第二节 蛋白质 蛋白质是生物体中的重要成分，生命最基本的特征就是蛋白质的不断自我更新。一、 氨基酸1、 构成蛋白质的氨基酸 蛋白质是由氨基酸以肽键相联组成的高分子化合物，各种蛋白质的分子量相差很大，可由数千至数十万，构成蛋白质的氨基酸都是a－氨基酸，它们有20多种,如： 甘氨酸 H2NCH2¾CO2H 赖氨酸 H2NCH2CH2CH2CH2CH(NH2)CO2H 谷氨酸 常见的氨基酸如表1所示。
分类 氨 基 酸 结 构 式 分离用的蛋白质
I 脂肪类（1）单氨基、羧基酸 1、 甘氨酸 CH2（NH2）COOH 明胶
2、 丙氨酸 CH3CH（NH2）COOH 绢丝蛋白
3、 缬氨酸 （CH3）2CHCH（NH2）COOH 酪蛋白
4、 亮氨酸 （CH3）2CHCH2CH（NH2）COOH 肌纤维
5、 异亮氨酸 CH3CH2CH（CH3）CH（NH2）COOH 纤维蛋白
6、 丝氨酸 CH2（OH）CH（NH2）COOH 丝胶蛋白
7、 苏氨酸 CH3CH（OH）CH（NH2）COOH 自体
（2）双氨基、单羧基酸 8、 赖氨酸 CH2（NH2）CH2CH2CH2CH（NH2）COOH 酪蛋白
9、 d-羟赖氨酸 CH2（NH2）CH（OH）CH2CH2CH（NH2）COOH 鱼胶蛋白
10、 精氨酸 H2NC（＝NH）NHCH2CH2CH2CH（NH2）COOH 角蛋白
（3）单氨基、双羧基酸及其酰胺 11、 天门冬氨酸 蓝豆蛋白豆球蛋白
12、天门冬酰胺 13、 谷氨酸 14、 谷氨酰胺 麻仁球蛋白 谷胶蛋白 麦胶蛋白
（4）含硫氨基酸 15、 胱氨酸 16、蛋氨酸 CH3SCH2CH2CH(NH2)COOH 角蛋白 酪蛋白
II、芳香族氨基酸 17、苯丙氨酸 18、酪氨酸 19、甲状腺素 羽扁豆、豆芽菜 酪蛋白 甲状腺组织
III、杂环族氨基酸 20、脯氨酸 21、羟脯氨酸 22、色氨酸 23、组氨酸 酪蛋白 酪蛋白 酪蛋白 各种蛋白水解物
2、 氨基酸的等电点
氨基酸分子中同时含有氨基和羧基，它即能象酸一样离解，也能象碱一样离解。在酸性介质中，氨基酸主要以正离子状态存在，电解时即移向阴极。而在碱性介质中，氨基酸主要以负离子态存在，电解时移向阳极。
就某一种氨基酸而言，当介质的酸、碱度达到一定的PH值时，氨基酸就以电中性的偶极离子状态存在，此时，它即不向阴极移动，也不向阳极移动，这时的PH值就称为该氨基酸的等电点。
中性氨基酸的等电点在5—6.3，酸性氨基酸在2.8—3.2，碱性氨基酸在7.6—10.8。
在等电点时，氨基酸在水中的溶解度最小，这是因为此时它处于电中性状态，它和极性水分子的作用比起处于阳离子或阴离子状态来不是那么强烈。
3、 必需氨基酸
在20多种氨基酸中，有一些在人体内不能合成，而只能由食物供给的氨基酸，它们被称为必需氨基酸，计有赖氨酸，色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸8种，因而，含必需氨基酸越多的蛋白质，其营养价值就高。一般动物蛋白质中的必需氨基酸比植物蛋白质中的含量高，所以，动物性蛋白质比植物性蛋白质好。
二、 蛋白质的结构
1、 一级结构
蛋白质是由20多种〆－氨基酸以肽键相连而成的高分子化合物。所谓肽键是指一个氨基酸的羧基和另一个氨基酸的氨基之间缩水而形成的酰胺键。
此反应产物称为肽，由两个氨基酸组成的肽称为二肽，二肽中的游离氨基和羧基又可与另外的氨基酸的氨基及羧基作用，形成三肽、四肽、以至高分子多肽。
氨基酸按一定的顺序以肽键相联形成的多肽链称为蛋白质的一级结构。
图1表示胰岛素的一级结构。目前有许多更复杂的蛋白质的一级结构已经被确定。
二级结构
肽链中的 会与位置合适的＞NH形成氢键，从而使肽链不是完全伸展的直链，而是成为〆－螺旋形或β一片层形。
其中a型为同一多肽链内的结合，而b型为不同肽链的结合，此即蛋白质的二级结构。
3、 三级结构
多肽链在二级结构的基础上进一步折迭和扭曲，成为球形的紧密结构，这就是蛋白质的三级结构。多肽链的侧链，即氨基酸中的R基团间的相互作用及盐型键、氢键等是稳定蛋白质三级结构的主要因素。
4、 四级结构
几条多肽链在三级结构的基础上缔结在一起，就是所谓的蛋白质的四级结构。并非所有的蛋白质分子都有四级结构。
构成蛋白质的氨基酸单体虽然只有20多种，但是一个蛋白质分子中所含氨基酸的数目很多，这些氨基酸以不同顺序排列，就能构成很多种蛋白质，对每一种蛋白质来说，构成它的氨基酸的种类、数目和顺序都是一定的，如胰岛素的一级结构如图1所示。它由A、B两条肽链组成，它们分别含21、30个氨基酸。
三、 蛋白质的物理和化学性质
1、呈色反应
（1）双缩脲反应(Biuret Reaction)
蛋白质在碱性溶液中与硫酸铜作用呈现紫红色，称双缩脲反应。凡分子中含有两个以上-CO-NH-键的化合物都呈此反应，蛋白质分子中的氨基酸是以肽键相连，因此，所有蛋白质都能与双缩脲试剂发生反应。
(2) 茚三酮反应(Ninhydrin Reaction)
α-氨基酸与水合茚三酮(苯丙环三酮戊烃)作用时，产生蓝色反应，由于蛋白质是由许多α-氨基酸组成的，所以也呈此颜色反应。
(3)米伦反应(Millon Reaction)
蛋白质溶液中加入米伦试剂(亚硝酸汞、硝酸汞及硝酸的混和液)，蛋白质首先沉淀，加热则变为红色沉淀，此为酪氨酸的酚核所特有的反应，因此含有酪氨酸的蛋白质均呈米伦反应。
(4) 黄蛋白反应
蛋白质遇浓硝酸会变黄，这一反应为苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸等含苯环的氨基酸所特有。
这些反应都是蛋白质中各种氨基酸侧链的反应，这些呈色反应被广泛应用于定性和定量地测定蛋白质。
2. 水合作用
蛋白质中有许多极性基团，它们能与水分子形成氢链，从而使蛋白质成为高度水化的分子。这些水也就成为结合水。
溶液的PH值对蛋白质的水化作用有显著影响，在等电点时，整个蛋白质分子呈电中性，水化作用最弱，因而蛋白质的溶解度最小。
蛋白质的水合作用很重要，肉制品加工的重要指标“持水能力”就取决于蛋白质水合能力的强弱。
3.沉淀性
蛋白质溶液相当稳定，经长时间的搁置也不会发生沉淀，这在很大程度上是由于蛋白质的水化作用，所以要破坏蛋白质的稳定性使其沉淀，就必须去除蛋白质分子表面的水化层。在生产上，使蛋白质溶液沉淀的常用方法是加入硫酸铵，氯化钠等盐，因为（NH4）2SO4 是强电解质，它的更强的水化作用能剥去蛋白质表面的水层，而使蛋白质沉淀下来，这就称为盐析。提取酶制剂时常用此法。
4．变性作用
当蛋白质受到热或受到其它物理及化学作用时，其特有的结构会发生变化，使其性质也随之发生改变，如溶解度降低，对酶水解的敏感度提高，失去生理活性等，这种现象称为变性作用。变性并不是蛋白质发生分解，而仅仅是蛋白质的二、、四级结构发生变化。
引起蛋白质变性的条件若延续时间不长或条件不太强烈，蛋白质变性就成为不可逆，一般可逆变性只涉及蛋白质的三、四级结构，而不可逆变性则连二级结构也发生了变化。
（1）热致变性
蛋清在加热时凝固，瘦肉在烹调时收缩变硬等都是蛋白的热变性作用引起的。蛋白质的热变性作用在食品工业中得到了广泛应用，蛋白质受热变性后对酶水解的敏感度提高，所以，我们不吃生肉而吃熟肉，消化率更高，热力杀菌也是利用了蛋白质的变性。
（2） 酸碱的作用
酸或碱也能引起蛋白质的变性，水果罐头杀菌所采用的温度一般较蔬菜罐头来得低，这和水果罐头中含有的有机酸较多，加热时容易引起细菌蛋白质变性有关。
（3）其它
其它引起蛋白质变性的因素，在物理上为冷冻、搅拌、高压、放射性照射、超声波等；化学上为乙醇、丙酮、生物碱、重金属盐等。
做鸡蛋糕，把蛋液搅拌至发泡、放射性照射灭菌等都是利用了蛋白质的变性。
四、蛋白质的提取、分离和测定
从生物体提取蛋白质时，一般先用粉碎、切碎和均质的方法将细胞分裂开，然后用适当的溶剂进行提取，其它不溶于水的蛋白质也可以用稀碱液来提取。
将蛋白质提取物和残渣分离可用离心法或过滤法。将提取物中的蛋白质分离出来可用加有机溶剂（如甲醇、乙醇、丙酮）或盐析法，盐析法在等电点时效果最好，盐析法使蛋白质沉淀中夹有大量无机盐，这些无机盐可以用透析等方法提纯。
蛋白质溶液具有许多高分子溶液的性质，如不能透过半透膜、扩散慢、粘度大等。将蛋白质溶液放在火棉胶薄膜中，浸入缓冲液中，这时水和小分子物质可以透过半透膜进入缓冲液中，而蛋白质则仍留在袋中，这样一来可将蛋白质与杂质分开。这种纯化法称为透析。其它半透膜材料有动物膀胱及玻璃纸等。
凝胶层析法的原理主要根据被分离物质的分子量不同，凝胶颗粒是多孔性的，它具有网络状的微孔。不同型号的凝胶网孔大小不同，并具有一定的最大极限和最小极限。当溶质分子直径比网孔直径还大时，它就被全部排斥在凝胶粒之外，小于网孔直径时，则全部能进入凝胶的网孔中，中等大小的分子在网孔内外有一定的分配系数，在洗脱时大分子最先流出，中等大小的分子次之，而小分子则最后流出来。
所谓的电泳就是带电的胶体颗粒核在电场中向相反的电极移动，其电泳的速度取决于胶体颗粒所带电荷的多少及分子颗粒的大小。
不同蛋白质其分子量不同，故其分子颗粒大小也不同，其次，不同蛋白质等电点不同，所以在一定的PH缓冲液中所带电荷的数目也不相同，因此在一定的PH溶液及一定的电场中，不同蛋白质电泳的速度和方向是不相同的，据此可分离并测定蛋白质的分子量分布。测定蛋白质含量的经典方法是凯氏定氮法。
五、蛋白质的分类
天然存在的蛋白质种类繁多，结构复杂，目前是根据其在水或其它溶剂中的溶解度以及蛋白质盐析沉淀时所需盐的浓度来加以分类。
|
