《食品生物化学》PPT课件.ppt
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1、第五章蛋白质化学食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 u蛋白质最早在蛋白质最早在1983年由伯齐利厄斯首先提年由伯齐利厄斯首先提出英文出英文“Protein”这一术语,来自希腊文这一术语,来自希腊文,它的意思是,它的意思是“最原初的最原初的”或或“第第一重要的一重要的”,中文译为,中文译为“蛋白质蛋白质”形容它形容它像鸡蛋白那样的物质。像鸡蛋白那样的物质。u有些学者曾根据有些学者曾根据Protein原义建议设新字原义建议设新字“朊朊”表示,但因蛋白质一词沿用己久,表示,但因蛋白质一词沿用己久,“朊朊”字一直未被广泛使用。字一直未被广泛使用。食品生物化学食品生物化学 第五
2、章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 生命是蛋白体的存生命是蛋白体的存在方式,这种存在在方式,这种存在方式本质上就在于方式本质上就在于这些蛋白体的化学这些蛋白体的化学组成部分的不断自组成部分的不断自我更新。我更新。恩格斯恩格斯反杜林论反杜林论18781878食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 第一节 蛋白质的概述u一、蛋白质定义及生物学意义一、蛋白质定义及生物学意义u定义定义u蛋白质是由许多不同的蛋白质是由许多不同的-氨基酸按一定的序列氨基酸按一定的序列通过酰胺键铆(蛋白质化学中专称为肽键)缩通过酰胺键铆(蛋白质化学中专称为肽键)缩合而成的,具有较稳定的构象并且具有一定生合
3、而成的,具有较稳定的构象并且具有一定生物功能的生物大分子。物功能的生物大分子。食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 蛋白质的生物学功能蛋白质的生物学功能食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 u二、蛋白质的化学组成二、蛋白质的化学组成u蛋白质是生命活动的物质基础。蛋白质是生命活动的物质基础。u生物体内的蛋白质是除水以外,机体组织中最生物体内的蛋白质是除水以外,机体组织中最多的组分,占人体干重的多的组分,占人体干重的,占细胞干重的,占细胞干重的食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质
4、化学蛋白质化学 蛋白质的元素组成(按干重计算)蛋白质的元素组成(按干重计算)元素元素含量(含量(%)平均(平均(%)碳碳505552氢氢687氧氧202322氮氮151816硫硫042其它其它微量微量食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 u蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成u蛋白质可以被酸、碱和酶催化而完全水解,蛋白质可以被酸、碱和酶催化而完全水解,水解的最终物是氨基酸的混合物。而氨基水解的最终物是氨基酸的混合物。而氨基酸是不能再水解的最小单位,因此,氨基酸是不能再水解的最小单位,因此,氨基酸是组成蛋白质的基本
5、单位。酸是组成蛋白质的基本单位。u在自然界,氨基酸多以结合形式存在于蛋在自然界,氨基酸多以结合形式存在于蛋白质中,以自由形式存在者很少。白质中,以自由形式存在者很少。食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 根据分子形状根据分子形状球状蛋白质(分子对称性佳,外形接近球状或椭球状,球状蛋白质(分子对称性佳,外形接近球状或椭球状,溶解度较好,能结晶,大多数蛋白质属于这一类溶解度较好,能结晶,大多数蛋白质属于这一类)纤维状蛋白质(对称性差,分子类似细棒或纤维。又纤维状蛋白质(对称性差,分子类似细棒或纤维。又可分成可溶性纤维状蛋白质和不溶性纤维状蛋白质可分成可溶性纤维状蛋白质和不溶
6、性纤维状蛋白质)根据组分根据组分简单蛋白质:完全由简单蛋白质:完全由-氨基酸组成氨基酸组成结合蛋白质除蛋白外还有非蛋白成分(辅基)结合蛋白质除蛋白外还有非蛋白成分(辅基)根据功能分根据功能分活性蛋白质活性蛋白质(如酶蛋白、转运蛋白、运动蛋白、保(如酶蛋白、转运蛋白、运动蛋白、保护和防御蛋白和受体蛋白)护和防御蛋白和受体蛋白)非活性蛋白非活性蛋白(如硬蛋白、角蛋白)(如硬蛋白、角蛋白)三、蛋白质的分类三、蛋白质的分类食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 u四、蛋白质的大小与相对分子质量四、蛋白质的大小与相对分子质量u蛋白质是由蛋白质是由20种基本种基本AA组成的多聚物,组
7、成的多聚物,AA数数目由几个到成百上千个,分子量从几千到几千目由几个到成百上千个,分子量从几千到几千万。一般情况下,少于万。一般情况下,少于50个个AA的低分子量的的低分子量的多聚物称为肽、寡肽或生物活性肽,有时也称多聚物称为肽、寡肽或生物活性肽,有时也称多肽。多于多肽。多于50个个AA的称为蛋白质。但有时也的称为蛋白质。但有时也把含有一条肽链的蛋白质不严谨地称为多肽。把含有一条肽链的蛋白质不严谨地称为多肽。u多肽一词着重于结构意义,而蛋白质原则强调多肽一词着重于结构意义,而蛋白质原则强调了其功能意义。了其功能意义。食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 第三节第三节 蛋
8、白质的基本结构蛋白质的基本结构-氨基酸氨基酸 u蛋白质是一类含氮的生物大分子,相对分子质量蛋白质是一类含氮的生物大分子,相对分子质量大,结构复杂,但如用酸或蛋白酶处理使其彻底大,结构复杂,但如用酸或蛋白酶处理使其彻底水解,最后可以得到各种氨基酸。实验证明氨基水解,最后可以得到各种氨基酸。实验证明氨基酸是蛋白质的基本组成单位。酸是蛋白质的基本组成单位。u氨基酸是指含有氨基的羧酸。自然界发现的氨基氨基酸是指含有氨基的羧酸。自然界发现的氨基酸有酸有200余种,但组成蛋白质的氨基酸只有余种,但组成蛋白质的氨基酸只有20种,种,这这20种氨基酸也称为蛋白质氨基酸或称基本氨基种氨基酸也称为蛋白质氨基酸或称
9、基本氨基酸。酸。食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 蛋白质和多肽的肽键可被催化水解蛋白质和多肽的肽键可被催化水解酸酸/碱能将蛋白碱能将蛋白完全水解完全水解 酶水解一般是酶水解一般是部分水解部分水解得到各种得到各种AAAA的混合物的混合物得到多肽片段和得到多肽片段和AAAA的混合物的混合物氨基酸是蛋白质的基本结构单元氨基酸是蛋白质的基本结构单元 一、蛋白质的水解一、蛋白质的水解 蛋白质蛋白质朊朊胨胨多肽多肽二肽二肽AAAA 1 1*10104 4 5 5*10103 3 2 2*10103 3 1000 200-500 100 1000 200-500 100 食品生物
10、化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 氨基酸的通式氨基酸的通式 H3NCHCOOR-+H2NCHCOOHR不带电形式不带电形式两性离子形式两性离子形式食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 二 十 种 氨 基 酸 的 名 称 和 结 构 如 图 所 示
11、二 十 种 氨 基 酸 的 名 称 和 结 构 如 图 所 示:食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 吲吲哚哚基基食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 食品生物化学食品生物化学 第
12、五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 Ala食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 氨基酸在水中的两性离子既能像酸一样放出质子,氨基酸在水中的两性离子既能像酸一样放出质子,也能像碱一样接受质子,氨基酸具有酸碱性
13、质,是一类也能像碱一样接受质子,氨基酸具有酸碱性质,是一类两性电解质。两性电解质。H2NCHCOORH3NCHCOOR-+-+H+As an acid(proton donor):):As a base(proton acceptor):):H3NCHCOOHRH3NCHCOOR-+H+食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 不同pH时氨基酸以不同的离子化形式存在:时氨基酸以不同的离子化形式存在:氨基酸所带静电荷为氨基酸所带静电荷为“零零”时,溶液的时,溶液的pHpH值称值称为该氨基酸的等电点(为该氨基酸的等电点(isoelectric pointisoelectric
14、point),以),以pIpI表示。表示。食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 实验证明在等电点时,氨基酸主要以两性离子形式存在,但也有少量实验证明在等电点时,氨基酸主要以两性离子形式存在,但也有少量的而且数量相等的正、负离子形式,还有极少量的中性分子。的而且数量相等的正、负离子形式,还有极少量的中性分子。当溶液的当溶液的pH=pI时,氨基酸主要从两性离子形式存在。时,氨基酸主要从两性离子形式存在。pHpI时,氨基酸主要以负离子形式存在。时,氨基酸主要以负离子形式存在。H3NCHCOOHRH3NCHCOOR-+H2NCHCOOR-H2NCHCOOHR食品生物化学食品生物
15、化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 u由于静电作用,在等电点时,氨基酸的溶解度最小,由于静电作用,在等电点时,氨基酸的溶解度最小,容易沉淀。利用这一性质可以分离制备某些氨基酸。容易沉淀。利用这一性质可以分离制备某些氨基酸。u例:谷氨酸的生产,就是将微生物发酵液的例:谷氨酸的生产,就是将微生物发酵液的pH值调值调节到节到3.22(谷氨酸的等电点谷氨酸的等电点)而使谷氨酸沉淀析出。而使谷氨酸沉淀析出。u利用各种氨基酸的等电点不同,可以通过电泳法、离利用各种氨基酸的等电点不同,可以通过电泳法、离子交换法等在实验室或工业生产上进行混合氨基酸的子交换法等在实验室或工业生产上进行混合氨基酸的分离或制
16、备。分离或制备。u氨基酸的等电点可由其分子上解离基团的解离常数来氨基酸的等电点可由其分子上解离基团的解离常数来确定。各种氨基酸的解离常数确定。各种氨基酸的解离常数pK和等电点和等电点pI的近似值的近似值可参考下页图表或其它教材。可参考下页图表或其它教材。食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 食品生物化学食品生物化学 第五章第五
17、章 蛋白质化学蛋白质化学 食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 中性氨基酸:以中性氨基酸:以Gly为例为例 K1=Gly H+Gly+K2=Gly-H+GlypIpI时,时,Gly+=Gly-Gly H+K1=Gly K2H+H+2=K1K2pH=(pK1+pK2)/2pI=(pK1+pK2)/2pI =(2.34+9.60)/2=5.97GlyH3NCH2COOHH3NCH2COO-+H2NCH2COO-Gly+Gly+-Gly-H+K1H+K2等电点的计算等电点的计算食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 酸性氨基酸酸性氨基酸以以AspAsp为
18、为例:例:食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 以以LysLys为例:为例:碱性氨基酸碱性氨基酸食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 u通过上述实例可知,由于羧基解离度大于氨基通过上述实例可知,由于羧基解离度大于氨基的解离度,所以含有一个氨基和一个羧基的中的解离度,所以含有一个氨基和一个羧基的中性氨基酸的等电点都在性氨基酸的等电点都在pH 6.0左右,如甘氨酸左右,如甘氨酸为为5.97、丝氨酸为、丝氨酸为5.68、缬氨酸为、缬氨酸为5.96、异亮、异亮氨酸为氨酸为6.02。u至于碱性氨基酸(二氨基一羧基)的等电点值至于碱性氨基酸(二氨基一羧基)的
19、等电点值就较大,而酸性氨基酸就较大,而酸性氨基酸(一氨基二羧基一氨基二羧基)的等电的等电点值就较小。点值就较小。食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 u氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质u-氨基酸分子中有许多功能基团,氨基酸分子中有许多功能基团,-氨基,氨基,-酸基,侧酸基,侧链链R基,按其化学反应分四个方面:基,按其化学反应分四个方面:u-氨基参加的反应:与甲醛反应,与氨基参加的反应:与甲醛反应,与HNO2 反应反应-具一级胱的性质;具一级胱的性质;u-羧基参加的反应:成盐、成酯、成酰胺、胱酸、酰羧基参加的反应:成盐、成酯、成酰胺、胱酸、酰氯化等氯化等-具羧酸的性质;具
20、羧酸的性质;u-氨基,氨基,-羧基共同参加的反应:成肽、茚三酮反应;羧基共同参加的反应:成肽、茚三酮反应;u侧链侧链R参加的反应:米伦反应、黄色反应、分试剂反参加的反应:米伦反应、黄色反应、分试剂反应、硫酸铅反应、坂口反应。应、硫酸铅反应、坂口反应。食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 食品生物化学食品生物化学 第五章第五章
21、蛋白质化学蛋白质化学 食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 u四、氨基酸的分离与分析四、氨基酸的分离与分析u为了测定蛋白质中氨基酸的含量、组成或从蛋为了测定蛋白质中氨基酸的含量、组成或从蛋白质水解液中制取氨基酸,都需要对氨基酸混白质水解液中制取氨基酸,都需要对氨基酸混合物进行分析和分离工作。其方法较多,而目合物进行分析和分离工
22、作。其方法较多,而目前使用较多的是层析法。前使用较多的是层析法。u分配层析的一般原理分配层析的一般原理u所有的层析系统都有两个相组成,一个为固定所有的层析系统都有两个相组成,一个为固定相或静相(相或静相(stationary phase),一个为流动),一个为流动相或动相(相或动相(mobile phase)。)。食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 u混合物在两相中的分离决定于混合物的组分在这两混合物在两相中的分离决定于混合物的组分在这两相中的分配情况,一般用相中的分配情况,一般用分配系数分配系数(partition or distribution coefficie
23、nt)来描述:)来描述:u当一种溶质在两种互不相溶的溶剂中进行分配时,当一种溶质在两种互不相溶的溶剂中进行分配时,在一定温度下达到平衡后,溶质在两相中的浓度比值在一定温度下达到平衡后,溶质在两相中的浓度比值为一常数,即分配系数为一常数,即分配系数(Kd)。用下式表示:)。用下式表示:CA 表示某一物质在动相中的浓度表示某一物质在动相中的浓度 Kd=CB 表示某一物质在静相中的浓度表示某一物质在静相中的浓度 食品生物化学食品生物化学 第五章第五章 蛋白质化学蛋白质化学 u物质分配不仅可以在互不相溶的两种溶剂即液相物质分配不仅可以在互不相溶的两种溶剂即液相-液相系统中进行,也可以在固相液相系统中进
24、行,也可以在固相-液相或气相液相或气相-液液相间发生。其系统中的静相可以是固相、液相或相间发生。其系统中的静相可以是固相、液相或固固-液混合相(半液体相);动相可以是液相或气液混合相(半液体相);动相可以是液相或气相,它充满于静相的空隙中,并能流过静相。相,它充满于静相的空隙中,并能流过静相。u在实际层析时,层析行为一般并不直接决定于它在实际层析时,层析行为一般并不直接决定于它的分配系数,而是取决于有效分配系数的分配系数,而是取决于有效分配系数Keffo:u 某一物质在某一物质在A相中的总量相中的总量u Keffo=u 某一物质在某一物质在B相中的总量相中的总量食品生物化学食品生物化学 第五章
25、第五章 蛋白质化学蛋白质化学(2)分配柱层析分配柱层析层析柱中的填充剂或支持剂都是一些具有亲水性的不溶物质,如纤维素、淀粉、硅胶等。支层析柱中的填充剂或支持剂都是一些具有亲水性的不溶物质,如纤维素、淀粉、硅胶等。支持剂表面附着一层不会流动的结合水作为固定相,沿固定相流过的与它互不相溶的溶剂(如持剂表面附着一层不会流动的结合水作为固定相,沿固定相流过的与它互不相溶的溶剂(如苯酚、正丁醇等)是流动相。由填充剂构成的柱床可以设想为由无数的连续的板层组成,每苯酚、正丁醇等)是流动相。由填充剂构成的柱床可以设想为由无数的连续的板层组成,每一板层起着微观的一板层起着微观的“分溶管分溶管”作用。当用洗脱剂洗
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