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1、蛋白质,第一节 引言第二节 氨基酸的物理化学性质第三节 蛋白质的结构第四节 蛋白质的变性,Protein,第一节 引言,Introduction,蛋白质是存在于一切生物体内最重要的成分，占活细胞干重的50左右,元素组成:,C:5055；H:67 O:2023N:1219；S:0.23.0,氨基酸组成:,20种L-（）AA,第一节 引言,Introduction,分类:,按组成,简单蛋白质：只有AA组成,结合蛋白质：辅基/配基,按结构,球状蛋白质,纤维状蛋白质,按功能,酶,运输蛋白,营养和贮存蛋白,收缩/运动蛋白,结构蛋白,防御蛋白,一、蛋白质的重要生理功能,蛋白质是机体的重要物质基础，机体的每
2、一个细胞和所有重要组成部分都有蛋白质参与。蛋白质的结构千差万别，具有多种多样的生物学功能：例如酶的催化作用、激素的生理调节作用、血红蛋白的运载作用、肌纤维蛋白的收缩作用、机体的免疫作用和胶元蛋白的支架作用等。蛋白质不仅是构成各类细胞原生质的主要物质，而且核蛋白及其相应的核糖核酸，还是遗传的主要物质基础。,修补组织：怀孕时，胎儿对养分的摄取超过母体，所以母体营养状况虽不好，但孩子尚好，可孩子摄取了蛋白质后，母体血中的蛋白质水平下降，将出现水肿，贫血加重，腹部皮肤皮下组织会被拉断，形成一条条妊娠纹。成年以后需修补组织，上皮细胞不断生长，脱落，头发、指甲长了要剪掉，胃肠黏膜更新，子宫内膜周期性脱落，
3、受伤时更需修补，若修补时材料不足，则修补起来速度就会很慢，材质就会很差，如指甲变脆、变软，皮肤没有弹性，胃肠蠕动不良，胃下垂，子宫后倾。蛋白质不足，面色黄，手掌尤其指尖黄，若工作不累，手掌皮肤仍粗，则因营养不良，粗皮没法去掉；有些人粗皮总留在脸上，就是皮肤新生速度不够，有人设法把老的皮肤磨掉，但磨几次就过敏，所以越是营养不足的人越要磨，却又禁不起磨。,合成各种各样的生理物质：血液中的物质，如输送氧气的RBC、抗病的WBC、白蛋白酶：三大物质吸收、代谢，肝脏解毒等激素：肾上腺素不足，白天没精神，晚上睡不着，反应不灵敏，有人遇到紧急情况时能产生应激反应，有些人就晕过去了；胰岛素就是蛋白质加锌，蛋白
4、质不足，糖耐量会低，有的女性妊娠起糖尿病，是因为蛋白质不足时，胰岛素功能不良；各种抗体，运输蛋白质（运脂蛋白质，运铁蛋白质，运维生素A的蛋白质等）,热动力学效应（产热效应）：蛋白质热效应30%，糖类、脂肪3-5%，混合性食物只有67%。饿过头的人吃蛋白质下去会不舒服，不易消化吸收，冬天觉得冷，要吃肉才会热，吃面包效果较差，身上的肌肉组织越多，产热量越多，所以，蛋白质摄入量足够者在冷气房内可以坚持较久，不觉得冷。减重的人越吃容易消化吸收者，越容易胖，如吃蛋白质食物，因在胃内时间长，不易饿，可控制血糖缓慢上升，缓慢下降，不易胖。,二、蛋白质的消化、吸收与腐败,1.蛋白质的消化胃液(胃酸H+（）、N
5、a+、K+、Cl-、)胃蛋白酶原在酸性条件下被激活，胃蛋白酶水解食物蛋白质和多肽为寡肽小分子。进入小肠的寡肽由胰脏分泌的蛋白酶完全水解为氨基酸。胰蛋白酶(Arg、Lys的肽键)糜蛋白酶(芳香氨基酸的肽键)弹性蛋白酶(中性氨基酸的肽键)羧基肽酶A(羧基末端的肽键)羧基肽酶B(Arg、Lys的肽键)小肠粘膜细胞中的氨基肽酶和二肽酶,二、蛋白质的消化、吸收与腐败,2.氨基酸的吸收 主要在小肠进行，是一种主动转运过程，需由特殊载体携带。除此之外，也可经-谷氨酰循环进行。,氨基酸的来源和去路,二、蛋白质的消化、吸收与腐败,3.蛋白质在肠中的腐败：主要在大肠中进行，是细菌对蛋白质及其消化产物的分解作用，可
6、产生有毒物质。肠道细菌对未被消化的蛋白质及其消化产物所起的分解作用，称为腐败作用(putrefaction)，主要产物为NH3、胺类和一些有害物质。,蛋白质的消化在开始阶段受胃蛋白酶的作用，但在小肠黏膜及胰液的蛋白酶的作用下，最终分解为氨基酸。当膳食蛋白质来源适宜时，机体蛋白质代谢处于动态平衡。当摄入氮量大于排出氮量时，称为正平衡；相反为负平衡。机体通过粪、尿及皮肤等一切途径所损失的氮，是机体不可避免要消耗的氮，称为必要的氮损失。一般成人按公斤计，每日分别从尿中排出37mg，从粪中排出12mg，皮肤3mg。长期氮的负平衡可以引起蛋白质不足或缺乏。可因其程度不同而有不同的临床表现，最常见的症状和
7、体症为疲乏、体重减轻、机体抵抗力下降、伴有血浆蛋白质含量下降、血浆白蛋白与球蛋白比值下降等。幼儿对蛋白质不足的反应更加敏感，特别表现为生长发育停滞、贫血、智力发育受影响。,三、蛋白质与机体的氮平衡,蛋白质缺乏的可能因素(1)摄入量不足，如食物中蛋白质不足或胃纳不佳；(2)排出量过多，如肾脏疾病；(3)生理需要量增加而摄食量未相应的改变，如怀孕期未改变原来的食量；(4)对蛋白质的吸收不良或肝脏合成蛋白质的障碍；(5)偏食的饮食习惯，酒精中毒等。人体需要22种氨基酸，较重要的有20种，大人8种必需氨基酸，小孩9种，自身不能合成，必需从食物中摄取。,四、蛋白质缺乏的可能因素,氨基酸生理功能,甘氨酸：
8、核酸及核苷酸成分，组织中储能，血红蛋白及 细胞色素等的辅基丝氨酸：磷酸成分，神经递质半胱氨酸：结合胆质酸成分天冬氨酸：核酸及核苷酸成分，兴奋性神经递质谷氨酸：调节神经递质组氨酸：神经递质酪氨酸：神经递质，激素，皮肤、毛发成黑色色氨酸：维生素PP,激素，神经递质，促进平滑肌收缩鸟氨酸：促进细胞增殖请列出富含上述各种氨基酸的食物,五、合理摄入不同来源蛋白质,完全蛋白质是指包括完整的必需氨基酸，比例恰当，含量高，母乳是最好的完全蛋白质，其次是蛋、牛奶。既维持生命，又促进生长。不完全蛋白质或半不完全蛋白质，指必需氨基酸含量低，或缺一二种必需氨基酸，可维持生命，不能促进生长。动物蛋白质较好，很多是完全蛋
9、白质，植物蛋白质多为不完全蛋白质，植物中大豆蛋白质最好，接近完全蛋白质。人体通过摄入的植物和动物食品补充蛋白质。植物蛋白质主要由粮食提供，一般粮食中含有4-11%的蛋白质，稻米含8-9%，面粉含10-11左右。在植物中含蛋白质最丰富的食物是黄豆，100克黄豆含蛋白质35克，豆制品含蛋白质也都比较丰富。在动物食品中一般瘦肉类食品蛋白质含量在15-20%左右，鱼虾类及软体动物类食品中蛋白质含量在1520左右，牛奶蛋白质含量是2.3%，鸡蛋是12.8%。蔬菜、水果中蛋白质含量一般不高，大约在3%以下。,人体吸收的是氨基酸，不是蛋白质，然后依照人体自己的需要，自己的模板DNA来合成蛋白质，是三大物质中
10、唯一按模板制造的，免疫系统多是蛋白质识别系统。人的身体不会有过剩的蛋白质，不需要就不制造了，氨基酸不会在体内储存，多余就分解产热，氨基酸分解产热有三种可能：1)热量不足；2)品质不好，不齐全，比例不当；3)氨基酸过量。所以一顿吃蛋白质多，不代表往后几天里就不需要吃蛋白质。,六、合理摄入蛋白质,我国新出台的标准可能降低婴儿食品中蛋白质含量的下限。蛋白质摄入量过多有产生肥胖可能性，如果蛋白质摄入量比需要量多，会导致婴儿肥胖。肉、鱼、鸡蛋、植物类食品中的蛋白质构成不同，所谓的优质蛋白是指其中氨基酸的组成恰当。婴儿在摄入蛋白质的量与质上都要平衡，达到满足生长需要。我国婴儿与国外婴儿的饮食结构不同，国外
11、食品的蛋白质来源是动物性比较多。,面筋蛋白质(gluten)小麦面筋主要由麦醇溶蛋白和麦谷蛋白组成,并含有少量淀粉、脂肪和矿物质等,其中麦醇溶蛋白的含量为40%,麦谷蛋白的含量为35%,通常统称为面筋蛋白质。是用水洗去水溶性成分、淀粉等以块状形式保留下来的部分称为湿麸(wet gluten),是由谷氨酸、脯氨酸和天冬氨酸和少量胱氨酸组成的蛋白质构成。面筋蛋白质性质与生面团粘弹性关系很大，因此它们在面粉中的含量决定了面粉的强力级别。,七、不同种类的食物蛋白质,大豆蛋白质 大豆蛋白质含量约为38%，是谷类食物的45倍，以大豆球蛋白(glycinin)为主。大豆蛋白质的氨基酸组成的牛奶蛋白质相近，除
12、蛋氨酸略低外，其余必需氨基酸含量均较丰富，是植物性的完全蛋白质，在营养价值上，可与动物蛋白等同。以大豆为原料的豆腐豆浆等制品中含有大豆球蛋白，而酱油豆酱等发酵豆制品中主要是肽和氨基酸。(1)大豆球蛋白的营养价值除了婴儿以外，自2周岁到成年人，大豆球蛋白能够满足人体必须氨基酸的需要。(2)大豆球蛋白的生理功能 实验表明：对血浆胆固醇高的人，大豆球蛋白有降低胆固醇的作用；当摄取高胆固醇食物时，大豆球蛋白可以防止血液中胆固醇升高；对于血液中胆固醇含量正常的人来说，血液中LDL/HDL的比值。,牛奶酪蛋白牛奶中含有大约3%的蛋白质，其主要成分是叫做酪蛋白(casein)的含磷蛋白质,在乳中呈粗糙的球形
13、胶体粒子存在。牛奶中76为酪蛋白，18为乳清蛋白，还有6属于非蛋白质含N物。酪蛋白大约占所有乳蛋白质的80，酪蛋白是一种非常不均一的混合体，主要由alpha(s1)和alpha(s2)-酪蛋白、beta-酪蛋白、以及kappa-酪蛋白组成。所有酪蛋白的一个显著特点就是它们pH为4.6时，溶解度非常低。在结构上，大部分酪蛋白分子的丝氨酸残基被磷酸基酯化，磷酸基对酪蛋白胶粒的结构有重要影响。钙元素也与酪蛋白结合，与磷元素成一定的比例。以上几种酪蛋白约由200个氨基酸组成。,乳清蛋白,原料乳在pH4.6时凝固后，能从上清液中提取出蛋白质，称为“乳清蛋白”。这种球状蛋白质的水溶性比酪蛋白强，对热处理比
14、较敏感，可导致其变性。天然的乳清蛋白具有良好的胶凝以及搅打特性。乳清蛋白变性后，其持水能力增强。乳清蛋白的主要成分包括，-乳球蛋白，-乳清蛋白，牛血清清蛋白，以及免疫球蛋白类。乳球蛋白：分子量18000，162个残基。这一族乳球蛋白一共有8个变体，大约占乳清蛋白总量的一半。-乳球蛋白含有2个内部的二硫键，以及一个自由地硫醇基。构象上包括相当数量的二级结构，自然状态下以共价二聚体的形式存在，在等电点时（pH为），二聚体进一步聚合成八聚体，不过在pH低于3.4时，又分解为单体。乳清蛋白：分子量14000，123个残基。这一类蛋白质含有8个半胱氨酸基团，全部形成内部的二硫键，还包括4个色氨酸残基。乳
15、清蛋白具有高度规则的二级结构，以及紧密的球状三级结构。热变性和pH低于4.0都将导致结合钙的流失。,酶,乳中含有内源酶和外源酶，外源酶主要为嗜冷细菌产生的具有热稳定性的酶，包括脂肪酶和蛋白酶。乳中液能分离出很多种内源酶，其中最主要的是：脂蛋白脂肪酶、血纤维蛋白溶酶、碱性磷酸酶脂蛋白脂肪酶(LPL):一种脂肪酶，能够将脂肪分解为甘油和脂肪酸。这种酶通常在乳浆中被发现，并且与酪蛋白胶粒结合。脂肪球由于有着脂肪球膜(FGM)的保护，不会被这种酶分解，不过当存在一些辅助因子时，比如乳清脂蛋白，LPL就可以进攻脂肪球膜中的脂蛋白，因此导致脂解反应。血纤维蛋白溶酶：这是一种蛋白酶。能够分解-酪蛋白和alp
16、ha(s2)-酪蛋白。这种酶具有很高的热稳定性，有时可能导致巴氏牛奶和UHT牛奶中产生苦味。在某些奶酪的制作过程中，这种酶起到了促进成熟和风味发展的作用，比如瑞士干酪。碱性磷酸酶：能够分解特定的磷酸酯，产生磷酸以及相应的醇。这种酶的最佳pH和温度与其它酶不同，并不是生理值。所以这种酶在巴氏杀菌过程中就会被破坏，因此，可以通过磷酸酶测试来检验巴氏杀菌是否合格。,酪蛋白磷肽与钙的吸收 酪蛋白通过胰蛋白酶分解得到的部分水解物酪蛋白磷肽比较稳定，不易进一步被水解，它与钙、铁等金属离子具有较强的亲和性，可形成可溶性复合体对促进骨骼生长效果良好。(1)能够阻止小肠内磷酸钙的沉淀，而大豆多肽没有这种作用。(
17、2)饲喂酪蛋白磷肽的大鼠对钙的吸收率比饲喂大豆多肽的高两倍；大鼠大腿骨的钙沉积率(63%,for 45Ca)明显高于后者(27%,for 45Ca)。(3)饲喂雏鸡添加0.3%、1.0%和3.0%的酪蛋白磷肽与酪蛋白(饲料含钙量为1%)十天，鸡大腿骨的发育指标和含钙量均优于对照组。(4)有实验表明，酪蛋白磷肽对闭经后女性这类钙吸收率低的人群对于促进钙的吸收具有明显的促进作用。,肉类蛋白质哺乳动物的肌肉蛋白质根椐它的组成部位和溶解性，大致分为肌浆蛋白(sarcoplasmic proteins)、肌原纤维蛋白(myofibrillar roteins，由肌球蛋白和肌动蛋白组成)、基质蛋白(str
18、oma proteins)。其中肌原蛋白纤维与动物种类，占蛋白质的二分之一左右(48-52%)其余两种根据动物种类不同，在28:20 16:36(肌浆：基质蛋白)的范围内变动。鱼肉主要蛋白质与乳动物肉一样但基质蛋白较少，肌动蛋白、肌球蛋白为主要成分。鱼肉蛋白质的一个特征是能形成凝胶体。,第二节 氨基酸的物理化学性质,Physicochemical Properties of Amino Acids,1、氨基酸的一般性质,（1）结构,C,COOH,H,R,NH2,第二节 氨基酸的物理化学性质,Physicochemical Properties of Amino Acids,1、氨基酸的一般性质
19、,（2）分类,非极性氨基酸：丙氨酸、异亮氨酸、亮氨醒、甲硫氨酸、脯氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸,极性氨基酸,带正电荷侧链氨基酸：精氨酸和组氨酸,带负电荷侧链氨基酸：天冬氨酸和谷氨酸,无电荷侧链氨基酸：丝氨酸、苏氨酸,按R的极性分类,人体必需氨基酸有Lys,Phe,Val,Met,Thr,Trp,Leu及Ile八种，此外，His对于婴儿的营养也是必需的。,第二节 氨基酸的物理化学性质,Physicochemical Properties of Amino Acids,1、氨基酸的一般性质,（3）溶解度,第二节 氨基酸的物理化学性质,Physicochemical Properties
20、of Amino Acids,除甘氨酸外都具有旋光性。在植物或动物组织的蛋白质水解物中，仅发现型异构体。,1、氨基酸的一般性质,（4）氨基酸的立体化学,第二节 氨基酸的物理化学性质,Physicochemical Properties of Amino Acids,1、氨基酸的一般性质,（5）氨基酸的酸碱性质,羧基能电离成COO-和H+；氨基能接受质子，形成铵盐。氨基酸是两性电解质甘氨酸,提供质子，可释放质子,提供电子对，可接受质子,第二节 氨基酸的物理化学性质,Physicochemical Properties of Amino Acids,1、氨基酸的一般性质,（5）氨基酸的酸碱性质,在
21、中性pH范围，-氨基和-羧基都处在离子化状态，此时氨基酸分子是偶极离子或两性离子。,偶极离子以电中性状态存在时的pH被称为等电点（pI）,第二节 氨基酸的物理化学性质,Physicochemical Properties of Amino Acids,1、氨基酸的一般性质,（6）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,第二节 氨基酸的物理化学性质,Physicochemical Properties of Amino Acids,1、氨基酸的一般性质,（7）氨基酸的光学性质,芳香族氨基酸T
22、rp、Tyr和Phe在紫外区(250300nm)吸收光。此外，Trp和Tyr在紫外区还显示荧光。,芳香族氨基酸的紫外吸收和荧光,第二节 氨基酸的物理化学性质,Physicochemical Properties of Amino Acids,2、氨基酸的化学反应性,与茚三酮反应,与邻苯二甲醛反应,第三节 蛋白质的结构,Structure of Protein,1、蛋白质的一级结构（Primary Structure）,指氨基酸通过共价键（肽键）连接而成的线性序列(Linear Sequence),第三节 蛋白质的结构,Structure of Protein,1、蛋白质的一级结构（Primar
23、y Structure）,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；,肽单位结构特征,氨基酸残基周期性的（有规则的）空间排列。主要包括螺旋结构和伸展片状结构。,第三节 蛋白质的结构,Structure of Protein,2、蛋白质的二级结构（Secondary Structure）,（1）螺旋结构,-螺旋（主要的，最稳定的）；310-螺旋；-螺旋,氢键,氢键,第三节 蛋白质的结构,Structure of Protein,2、蛋白质的二级结构（Secondary Structure）
24、,（2）折叠结构,一种锯齿形结构。它比螺旋较为伸展,稳定性：-折叠片-螺旋-折叠片高变性温度,加热和冷却,-螺旋-折叠,第三节 蛋白质的结构,Structure of Protein,3、蛋白质的三级结构（Tertiary Structure）,二级结构进一步折叠成紧密的三维结构（多肽链的空间排列）,肌红蛋白,亲水性蛋白质-水界面；疏水性内部,-乳球蛋白,第三节 蛋白质的结构,Structure of Protein,4、蛋白质的四级结构（Quaternary Structure）,是指含有多于一条多肽链的蛋白质分子的空间排列，以二聚体、三聚体、四聚体等形式存在。,第三节 蛋白质的结构,Str
25、ucture of Protein,第三节 蛋白质的结构,Structure of Protein,5、稳定蛋白质结构的作用力,蛋白质结构稳定,疏水相互作用,范德华力,二硫键,氢键,空间相互作用,静电相互作用,金属离子,第四节 蛋白质的变性,Protein Denaturation,1、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。,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,分子内部基团暴露,生物性能的改变,抗
26、原性改变,生物功能丧失,第四节 蛋白质的变性,Protein Denaturation,2、蛋白质变性现象,第四节 蛋白质的变性,Protein Denaturation,3、影响蛋白质变性的因素,物理因素,（1）热,在加热条件下，肽键产生强烈的热振荡，导致维持蛋白质空间结构的次级键破坏，天然构象解体。,第四节 蛋白质的变性,Protein Denaturation,3、影响蛋白质变性的因素,物理因素,（2）静水压,压力诱导蛋白质变性的原因主要是蛋白质的柔性和可压缩性。,加压251001200MPa,外压消失,高压导致的蛋白质变性不会损害蛋白质中的必须氨基酸的风味，也不会导致有毒化合物的形成。
27、,第四节 蛋白质的变性,Protein Denaturation,3、影响蛋白质变性的因素,物理因素,（3）剪切,由振动、捏和、打擦产生的机械剪切能导致的蛋白质变性。,（4）辐照,芳香族氨基酸残基吸收紫外线若能量高，能打断二硫键，导致构象变化,第四节 蛋白质的变性,Protein Denaturation,3、影响蛋白质变性的因素,化学因素,（1）pH,极端pH值时，蛋白质分子内的离子基团产生强静电排斥作用，促使蛋白质分子的构象发生变化。,（2）有机溶质,尿素和盐酸胍（GuHCl）,尿素和盐酸胍优先和变性蛋白质结合，驱动ND向右移动促进疏水氨基酸残基在水相中增溶，也降低了疏水相互作用,第四节 蛋白质的变性,Protein Denaturation,3、影响蛋白质变性的因素,化学因素,（3）表面活性剂,SDS（十二烷基硫酸钠），强有力的蛋白质变性剂,第四节 蛋白质的变性,Protein Denaturation,3、影响蛋白质变性的因素,化学因素,（4）有机溶剂,乙醇、丙酮,改变水的介电常数，改变静电作用非极性侧链在有机溶剂中比在水中更易溶解，有机溶剂能穿透到疏水区，削弱或打断疏水相互作用,低浓度（离子强度0.2）静电中和作用稳定了蛋白质的结构较高的浓度（1mol/L）离子特异效应 Na2SO4、NaF能促进结构稳定；NaSCN和NaClO4是强变性剂,（5）促溶盐,
