1、1第四章第四章 合氮化合物合氮化合物2v 烟草中含氮化合物包括蛋白质、游离氨基酸、烟草中含氮化合物包括蛋白质、游离氨基酸、生物碱、硝酸盐和其他含氮杂环化合物等。生物碱、硝酸盐和其他含氮杂环化合物等。含氮化合物对烟草的感官评吸质量和吸烟者含氮化合物对烟草的感官评吸质量和吸烟者的健康都有重要影响，历来受到人们的至视。的健康都有重要影响，历来受到人们的至视。3第一节氨基酸第一节氨基酸v羧酸分子中烃基上的一个或几个氢原了被氨基所取羧酸分子中烃基上的一个或几个氢原了被氨基所取代的化合物叫做代的化合物叫做氨基酸氨基酸。v根据氨基酸基和羧基的相对位置，可分为根据氨基酸基和羧基的相对位置，可分为氨基氨基酸、酸
2、、氨基酸、氨基酸、氯基酸等。种种不同来源的氯基酸等。种种不同来源的蛋白质水解后得到的氨基酸，绝大多数都是蛋白质水解后得到的氨基酸，绝大多数都是氨氨基酸。基酸。氨基酸可看成是羧酸分子中烃基上的氨基酸可看成是羧酸分子中烃基上的氢原子被氨基取代而生成的化合物。氢原子被氨基取代而生成的化合物。4va a氨基酸具有如下的通式：氨基酸具有如下的通式：5v 一、氨基酸的结构和分类一、氨基酸的结构和分类v 组成蛋白质的氨基酸按其结构可分为三大类，即脂肪族氨组成蛋白质的氨基酸按其结构可分为三大类，即脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和杂环族氨基酸。基酸、芳香族氨基酸和杂环族氨基酸。脂肪族氨基酸又可分脂肪族氨基酸又可分为
3、：一氨基一羧基酸为：一氨基一羧基酸(中性型氨基酸中性型氨基酸)、一氨基二羧基酸、一氨基二羧基酸(酸酸性型氨基酸性型氨基酸)、二氨基一羧基酸、二氨基一羧基酸(碱性型氨基酸碱性型氨基酸)、含硫氨基、含硫氨基酸及酰氨型氨基酸。氨基酸可以按照系统命名法，以羧酸为酸及酰氨型氨基酸。氨基酸可以按照系统命名法，以羧酸为母体，氨基为取代基来命名。但是母体，氨基为取代基来命名。但是氨基酸还通常按其来氨基酸还通常按其来源或性质以俗名来称呼。源或性质以俗名来称呼。6v现将组成蛋白质较为常见的氨基酸的结构、名称、分类列于下表：现将组成蛋白质较为常见的氨基酸的结构、名称、分类列于下表：78910v 其中甘氨酸、丙氨酸、
4、亮氨酸、异亮氨酸、丝氨其中甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、丝氨酸、苏氨酸为一氨基一羧基酸、天冬氯酸、谷氨酸酸、苏氨酸为一氨基一羧基酸、天冬氯酸、谷氨酸为为氨基二羧基酸，精氨酸、赖氨酸为二氨基一羧氨基二羧基酸，精氨酸、赖氨酸为二氨基一羧基酸，蛋氨酸、半胱氨酸、胱氨酸为含硫氨基酸，基酸，蛋氨酸、半胱氨酸、胱氨酸为含硫氨基酸，天冬酰胺、谷氨酰胺为酰胺型氨基酸，苯丙氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺为酰胺型氨基酸，苯丙氨酸、酪氨酸为芳香族氨基酸，组氨酸、色氰酸为杂环亚酪氨酸为芳香族氨基酸，组氨酸、色氰酸为杂环亚氨基酸，脯氨酸为杂环亚氨基酸。氨基酸，脯氨酸为杂环亚氨基酸。1112v 二、氨基酸的性质二、氨基酸的
5、性质v (一一)物理性质物理性质v 氨基酸根据其构型的不同，可分为氨基酸根据其构型的不同，可分为D D型型与与L L型，型，碳原子的构型与碳原子的构型与D D甘油醛相甘油醛相同的称为同的称为D D型，与型，与L L甘油醛相同的称为甘油醛相同的称为L L型。型。13v例如：例如：14v 它们在结构上的差别虽不大，但其生理功能它们在结构上的差别虽不大，但其生理功能则可有很大的不同。则可有很大的不同。在动植物体中的酶系统在动植物体中的酶系统只能促进只能促进L L型氨基酸的代谢变化，一般型氨基酸的代谢变化，一般D D型氨基酸不被动植物所利用。动植物体蛋白型氨基酸不被动植物所利用。动植物体蛋白质水解产生
6、的氨基酸都是质水解产生的氨基酸都是L L型的，只有某些型的，只有某些微生物活动的产物有微生物活动的产物有D D丙氨酸的存在。丙氨酸的存在。15v 氨基酸大都是无色结晶形固体。除胱氨酸及胳氨氨基酸大都是无色结晶形固体。除胱氨酸及胳氨酸外，它们都可溶于水；除脯氨酸及半胱氨酸外，酸外，它们都可溶于水；除脯氨酸及半胱氨酸外，一般都难溶于有机溶剂。不同的溶解度可用于分离一般都难溶于有机溶剂。不同的溶解度可用于分离有关的氨基酸。除甘氨酸之外，氨基酸都有旋光性；有关的氨基酸。除甘氨酸之外，氨基酸都有旋光性；氨基酸的旋光性有左旋的，也有右旋的，但以左旋氨基酸的旋光性有左旋的，也有右旋的，但以左旋的比较多。有些
7、氨基酸具有甜味，有些有苦味，有的比较多。有些氨基酸具有甜味，有些有苦味，有些则无味。味精是谷氨酸的钠盐，它具有鲜味。些则无味。味精是谷氨酸的钠盐，它具有鲜味。16v（二）两性性质和等电点（二）两性性质和等电点v 羧酸分子中含有羧基，能与碱作用生成盐，酯化生成酯。羧酸分子中含有羧基，能与碱作用生成盐，酯化生成酯。胺类分子中含有氨基，亦能与酸作用生成盐，酰化生成酰胺，胺类分子中含有氨基，亦能与酸作用生成盐，酰化生成酰胺，与亚硝酸作用生成含经基的化合物与亚硝酸作用生成含经基的化合物(醇或酚醇或酚)。氨基酸分子中。氨基酸分子中既含有羧基，又含有氨基，因此，它也能进行与羧酸和胺类既含有羧基，又含有氨基，
8、因此，它也能进行与羧酸和胺类相似的那些反应。相似的那些反应。此外，此外，由于氨基酸分子中氨基和羧基的相由于氨基酸分子中氨基和羧基的相互影响，又显示其特殊性质互影响，又显示其特殊性质两性性质两性性质。它是两性性质的。它是两性性质的化合物。化合物。17v例如氨基酸分子中含有羧基，它能与碱生成盐：例如氨基酸分子中含有羧基，它能与碱生成盐：18v氨基酸不但能与酸或碱作用生成盐，并且同一分子氨基酸不但能与酸或碱作用生成盐，并且同一分子内的羧基及氨基亦能作用而生成盐。这种同一分子内的羧基及氨基亦能作用而生成盐。这种同一分子内生成的盐叫做内盐。内生成的盐叫做内盐。19v（三（三)化学性质化学性质v1 1、与
9、亚硝酸的反应、与亚硝酸的反应 氨基酸能与亚硝酸作用生成氨基酸能与亚硝酸作用生成经基酸和水，并放出氮气。经基酸和水，并放出氮气。20v2 2、与水合茚苟三酮反应、与水合茚苟三酮反应 氨基酸的水溶液能氨基酸的水溶液能与水合茚三酮反应生成蓝紫色的化物，同时放出二与水合茚三酮反应生成蓝紫色的化物，同时放出二氧化碳。氧化碳。21v 3 3、氧化反应、氧化反应 氨基酸分子中的氨基可被过氨基酸分子中的氨基可被过氧化氢或高锰酸钾氧化，氧化反应后首先生氧化氢或高锰酸钾氧化，氧化反应后首先生成亚氨基酸，亚氨基酸再水解而成酮酸与氨。成亚氨基酸，亚氨基酸再水解而成酮酸与氨。其反应如下：其反应如下：22v三、烟草中的氨
10、基酸三、烟草中的氨基酸v 鲜烟叶中主要的游离氨基酸是天冬氨酸、谷鲜烟叶中主要的游离氨基酸是天冬氨酸、谷氨酸、脯氨酸和亮氨酸，它们加起来占总游氨酸、脯氨酸和亮氨酸，它们加起来占总游离氨基酸的离氨基酸的65657575。胱氨酸和色氨酸。胱氨酸和色氨酸在烟叶中仅有微量存在。在烟叶中仅有微量存在。所有单个氨基酸含所有单个氨基酸含量的最低点均在打顶前后。游离氨基酸含量量的最低点均在打顶前后。游离氨基酸含量随施氮肥量增加而增加。随施氮肥量增加而增加。23v (一）分布特点一）分布特点v1 1、不同烟草品种氨基酸含量不同、不同烟草品种氨基酸含量不同 烤烟中游烤烟中游离氨基酸总量较白肋烟低，而脯氨酸和天冬离氨
11、基酸总量较白肋烟低，而脯氨酸和天冬酰胺含量较多。白肋烟天冬酰胺和天冬氨酸酰胺含量较多。白肋烟天冬酰胺和天冬氨酸含量显著较高含量显著较高(表表3 31)1)，这体现了白肋烟的，这体现了白肋烟的特点。特点。2425v 2 2、不同氨用量烟草中氨基酸含量不同、不同氨用量烟草中氨基酸含量不同 v史宏志史宏志等研究结果表明：烟叶总氨基酸含量随施氨等研究结果表明：烟叶总氨基酸含量随施氨量的增加明显增加。在同一施氮水平上，增加有机量的增加明显增加。在同一施氮水平上，增加有机氨比例，总氨基酸含量下降。氨比例，总氨基酸含量下降。v韩锦锋韩锦锋等研究表明，随氮用量的增加，烟株根系中等研究表明，随氮用量的增加，烟株
12、根系中氨基酸总量升高，各种游离氨基酸含量则有增有减，氨基酸总量升高，各种游离氨基酸含量则有增有减，有的变化不大，而与烟碱合成有关的有的变化不大，而与烟碱合成有关的4 4种氨基酸含种氨基酸含量比对照都有大幅度提高量比对照都有大幅度提高。26v 3 3、烟株不同根际、烟株不同根际pHpH叶片中氨基酸含量不同叶片中氨基酸含量不同v 陈建军陈建军等研究结果表明，随根际等研究结果表明，随根际pHpH升高，升高，叶片脯氨基的含量增加直至叶片脯氨基的含量增加直至pH8.0pH8.0，而后下降，而后下降;苯丙氨酸和苏氨酸的变化无规律性，丝氨酸苯丙氨酸和苏氨酸的变化无规律性，丝氨酸含量呈降低趋势含量呈降低趋势;
13、亮氨酸含量变化里单峰曲线，亮氨酸含量变化里单峰曲线，峰值在峰值在pH6.5pH6.5处；丙氨酸的含量变化为双峰曲处；丙氨酸的含量变化为双峰曲线，峰值分别在线，峰值分别在pH 6.5pH 6.5和和pH7.5pH7.5处。处。27v 4 4、烟草叶片不同发育过程氨基酸含量不同、烟草叶片不同发育过程氨基酸含量不同 v符云鹏等符云鹏等结果表明，结果表明，同一部位烟叶的总氨基同一部位烟叶的总氨基酸含量随叶龄的增长而下降，烟叶达工艺成酸含量随叶龄的增长而下降，烟叶达工艺成熟时，中、上部烟叶总氨基酸下降至最低，熟时，中、上部烟叶总氨基酸下降至最低，下部烟叶在叶龄下部烟叶在叶龄60d60d时下降至最低；烟叶
14、工艺时下降至最低；烟叶工艺成熟时又有所升高。成熟时又有所升高。但同一部位的烟叶总氨但同一部位的烟叶总氨基酸含量在不同发育阶段下降的幅度不同。基酸含量在不同发育阶段下降的幅度不同。28v随叶片发育，游离氨基酸含量与总氨基酸含量变化规律有所随叶片发育，游离氨基酸含量与总氨基酸含量变化规律有所不同。不同。v下部烟叶在叶龄下部烟叶在叶龄40d40d之前，随叶龄增长游离氨基酸含量大幅之前，随叶龄增长游离氨基酸含量大幅度下降，度下降，4040一一50d50d其含量有所上升，到其含量有所上升，到60d60d下降至最低，到工下降至最低，到工艺成熟时又有所升高。艺成熟时又有所升高。v中、上部烟叶在中、上部烟叶在
15、30d30d之前，随叶龄增长游离氨基酸含量下降，之前，随叶龄增长游离氨基酸含量下降，303040d40d有所升高，有所升高，40d40d之后又开始下降，到烟叶成熟时游离之后又开始下降，到烟叶成熟时游离氨基酸降至最低。上述研究结果可能与不同部位烟叶氮代谢氨基酸降至最低。上述研究结果可能与不同部位烟叶氮代谢的强弱及蛋白质含量的高低有关。的强弱及蛋白质含量的高低有关。2930v 5 5、不同成熟度烟叶氨基酸含量不同、不同成熟度烟叶氨基酸含量不同 v在烟叶成熟过程中，同一部位烟叶随着成熟在烟叶成熟过程中，同一部位烟叶随着成熟度的增加，总游离氨基酸、度的增加，总游离氨基酸、氨基酸含量氨基酸含量下降，达到
16、工艺成熟前后又开始上升，与下降，达到工艺成熟前后又开始上升，与AmadoriAmadori化合物合关的氨基酸总和也随着成熟化合物合关的氨基酸总和也随着成熟度的增加发生有规律的度的增加发生有规律的”v v”形变化。形变化。31v 6 6、不同调制阶段烟叶氨基酸的含量不同、不同调制阶段烟叶氨基酸的含量不同 v烤烟烤烟烘烤过程中，从鲜叶到干筋期，总游离氨基酸含量逐渐烘烤过程中，从鲜叶到干筋期，总游离氨基酸含量逐渐增加，尤其以变黄中期最为明显，从干筋期后各种氨基酸均增加，尤其以变黄中期最为明显，从干筋期后各种氨基酸均降低。降低。v白肋烟白肋烟在调制过程中，氨基酸增加的时间与蛋白质迅速水解在调制过程中，
17、氨基酸增加的时间与蛋白质迅速水解的时间相吻合，蛋白质水解完成氨基酸停止增加。的时间相吻合，蛋白质水解完成氨基酸停止增加。当蛋白质当蛋白质停止水解，烟叶呈最大变黄时，总游离氨基酸开始下降。在停止水解，烟叶呈最大变黄时，总游离氨基酸开始下降。在烟叶调制过程中各种氨基酸的变化差异很大，一些氨基酸减烟叶调制过程中各种氨基酸的变化差异很大，一些氨基酸减少，另一些氨基酸则增加，最终导致调制过程中氨基酸总量少，另一些氨基酸则增加，最终导致调制过程中氨基酸总量的增加。的增加。32v7 7发酵或陈化过程烟叶氮基酸含量的变化发酵或陈化过程烟叶氮基酸含量的变化v 经发酵或陈化的烟叶，氨基酸含量大为减经发酵或陈化的烟
18、叶，氨基酸含量大为减少，但有利于烟叶香味的物质种类明显增加。少，但有利于烟叶香味的物质种类明显增加。33v (二二)烟草叶片发育过程中总氨基酸含量的变化烟草叶片发育过程中总氨基酸含量的变化v总氨基酸含量的多少标志着植物体内氮代谢的强弱及蛋白质总氨基酸含量的多少标志着植物体内氮代谢的强弱及蛋白质含量的高低。含量的高低。v从表从表4 42 2可知，可知，同一部位烟叶的总氨基酸含量随叶龄的增长同一部位烟叶的总氨基酸含量随叶龄的增长而下降。而下降。通过相关分析表明，叶龄与总氨基酸含量呈显著的通过相关分析表明，叶龄与总氨基酸含量呈显著的负相关，其相关系数分别负相关，其相关系数分别-0.9900(-0.9
19、900(下下)、-0.9895(-0.9895(中中)、-0.900(0.900(上上)。下部叶总氨基酸含量随叶龄增长而下降较快，。下部叶总氨基酸含量随叶龄增长而下降较快，中部叶自叶龄中部叶自叶龄20d20d、上部叶、上部叶30d30d之后下降幅度较大，说明中上之后下降幅度较大，说明中上部叶氮代谢持续的时间较下部叶长。部叶氮代谢持续的时间较下部叶长。34v表表4 42 2还表说明，还表说明，叶龄相同部位不同，总氨基酸含叶龄相同部位不同，总氨基酸含量有异。量有异。叶龄叶龄10d10d时，总氨基酸含量表现为下时，总氨基酸含量表现为下 上，上，中，至叶龄中，至叶龄60d60d时则为上时则为上 下下
20、中。烟叶达工艺成熟中。烟叶达工艺成熟时，中、上部烟叶总氨基酸含量降至最低，且相互时，中、上部烟叶总氨基酸含量降至最低，且相互间比较接近，下部叶则明显高于中上部叶，这与目间比较接近，下部叶则明显高于中上部叶，这与目前生产中下部叶采收成熟度偏低有关。烘烤后，中、前生产中下部叶采收成熟度偏低有关。烘烤后，中、上部叶总氨基酸含量较烤前明显增加。上部叶总氨基酸含量较烤前明显增加。3536v (三三)烟草叶片发育过程中氨基酸组分的变化烟草叶片发育过程中氨基酸组分的变化v从烟草不同部位烟叶中氨基酸各组分分析结果可以看出从烟草不同部位烟叶中氨基酸各组分分析结果可以看出(表表4 43)3)，烟草叶片中组成蛋白质
21、的氨基酸有，烟草叶片中组成蛋白质的氨基酸有1818种，这与前人种，这与前人的研究结果一致，的研究结果一致，不论是哪个部位的烟叶，均以谷氨酸和大不论是哪个部位的烟叶，均以谷氨酸和大冬氨酸的含量最高，冬氨酸的含量最高，尤其是在幼嫩的叶片中。烤烟中含量较尤其是在幼嫩的叶片中。烤烟中含量较多的氨基酸还有亮氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸，色氨酸和胱氨多的氨基酸还有亮氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸，色氨酸和胱氨酸的含量最低。酸的含量最低。3738v 上表表明，上表表明，烤烟中组成蛋白质的氨基酸中有烤烟中组成蛋白质的氨基酸中有1616种种氨基酸酸含量随叶龄增长而减少氨基酸酸含量随叶龄增长而减少，其中以天冬氨酸，其中以天冬氨
22、酸减少最多，中部叶成熟时天冬氨酸的含量仅为叶龄减少最多，中部叶成熟时天冬氨酸的含量仅为叶龄10d10d时的时的13.513.5，其次是谷氨酸、亮氨酸、丙氨酸，其次是谷氨酸、亮氨酸、丙氨酸，而胱氨酸和色氨酸随叶片发育变化不大。烟叶烘烤而胱氨酸和色氨酸随叶片发育变化不大。烟叶烘烤后，各氨总酸组分都有所增加，以脯氨酸增加的幅后，各氨总酸组分都有所增加，以脯氨酸增加的幅度最大，其次是大冬氨酸和谷氨酸。度最大，其次是大冬氨酸和谷氨酸。39v(四四)烤烟叶片发育过程中游离氨基酸含量的变化烤烟叶片发育过程中游离氨基酸含量的变化v游离氨基酸既是合成蛋白质的原料，又是蛋白质降解的产物。游离氨基酸既是合成蛋白质的
23、原料，又是蛋白质降解的产物。v在叶片发育初期，游离氨基酸含量高，则蛋白质合成强度大，在叶片发育初期，游离氨基酸含量高，则蛋白质合成强度大，叶面积扩展速度快。叶面积扩展速度快。v当叶片基本定型之后，若游离氨基酸含量高，蛋白质仍保持较当叶片基本定型之后，若游离氨基酸含量高，蛋白质仍保持较强的合成能力，则对烟叶品质不利。强的合成能力，则对烟叶品质不利。v在烘烤过程中，蛋白质降解产生的游离氨基酸发生互变作用及在烘烤过程中，蛋白质降解产生的游离氨基酸发生互变作用及脱羧、氧化脱氨、脱羧脱氨作用，引起羧基化合物增加，对改脱羧、氧化脱氨、脱羧脱氨作用，引起羧基化合物增加，对改善烟叶品质，特别是对增加烟叶香气特
24、性足非常重要的。善烟叶品质，特别是对增加烟叶香气特性足非常重要的。4041v对烟草叶片发育过程中游离氨基酸总量的测定结果决明，随叶片发育，对烟草叶片发育过程中游离氨基酸总量的测定结果决明，随叶片发育，游离氨基酸含量的变化与总氨基酸含量变化规律有所不同。游离氨基酸含量的变化与总氨基酸含量变化规律有所不同。v下部叶在叶龄下部叶在叶龄40d40d之前，随叶龄增长游离氨基酸含量大幅度下降；之前，随叶龄增长游离氨基酸含量大幅度下降；404050d50d其含量有所上升，其含量有所上升，可能是大田生育前期中期气候较为干旱，致使下可能是大田生育前期中期气候较为干旱，致使下部叶早衰，蛋白质分解加强，部叶早衰，蛋
25、白质分解加强，50d50d之后游离氨基酸含量又下降。之后游离氨基酸含量又下降。v中、上部叶在叶龄中、上部叶在叶龄30d30d之前，随叶龄增长游离氨基酸含量下降；之前，随叶龄增长游离氨基酸含量下降；303040d40d有所升向，可能与氮代谢此时合所增强有关；有所升向，可能与氮代谢此时合所增强有关；40d40d之后又开始减少，到之后又开始减少，到烟叶成熟时游离氨基酸降至最低。烟叶成熟时游离氨基酸降至最低。v烘烤后烟叶中游离氨基酸含量较烤前增加，是由于烘烤过程中蛋白质降烘烤后烟叶中游离氨基酸含量较烤前增加，是由于烘烤过程中蛋白质降解所致。解所致。42v在调制过程中，烟草蛋白质部分水解为游离在调制过程
26、中，烟草蛋白质部分水解为游离氨基酸，调制后烟叶中的游离氨基酸见表氨基酸，调制后烟叶中的游离氨基酸见表4 45 5；氨基酸在调制过程中参与许多复杂的化学；氨基酸在调制过程中参与许多复杂的化学反对。另外，在烟草中还发现许多不常见的反对。另外，在烟草中还发现许多不常见的氨基酸，至少有氨基酸，至少有4848种，已如前述。种，已如前述。434445 第二节第二节 蛋白质蛋白质v 蛋白质是含氮的高分子化合物，它的相对分子质量很大。蛋白质是含氮的高分子化合物，它的相对分子质量很大。各种蛋白质的相对分子质量有很大的差异，一般从各种蛋白质的相对分子质量有很大的差异，一般从1 1万左右万左右到几百万，也有大至几千
27、万的。到几百万，也有大至几千万的。v所有蛋白质都含有所有蛋白质都含有C C、H H、O O、N N四种元素，多数蛋白质含有少四种元素，多数蛋白质含有少量的硫，有些蛋白质含有磷，若干特殊蛋白质还含有铁、铜、量的硫，有些蛋白质含有磷，若干特殊蛋白质还含有铁、铜、锰、锌和碘等。蛋白质的种类非常多，但不论其来源如何，锰、锌和碘等。蛋白质的种类非常多，但不论其来源如何，蛋白质的元素组成变动范围却不很大。蛋白质的元素组成变动范围却不很大。4647v 生物体组织中所含的氮，绝大部分存在于蛋白质生物体组织中所含的氮，绝大部分存在于蛋白质中，蛋白质含氮量变化的幅度不大，一般以其平均中，蛋白质含氮量变化的幅度不大
28、，一般以其平均值值1616计算。因此生物样品中每克氮的存在，就表计算。因此生物样品中每克氮的存在，就表示样品大约含蛋白质示样品大约含蛋白质100/16100/16，即，即6.25gx6.25gx。这个数值。这个数值称为蛋白质转换系数。称为蛋白质转换系数。v蛋白质含量蛋白质含量(g/100)(g/100)每克样品中含氮克数每克样品中含氮克数6.256.2510010048v一、蛋白质的结构一、蛋白质的结构v(一一)蛋白质分子中安基酸的连接方式蛋白质分子中安基酸的连接方式v蛋白质分子中的氨基酸是通过肽键连接起来蛋白质分子中的氨基酸是通过肽键连接起来的的 。v肽键的形成可以看做是氨基酸与氨基酸之间肽
29、键的形成可以看做是氨基酸与氨基酸之间彼此通过羧基和氨基脱水缩合而成的。彼此通过羧基和氨基脱水缩合而成的。4950v 由两个分子的氨基酸通过肽键连接而成的产物称由两个分子的氨基酸通过肽键连接而成的产物称为为二肽。二肽。二肽两端仍有游离的羧基与氨基，可以继二肽两端仍有游离的羧基与氨基，可以继续与另一分子氨基酸缩合而成三肽。同理，可再生续与另一分子氨基酸缩合而成三肽。同理，可再生成四肽、五肽以至多肽。成四肽、五肽以至多肽。v蛋白质结构的基本形式就是由数目很多的各种氨基蛋白质结构的基本形式就是由数目很多的各种氨基酸通过肽键连接而成的多肽长链。肽长链可用下式酸通过肽键连接而成的多肽长链。肽长链可用下式表
30、示：表示：5152v氨基酸之间经安基及羧基相互连接形成多肽氨基酸之间经安基及羧基相互连接形成多肽长链后，氨基酸分子中的其他基团如丙氨酸长链后，氨基酸分子中的其他基团如丙氨酸的甲基、额氨酸的异丙基、丝氨酸的羟甲基的甲基、额氨酸的异丙基、丝氨酸的羟甲基等，就成为多肽长链上的侧链。如：等，就成为多肽长链上的侧链。如：5354v二、蛋白质的理化性质二、蛋白质的理化性质v (一一)蛋白质的胶体性质蛋白质的胶体性质v蛋白质溶于水时，是以单分子状态分散的，但由于蛋白质是蛋白质溶于水时，是以单分子状态分散的，但由于蛋白质是高分子化食物，粒子比较大，直径一般在高分子化食物，粒子比较大，直径一般在1 1100nm
31、100nm之间，它之间，它属于胶体质点范围之内。它分散在溶液中具有布朗运动、丁属于胶体质点范围之内。它分散在溶液中具有布朗运动、丁道尔现象、电泳现象、不透过半透膜以及具有吸附能力等胶道尔现象、电泳现象、不透过半透膜以及具有吸附能力等胶体溶液的特性。一个活细胞主要是由水分和蛋白质粒子所形体溶液的特性。一个活细胞主要是由水分和蛋白质粒子所形成的胶体体系，它和细胞的生命活动关系非常密切。在一般成的胶体体系，它和细胞的生命活动关系非常密切。在一般情况下，若这种体系遭受破坏，则严重影响新陈代谢的正常情况下，若这种体系遭受破坏，则严重影响新陈代谢的正常进行，甚至导致生命的死亡。进行，甚至导致生命的死亡。5
32、5v蛋白质溶液是一种高分子溶液。蛋白质溶液的稳定性是由于蛋白质溶液是一种高分子溶液。蛋白质溶液的稳定性是由于具备了下列两个条件：具备了下列两个条件：v1.1.粒子外围有水膜粒子外围有水膜 蛋白质分子表面有许多亲水基团，这就蛋白质分子表面有许多亲水基团，这就使蛋白质粒子高度水化，并形成了一层水膜，对蛋白质粒子使蛋白质粒子高度水化，并形成了一层水膜，对蛋白质粒子起到保护作用。因此，碰撞时就不易聚合而产生沉淀。起到保护作用。因此，碰撞时就不易聚合而产生沉淀。v2.2.粒子带电荷粒子带电荷 蛋白质分子表面上存在许多可电离的基团，蛋白质分子表面上存在许多可电离的基团，故在碱性溶液中蛋白质成为阴离子；在酸
33、性溶液中成为阳离故在碱性溶液中蛋白质成为阴离子；在酸性溶液中成为阳离子。因此，在只有一定子。因此，在只有一定pHpH值的溶液中，蛋白质分子一般都带值的溶液中，蛋白质分子一般都带有负性电荷（只有在等电点时蛋白质分子成中性有负性电荷（只有在等电点时蛋白质分子成中性)。由于同。由于同性电荷的相互排斥，使蛋白质粒子间保持一定距离，不易聚性电荷的相互排斥，使蛋白质粒子间保持一定距离，不易聚集沉淀。集沉淀。56v （二（二)蛋白质的两性性质蛋白质的两性性质v蛋白质分子中含有不少可电离基团，如羧基、氨基、酚羧基蛋白质分子中含有不少可电离基团，如羧基、氨基、酚羧基等。这些可电离基团有些是酸性的，有些是碱性的。
34、因此，等。这些可电离基团有些是酸性的，有些是碱性的。因此，蛋白质与氨基酸一样呈两性反应，亦各有其等电点。蛋白质与氨基酸一样呈两性反应，亦各有其等电点。v加入碱溶液至等电点的碱时，蛋白质成为阴离子；加入酸液加入碱溶液至等电点的碱时，蛋白质成为阴离子；加入酸液至等电点酸时，蛋白质成为阳离子；若溶液达到一定的至等电点酸时，蛋白质成为阳离子；若溶液达到一定的pHpH值值时，蛋白质的酸性电离与碱性电离相等，这个时，蛋白质的酸性电离与碱性电离相等，这个pHpH值就是这种值就是这种蛋白质的等电点。蛋白质的等电点。57v 各种蛋白质由于其氨基酸组成的不同，故各有其各种蛋白质由于其氨基酸组成的不同，故各有其自己
35、的等电点自己的等电点(表表4 47)7)。含有较多酸性氨基酸。含有较多酸性氨基酸(如如谷氨酸、天冬氨酸等谷氨酸、天冬氨酸等)的蛋白质，其等电点较低；的蛋白质，其等电点较低；含有较多碱性氨基酸含有较多碱性氨基酸(如精氨酸、赖氨酸等如精氨酸、赖氨酸等)的蛋白的蛋白质，其等电点较高。质，其等电点较高。大多数蛋白质的等电点接近于大多数蛋白质的等电点接近于5 5左右，故在动、植物组织中左右，故在动、植物组织中(pH(pH近于近于7)7)，蛋白质大，蛋白质大都成为阴离子。都成为阴离子。5859v 蛋白质由于在等电点时所带电荷正负相等，因而蛋白质由于在等电点时所带电荷正负相等，因而蛋白质分子间的排斥力减弱，
36、水化能力也减弱，导蛋白质分子间的排斥力减弱，水化能力也减弱，导致丧失水膜，易于沉淀析出。因此，在等电点时蛋致丧失水膜，易于沉淀析出。因此，在等电点时蛋白质的溶解性最小。这一性质可用于蛋白质和酶的白质的溶解性最小。这一性质可用于蛋白质和酶的分离提纯；分离提纯；此外，蛋白质在等电点时，其理化性质此外，蛋白质在等电点时，其理化性质有特殊表现，例如：溶液的导电能力最小，渗透压、有特殊表现，例如：溶液的导电能力最小，渗透压、黏度、膨润性也较小。黏度、膨润性也较小。60v (三三)蛋白质的沉淀作用蛋白质的沉淀作用v在蛋白质溶液中加入适当的试剂，破坏它的水膜或中和它的在蛋白质溶液中加入适当的试剂，破坏它的水
37、膜或中和它的电荷，就很容易使蛋白质变得不稳定而发生沉淀现象。电荷，就很容易使蛋白质变得不稳定而发生沉淀现象。v在日常生活中，蛋白质沉淀的现象是很多的，如豆浆中加入在日常生活中，蛋白质沉淀的现象是很多的，如豆浆中加入少量盐卤而析出豆腐花，热牛乳中加入稀醋酸后有蛋白质结少量盐卤而析出豆腐花，热牛乳中加入稀醋酸后有蛋白质结絮而析出沉淀。引起蛋白质沉淀的方法很多。盐析法和加脱絮而析出沉淀。引起蛋白质沉淀的方法很多。盐析法和加脱水剂法是分离制备蛋白质制剂、制品时常用的方法。此外还水剂法是分离制备蛋白质制剂、制品时常用的方法。此外还可调节溶液的可调节溶液的pHpH值，使达到该蛋白质的等电点而失去电荷，值，
38、使达到该蛋白质的等电点而失去电荷，蛋白质即沉淀下来。蛋白质即沉淀下来。61v 科学实验和生产实际中，使蛋白质沉淀一般有两个目的：科学实验和生产实际中，使蛋白质沉淀一般有两个目的：v一是为了制备有生物活性的蛋白质制剂；一是为了制备有生物活性的蛋白质制剂；v二是为了去掉某些杂蛋白。二是为了去掉某些杂蛋白。v上述方法主要用于前者，这些方法所得蛋白质沉淀仍具生物上述方法主要用于前者，这些方法所得蛋白质沉淀仍具生物活性。此外，还可用加热法使蛋白质凝固；用重金属盐活性。此外，还可用加热法使蛋白质凝固；用重金属盐(如如汞、银、铜盐汞、银、铜盐)或磷酸盐、二氯醋酸和生物碱等沉淀剂都可或磷酸盐、二氯醋酸和生物碱
39、等沉淀剂都可使蛋白质沉淀。但这些方法往往使蛋白质失去生物活性，且使蛋白质沉淀。但这些方法往往使蛋白质失去生物活性，且不能再重新溶解，故不宜制备具有活性的蛋白质制剂。而在不能再重新溶解，故不宜制备具有活性的蛋白质制剂。而在分析测定某样品中非蛋白质成分，以及中止酶的作用时，则分析测定某样品中非蛋白质成分，以及中止酶的作用时，则常用到这些方法。常用到这些方法。62v 1 1、盐析法、盐析法 在蛋白质水溶液中加入无机盐在蛋白质水溶液中加入无机盐(如硫酸铵、硫如硫酸铵、硫酸钠、氯化钠等酸钠、氯化钠等)后，可产生两种现象。后，可产生两种现象。v在盐浓度较低时，蛋白质溶解度以增加的趋势为主，蛋白质在盐浓度较
40、低时，蛋白质溶解度以增加的趋势为主，蛋白质易溶解，称为盐溶现象。这是由于蛋白质颗粒上吸附某种无易溶解，称为盐溶现象。这是由于蛋白质颗粒上吸附某种无机盐离子后，使蛋白质颗粒带同种电荷而相互排斥，并与水机盐离子后，使蛋白质颗粒带同种电荷而相互排斥，并与水分子作用加强，从而溶解度增加。分子作用加强，从而溶解度增加。v当盐浓度增高当盐浓度增高(如饱和或半饱和程度如饱和或半饱和程度)时，蛋白质溶解度降低时，蛋白质溶解度降低的趋势起决定作用，便易发生沉淀。这种由于加入一定的盐的趋势起决定作用，便易发生沉淀。这种由于加入一定的盐而使蛋白质发生沉淀的作用称为盐析现象。而使蛋白质发生沉淀的作用称为盐析现象。63
41、v盐析的具体过程是，先将蛋白质溶液的盐析的具体过程是，先将蛋白质溶液的pHpH值调至等电点，使值调至等电点，使其溶解度达到最低，然后加入固体硫酸铵其溶解度达到最低，然后加入固体硫酸铵(或其饱和水溶液或其饱和水溶液)，并达到一定浓度并达到一定浓度(以饱和百分比表示以饱和百分比表示)。这时该蛋白质即从溶。这时该蛋白质即从溶液中析出，经过滤或离心分离，透析去盐，即得该蛋白质制液中析出，经过滤或离心分离，透析去盐，即得该蛋白质制品。品。v由于各种蛋白质所带电荷不同，相对分子质量不同，在高浓由于各种蛋白质所带电荷不同，相对分子质量不同，在高浓度的盐溶液中溶解度不同。度的盐溶液中溶解度不同。因此一个含有几
42、种蛋白质的混合因此一个含有几种蛋白质的混合液，就可用不同浓度的硫酸铵来使其中各种蛋白质先后分别液，就可用不同浓度的硫酸铵来使其中各种蛋白质先后分别沉淀下来，达到分离提纯的目的，这种方法称为沉淀下来，达到分离提纯的目的，这种方法称为分级沉淀分级沉淀。64v 2 2、有机溶剂法、有机溶剂法 在蛋白质溶液中，加入较多量与水相溶的在蛋白质溶液中，加入较多量与水相溶的有机溶剂，由于这些溶剂与水亲和力大，能夺取蛋白质颗粒有机溶剂，由于这些溶剂与水亲和力大，能夺取蛋白质颗粒上的水膜，使蛋白质的溶解度降低而沉淀。常用有机溶剂有上的水膜，使蛋白质的溶解度降低而沉淀。常用有机溶剂有乙醇、丙酮等。乙醇、丙酮等。由于
43、有机溶剂往往能使蛋白质变性失活，因由于有机溶剂往往能使蛋白质变性失活，因此用有机溶剂来沉淀蛋白质时宜用稀浓度有机溶剂并在低温此用有机溶剂来沉淀蛋白质时宜用稀浓度有机溶剂并在低温下操作。下操作。加入有机溶剂时要搅拌均匀，以防局部浓度过高而加入有机溶剂时要搅拌均匀，以防局部浓度过高而引起失活。引起失活。用有机溶剂得到的蛋白质不宜在有机溶剂中放置用有机溶剂得到的蛋白质不宜在有机溶剂中放置过久，要立即加水溶解。由于使不同种蛋白质沉淀所需的有过久，要立即加水溶解。由于使不同种蛋白质沉淀所需的有机溶剂的浓度不同，因此通过调节溶剂的浓度也可使混合蛋机溶剂的浓度不同，因此通过调节溶剂的浓度也可使混合蛋白质达到
44、分级沉淀的目的。白质达到分级沉淀的目的。65v 3 3、凝胶过滤法、凝胶过滤法 凝胶过滤法又称分子筛层析法，适用于水凝胶过滤法又称分子筛层析法，适用于水溶性高分子物质的分离，如蛋白质、酶、核酸、激素、病毒溶性高分子物质的分离，如蛋白质、酶、核酸、激素、病毒及多糖等，广泛用于生化分析和测定上。操作简便，分离迅及多糖等，广泛用于生化分析和测定上。操作简便，分离迅速，重复性高，是分离纯化的重要技术之一。速，重复性高，是分离纯化的重要技术之一。v这种方法主要是根据被分析物的相对分子质量不同，通过一这种方法主要是根据被分析物的相对分子质量不同，通过一固定相固定相(即凝胶即凝胶)构成的柱进行层析来达到分离
45、纯化目的。由构成的柱进行层析来达到分离纯化目的。由于凝胶颗粒只有微孔结构，像只筛子，故称分子筛。于凝胶颗粒只有微孔结构，像只筛子，故称分子筛。6667v(四四)蛋白质的水解蛋白质的水解v 蛋白质可以被酸、碱和蛋白酶催化水解，使蛋白质可以被酸、碱和蛋白酶催化水解，使蛋白质分子断裂，相对分子量逐渐变小，水蛋白质分子断裂，相对分子量逐渐变小，水解成相对分子质量不等的肽段和氨基酸段。解成相对分子质量不等的肽段和氨基酸段。根据蛋白质的水解程度，有完全水解和不完根据蛋白质的水解程度，有完全水解和不完全水解两种情况。全水解两种情况。68v 1 1、酸水解法、酸水解法 目前从蛋白质制取目前从蛋白质制取L L型
46、氨基酸或测定蛋自型氨基酸或测定蛋自质中氨基较成分时，大多情况下都采用酸水解法。质中氨基较成分时，大多情况下都采用酸水解法。v酸水解法的优点是：酸水解法的优点是：盐酸本身可用加热的方法蒸发除去，水盐酸本身可用加热的方法蒸发除去，水解彻底，能全部转变为氨基酸，且不引起消旋作用，对大多解彻底，能全部转变为氨基酸，且不引起消旋作用，对大多数氨基酸很少破坏。数氨基酸很少破坏。v其缺点是：其缺点是：营养价值较高的色氨酸几乎全被破坏，含羧基的营养价值较高的色氨酸几乎全被破坏，含羧基的丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸也部分被破坏。水解过程中，氨接丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸也部分被破坏。水解过程中，氨接酸与碳基化合物酸与碳基
47、化合物(如糖如糖)作用生成黑色物质，使溶液呈黑色。作用生成黑色物质，使溶液呈黑色。69v 2 2、酶水解法、酶水解法 用酶水解蛋白质时，通常有胰酶制品、胰浆用酶水解蛋白质时，通常有胰酶制品、胰浆或微生物的蛋白酶制剂等。由于条件温和，绝大部分氨基酸或微生物的蛋白酶制剂等。由于条件温和，绝大部分氨基酸不受破坏。但它不宜用来制取氨基酸，这是因为酶法水解蛋不受破坏。但它不宜用来制取氨基酸，这是因为酶法水解蛋白质在体外进行时，既要较长时间，水解又不完全，单用某白质在体外进行时，既要较长时间，水解又不完全，单用某一种蛋白酶是不可能把蛋白质全部水解成氨基酸的。一种蛋白酶是不可能把蛋白质全部水解成氨基酸的。v
48、高等动物消化蛋白质就是在温和条件，由体内多种蛋白酶协高等动物消化蛋白质就是在温和条件，由体内多种蛋白酶协同进行水解，才能将蛋白质全部水解成氨基酸。故酶法常用同进行水解，才能将蛋白质全部水解成氨基酸。故酶法常用于蛋白质的不完全水解以制取水解蛋白。微生物培养基中用于蛋白质的不完全水解以制取水解蛋白。微生物培养基中用的蛋白陈、医药上用的水解蛋白针剂和口服粉剂都是用酶法的蛋白陈、医药上用的水解蛋白针剂和口服粉剂都是用酶法或稀酸法制得的蛋白质不完全水解产物。或稀酸法制得的蛋白质不完全水解产物。70v 3 3、碱水解法、碱水解法 对于蛋白质的水解作用，除酸法、对于蛋白质的水解作用，除酸法、酶法外，还可用碱
49、法。一般用酶法外，还可用碱法。一般用6mol/l6mol/l氢氧化钠煮沸氢氧化钠煮沸6h6h，即可使蛋白质完全水解。但碱水解法缺点很多，即可使蛋白质完全水解。但碱水解法缺点很多，主要是会使氨基酸产生消旋作用，产物中有主要是会使氨基酸产生消旋作用，产物中有L L型型和和D D型两种氨基酸，还有很多氨基酸如丝氨酸、型两种氨基酸，还有很多氨基酸如丝氨酸、苏级酸、精氨酸、赖氨酸、肮氨酸等被破坏，故一苏级酸、精氨酸、赖氨酸、肮氨酸等被破坏，故一般不能用来制备般不能用来制备L L型氨基酸。型氨基酸。71v (五五)蛋白质的颜色反应蛋白质的颜色反应v 由于蛋白质分子中含有肽键和氨基酸的各种侧链基团，由于蛋白
50、质分子中含有肽键和氨基酸的各种侧链基团，因此它能与各种不同的试剂作用，生成有色的物质。这种颜因此它能与各种不同的试剂作用，生成有色的物质。这种颜色反应广泛地应用于蛋白质的定性和定量分析。色反应广泛地应用于蛋白质的定性和定量分析。v 1 1、黄色反应、黄色反应 在蛋白质溶液中加入浓硝酸时，蛋白质在蛋白质溶液中加入浓硝酸时，蛋白质先沉淀析出，加热则变成姜黄色沉淀。这是苯丙氨酸、色氨先沉淀析出，加热则变成姜黄色沉淀。这是苯丙氨酸、色氨酸等含苯环的氨基酸所特有的反应，硝酸与这些氨基酸中的酸等含苯环的氨基酸所特有的反应，硝酸与这些氨基酸中的苯环形成黄色的硝基化台物。苯环形成黄色的硝基化台物。7273v
