来的负面影响是人体缺乏肽的主要原因。因为肽的缺乏，使现代人出现了“现代病”、“富贵病”、“亚健康”。人体必须从体外合成的肽中获取肽，以维护人体的健康。生物活性肽‘现代人’的前沿功能营养1、优于高蛋白。高蛋白是分子量在5万以上的氨基酸链，最终被人体合成肽才能吸收，但人体分解蛋白质，合成肽的数量微乎其微。高蛋白摄取太多，有很多副作用，它自身具有营养性，但不具备功能；肽不是高蛋白，肽是一种功能蛋白，人食后不但不会引起营养过剩，而且可以调节人体的营养平衡。2、氨基酸合成，优于氨基酸。肽是两个或两个以上的氨基酸以肽键相连的化合物，它比单个的氨基酸作用大上千倍。3、肽在人体合成蛋白质率比氨基酸高26%。4、氨基酸的吸收机制，只有合成肽才能被人体吸收。5、动物蛋白质中的氨基酸只有20种，植物蛋白质中的氨基酸只有18种，其功能屈指可数。而以氨基酸合成的肽，可合成上百种上千种肽，而每个肽的功能都比单个的氨基酸多，多肽的功能有成千上万。由食物蛋白质得到的生物活性肽创造新的营养价值目前，能够用于食品中的功能肽大多数为天然蛋白质的分离提取物，大都具有良好的营养价值，又有一定的生物学功能，成本较低，无毒副作用。研究者从动物的肌肉，动物的内脏，胶原蛋白，血红蛋白，鱼肉蛋白，鱼类的内脏，鱼的发酵液，牡蛎，海参，卵蛋白，酪蛋白，乳清，发酵乳，丝胶，丝素，蚕蛹等动物性蛋白质；大豆蛋白，豌豆蛋白，玉米蛋白，大米蛋白，花生蛋白，小麦蛋白，芝麻蛋白，无花果树液，酒糟，日本豆豉，腐乳等植物蛋白质，通过酶的降解都发现和分离出数量众多的具有生物活性的小分子肽，即活性寡肽。大豆蛋白活性肽具有丰富的营养和易消化、易吸收、溶于水、应用方便的特点，对人体具有调节作用，如抗高血压、抗胆固醇、抗血栓的形成，改善脂质代谢，防止动脉硬化、抗疲劳、保护肝脏、增进人体体能和肌肉力量、促进肌红细胞复原、促进钙、磷和其它微量元素的吸收，还有促进大脑和各部神经组织的恢复和发育、提高和恢复记忆力功能，能增强吞噬细胞和B细胞的活力，增强人体的免疫功能、抗癌、延缓衰老、保护表皮细胞、防止黑色素沉着、消除自由基、抗氧化，起血液清道夫的功能和作用，可以说大豆蛋白活性肽是生命的保护神。基因工程蛇毒活性肽以基因工程技术构建一种新型重组嵌合抗栓多肽基因，并在大肠秆菌体系实现直接表达，产物纯化加工、有较强的抑制血小板聚集活性的嵌合抗栓多肽。心脑血管疾病的发病率己成为在现代社会严重危害人类健康的一类疾病，包括高血压，冠心病，心肌梗塞，脑血栓等等。在治疗这类疾病的过程中，人类一直把追求更高效、更专一、更易得的各类抗栓、溶栓药剂作为治疗和预防该类疾病的最佳途径。分子量：一万到一百万道顿（Dalton)之间或更大。5.1.2.蛋白质的分子量及其测定方法测定方法渗透压法超离心法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%O：20-23%S：0-4%N：15-18%微量元素：P、Fe、Zn、Cu、I等5.1.4.蛋白质的分类按分子形状分球状蛋白质纤维状蛋白质按分子组成分简单蛋白质结合蛋白质按蛋白质的溶解度分清蛋白球蛋白谷蛋白醇溶蛋白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：酵母海洋：螺旋藻5.2.氨基酸的物理化学性质PhysicochemicalPropertiesofAminoAcids5.2.1.氨基酸的结构、分类及一般性质GeneralPropertiesofAminoAcids结构CCOOHHRNH2分类Classification按R的极性分类非极性氨基酸：Ala,Ile,Leu,Phe,Met,Trp,Val,Pro极性氨基酸无电荷侧链氨基酸:Ser,Thr,Tyr,Asn,Gln,Cys,Gly带正电荷侧链氨基酸:Lys,Arg,His带负电荷侧链氨基酸:Asp,Glu1。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缬氨酸58.12.氨基酸的酸碱性质Acid-BasePropertiesofAminoAcids氨基酸在pH=7时水中存在形式RCHCOO-NH3+RCHCOOHNH2不是氨基酸是酸氨基酸是碱RCHCOO-NH3+RCHCOO-NH2+H+RCHCOO-NH3+RCHCOOHNH3++H+氨基酸的等电点是指氨基酸在溶液中净电荷为零时的pH值氨基酸的等电点估算当用酸滴定时RCHCOO-当用酸滴定时NH3++H+RCHCOOHNH3+不同的AA有不同的等电点NH3+R-CH-COO-Ka1=NH3+R-CH-COOHH+NH3+R-CH-COO-NH3+R-CH-COOH当=Ka1=H+1pKa1pH1=同理可算当用碱滴定时pKa2pH2=（pKa1+pKa2）/2pI=因此4.呈味性AA味感与其立体构型有关D型的AA多带甜味（甜味最强的为D色氨酸）L型AA有甜、苦、鲜、酸四种味感例，甜味AA：GlyAlaSerThrProGln羟辅胺酸赖氨酸盐酸盐苦味AA：ValLeuIleMetPheTrpArg精胺酸盐酸盐His酸味AA：组氨酸盐酸盐AspnAspGlu鲜味AA：天门冬氨酸钠谷氨酸钠5。氨基酸的疏水性HydrophobicpropertiesofAA疏水性概念Hydrophobicistheexcessfreeenergyofasolutedissolvedinwatercomparedtothatinanorganicsolventundersimilarconditions.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△G△G0=-RTlnS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6。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λ=210nm,氨基酸都有吸收峰λ=278nm,色氨酸都有最大吸收峰λ=274.5nm,酪氨酸都有最大吸收峰λ=260.0nm,苯丙氨酸都有最大吸收峰7。氨基酸的化学反应=与邻苯二甲醛反应于HNO2反应放出N2（脱氨基反应）与水合茚三酮反应水合茚三酮与AA一起共热，生成紫色染料，同时放出CO2与甲醛反应与羟基反应酯化脱羟与金属离子鳌合与荧光氨反应用于快速检测AA肽和Pro5.3.蛋白质分子构象TheConformationofProteins5.3.1.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蛋白质结构层次一级结构PrimaryStructure二级结构SecondaryStructure超二级结构SupersecondaryStructure结构域Domain三级结构TertiaryStructure四级结构QuaternaryStructure构象与构型的区别构型：构象：在立体异构体中，取代原子或基团在空间的取向当单链旋转时，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。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。肽键的结构+肽单位结构特征。肽键不同于C-N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；。肽单位平面有一定的键长和键角。。肽单位是刚性平面结构；5.3.3蛋白质分子的二级结构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。二级结构类型螺旋结构β-折叠股和β-折叠片回折β-发夹和Ω环三股螺旋无规卷曲概念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。螺旋结构的种类按每一圈AA残基数分α-系螺旋γ-系螺旋非整螺旋右手螺旋左手螺旋整数螺旋按螺旋旋转方向分按氢键形成方式分α-螺旋特征。每一圈包含3.6个残基，螺距0.54nm,残基高0.15nm,螺距半径0.23nm;。每一个φ角为-57，每一个ψ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α-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α-螺旋不稳定甘氨酸残基在多肽链上连续存在时，则α-螺旋不能形成脯氨酸残基和羟脯氨基酸残基存在时，则不能形成α-螺旋结构310-螺旋每一圈含有三个氨基酸残基、十个原子。φ=-49,ψ=-26不稳定。残基高度为0.2nm，螺旋半径为0.19nm；β-折叠股和β-折叠片β-折叠股是一种较伸展的锯齿形的主链构象。φ=-120+45，ψ=+130+30β-折叠片回折5.3.4三级结构指含α螺旋、β弯曲和β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概念肌红蛋白的三级结构稳定三级结构的作用力蛋白质结构稳定疏水相互作用氢键范德华引力静电相互作用二硫键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蛋白质的一般性质1。酸碱性及等电点酸碱性：同氨基酸一样，表现出酸碱性。等电点：蛋白质正负电荷相等时的pH，用PI表示在等电点处：蛋白质溶解度最低，在电场中不移动，黏度及渗透压最低。2。胶体性质蛋白质是高分子化合物，其溶液具有胶体溶液的特征。3。蛋白质的显色反应与水合茚三酮反应，水合茚三酮与AA一起共热，生成紫色染料，同时放出CO2（定性检验）与双缩脲反应，生成紫色络合物（定量测定）5.4.蛋白质的变性ProteinDenaturation5.4.1天然蛋白质的概念在体内条件下，蛋白质具有呈现全部生物功能所需要的精确构象。5.4.2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、荧光光谱发生变化化学性质的改变酶水解速度增加分子内部基团暴