食品保健与安全5_蛋白质

Chapter5Protein本章提要重点：蛋白质的变性及其对食品品质的影响；蛋白质的功能性质及其在贮藏加工过程中的变化，以及食品加工条件对食品品质和营养性的影响；食品中蛋白质及氨基酸的测定。难点：蛋白质功能性质、蛋白质构象变化对其性质的影响。Contents5.1.Introduction5.2.Physicochemicalpropertiesofaminoacids5.3.Proteinstructure5.4Proteindenatutation5.5Functionalpropertiesofproteins5.6Nutritionalpropertiesofproteins5.7Processing-inducedphysicalchemicalandnutritionalchangesinproteins5.8Measurementofprotein5.9NewsourceofProteins5.1.概述Introduction1.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性功能，是开发功能性食品原料之一2.蛋白质的分子量及其测定方法分子量：一万到一百万道尔顿（Dalton)之间或更大测定方法:•渗透压法•超离心法•凝胶过滤法•聚丙烯酰胺凝胶电泳法3.蛋白质的元素组成TheelementsofproteinC：50-55%H：6-8%O：20-23%S：0-4%N：15-18%微量元素：P、Fe、Zn、Cu、I等。4.蛋白质的分类Theclassificationofprotein按分子形状分纤维状蛋白质球状蛋白质按分子组成分简单蛋白质结合蛋白质清蛋白（溶于水、稀盐、稀酸、稀碱）球蛋白（不溶于水、溶于稀盐、稀酸、稀碱）谷蛋白（不溶于水、盐、溶于稀酸、稀碱）简单蛋白质醇溶蛋白（溶于70-80％乙醇、稀酸、稀碱）（按蛋白质的溶解度分）组蛋白（溶于水、稀酸、稀氨水沉淀）鱼精蛋白（溶于水、稀酸、氨水沉淀）硬蛋白（不溶于水、稀盐、稀酸、稀碱）结合蛋白质核蛋白脂蛋白糖蛋白磷蛋白血红蛋白黄素蛋白金属蛋白酶运输蛋白质营养和贮存蛋白质根据生物功能分收缩蛋白质或运动蛋白质结构蛋白质防御蛋白质5.食品中蛋白质来源Thesourceofproteininfood•动物蛋白质:如猪肉、鱼肉、鸡肉、乳•植物蛋白质：如大豆、谷物•微生物蛋白质：酵母氨基酸的一般性质GeneralPropertiesofAminoAcidsCCCH2OHHHOHOCCCH2OHOHHHOD－甘油醛L－甘油醛CCCH2OHHHOHOCCCH2OHOHHHOD－甘油醛L－甘油醛NH2NH2RRD-氨基酸L－氨基酸氨基酸的D-、L-构型是跟据甘油醛的构型命名的，而不是根据旋光性。大多数L-氨基酸是右旋的。(2)分类classification按R的极性分类非极性氨基酸：Ala,Ile,Leu,Phe,Met,Trp（色）,Val,Pro极性氨基酸无电荷侧链氨基酸:Ser（丝）,Thr（苏）,Tyr（酪）,Asn,Gln,Cys（半胱）,Gly（甘）带正电荷侧链氨基酸:Lys,Arg,His带负电荷侧链氨基酸:Asp,Glu天然蛋白质中含有20种氨基酸，仅含L－氨基酸。其中有8种必需氨基酸。（色、赖、苯、蛋；亮、异亮、苏、缬）StructuresofAminoAcidsR=anynumbercarbonsinahydrocarbonchain*CHIMEplug-inrequiredtoviewtheseimages.NameAbrev.Abrev.StructureofRgroup(red)CommentsAlaninealaANeutralNon-polarArginineargRBasicPolarAsparagineasnNNeutralPolarAsparticAcidaspDAcidicPolarCysteinecysCNeutralSlightlyPolarGlutamicAcidgluEAcidicPolarGlutamineglnQNeutralPolarGlycineglyGNeutralNon-polar半胱氨酸HistidinehisHBasicPolarIsoleucineileINeutralNon-polarLeucineleuLNeutralNon-polarLysinelysKBasicPolarMethioninemetMNeutralNon-polarPhenyl-alaninepheFNeutralNon-polarProlineproPNeutralNon-polarSerineserSNeutralPolarThreoninethrTNeutralPolarTrypto-phantrpWNeutralSlightlypolarTyrosinetyrYNeutralPolarValineValVNeutralNon-polar酪氨酸苏氨酸色氨酸(3)氨基酸在水中的溶解度(4)氨基酸的酸碱性质Acid-basepropertiesofaminoacids氨基酸在pH=7时水中存在形式:氨基酸是酸氨基酸是碱氨基酸的等电点（pIofaminoacids）的估算：是指氨基酸在溶液中净电荷为零时的pH值。当用酸滴定时：(5)氨基酸的疏水性HydrophobicpropertiesofAminoAcids疏水性概念：氨基酸以及肽和蛋白质的疏水程度可以根据氨基酸在水和弱极性溶剂例如乙醇中的相对溶解度来确定，将1mol氨基酸从水溶液中转移到乙醇溶液中，自由能的变化(即转移自由能)来计算。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Opticalpropertiesofaminoacids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Chemicalreactionsofaminoacids羧酸性质：成盐、成酯、成酰胺、脱羧、酰氯化氨基性质：与HCl结合、脱氨、与HNO3作用其他性质：a）与茚三酮反应440nm时呈黄色，测定脯氨酸和羟脯氨酸；570nm时呈蓝色或紫色，测定其它氨基酸。b）与荧光胺反应生成强荧光物质，可用于氨基酸、肽和蛋白质的快速定量。激发波长390nm，发射波长475nm。异吲哚衍生物强荧光c）与邻苯二甲醛反应生成强荧光异吲哚衍生物，激发波长380nm，发射波长450nm。可用于氨基酸、肽和蛋白质的定量分析。1、概述（Introduction）(1)、构象与构型的区别①、构型：是指原子的空间排列，这种排列的改变会涉及共价键的生成或破坏，但与氢键无关。如氨基酸的D-型和L-型。立体异构体包括光学异构体和结构异构体。互为镜像②、构象构象是指分子内各原子或基团之间的立体关系。构象的改变是由于氢键的旋转而产生的，他不涉及共价键的变化，仅涉及到氢键等次级键的改变。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。为了避免构象和构型的混淆，1969年IUPAC规定，在描述蛋白质等生物大分子的空间结构时使用构象。（2）、稳定蛋白质构象的作用力①氢键：某些侧链与主链骨架之间，如酪氨酸残基上的羟基与主链骨架上的羰基之间。与水分子之间RNA酶中三个分离的残基通过水桥联系起来。在两条多肽链之间或一条多肽链的不同部位之间，主链骨架上的羰基氧原子与亚氨基氢原子形成氢键在蛋白质的某些侧链之间，例如酪氨酸残基上的羟基与谷氨酸残基或天门冬氨酸残基上的羧基之间可以形成氢键。②疏水相互作用：是指非极性基团即疏水基团为了避开水相而群集在一起的集合力。Leu、Ile、Phe、Val、Trp、Pro等氨基酸残基。室温：随温度的升高而增强。40-60℃左右：减弱。③范德华力:取向力；诱导力；色散力特点：引力随作用基团之间距离的增大而迅速减小，但两个作用基团只互相吸引，并不相碰。④离子相互作用：是由带相反电荷的两个基团间的静电吸引所形成。⑤配位键：指在两个原子之间由其中一个原子单独提供电子对而形成的一种特殊的共价键。金属离子与蛋白质之间。⑥二硫键：两个硫原子之间形成的作用力。氢键、疏水相互作用、范德华力和离子相互作用这四种次级键是维持和稳定蛋白质分子构象的主要作用力。在一些蛋白质分子中，二硫键和配位键也参与维持和稳定蛋白质的三、四级结构。2、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（1）、蛋白质分子一级结构Theprimarystructureofprotein①概念又称化学结构，是指氨基酸在肽链中的排列顺序及二硫键的位置。肠促胰液肽和胰高血糖素含有20～100个氨基酸残基；多数含100～500个氨基酸残基；某些含几千个氨基酸残基。②肽键的结构③肽单位结特征肽键不同于C-N单键和C=N双键；肽键具有部分单键性质；肽键有双键性质不能自由旋转；肽键键长0.132nm，比C-N单键（sp3杂化，键长0.147nm）短，比C=N双键（sp2杂化，键长0.127）长，由此可见肽键有双键性质不能自由旋转。肽单位是刚性平面结构肽平面上的6个原子都位于同一个平面。称为酰氨平面。两面角（dihedralangle）：Φ,Ψ一对两面角（Φ，Ψ）决定了相邻两个肽单位的相对位置。肽单位平面有一定的键长和键角。（2）、蛋白质分子的二级结构Thesecondarystructureofprotein①概念是指多肽链中彼此靠近的氨基酸残基之间由于氢键相互作用而形成的空间关系。②二级结构类型α-螺旋结构β-折叠结构β-转角（发夹和Ω环）三股螺旋无规卷曲A、α–螺旋结构（Helicalstructure）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。在一段连续的肽单位中，如果所有的α–碳原子其成对的二面角（Φ，Ψ）都分别取相同的值，这一段连续的肽单位的构象一般是α–螺旋构象。Viewofaright-handedalphahelixα–螺旋结构特征：每一圈包含3.6个残基，螺距0.54nm,螺旋上升时，每个残基延螺旋旋转100°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极性基团的AA残基（Asp，Glu，Lys），则α-螺旋不稳定。如果这些残基分散存在，就不影响α-螺旋构象的稳定性。当Gly残基在多肽链上连续存在时，则α-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α-螺旋结构。B、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。β-折叠的特点：β-折叠是肽链或肽段的一种相当伸展的结构。a、在β-折叠的构象中，若干条肽链或一条肽链的若干肽段平行排列，相邻主链骨架之间靠氢键来维系（C=O…H-N）。b、为了在主链骨架之间形成最多氢键，避免相邻侧链间的空间障碍，锯齿状的主链骨架必须做一定的折叠（Φ=139，Ψ=135）。c、与原子相连的侧链R交替地位于片层的上方或下方，它们均与片层相垂直。d、β-折叠包括平行β-折叠和反平行β-折叠。平行β-折叠：肽链或肽段的排列方向相同，都是从氨基端到羧基端。反平行β-折叠：肽链或肽段按正反方向交替的方式排列，即肽链或肽段排列时，