1、2023年6月25日14时14分6.1概述概述氨基酸基本的理化性质氨基酸基本的理化性质 一、基本物理学性质一、基本物理学性质 包括基本溶解性、熔点、沸点、光学行为、旋光性、疏水性等。包括基本溶解性、熔点、沸点、光学行为、旋光性、疏水性等。(一）溶解性质一）溶解性质 氨基酸在水中的溶解度（氨基酸在水中的溶解度（25,g/L）氨基酸 溶解度氨基酸 溶解度氨基酸 溶解度丙氨酸(Ala)167.2精氨酸(Arg)855.6天冬酰胺(Asn)28.5天冬氨酸(Asp)5.0半胱氨酸(Cys)谷氨酰胺(Gln)7.2(37)谷氨酸(Glu)8.5甘氨酸(Gly)249.9组氨酸(His)异亮氨酸(Ile)
2、34.5亮氨酸(Leu)21.7赖氨酸(Lys)739.0蛋氨酸(Met)56.2苯丙氨酸(Phe)27.6脯氨酸(Pro)1620.0丝氨酸(Ser)422.0苏氨酸(Thr)13.2色氨酸(Trp)13.6酪氨酸(Tyr)0.4缬氨酸(Val)58.1据Owen R.Fennema,Food Chemistry,Marcel Dekker,Inc.1996,27012023年6月25日14时14分 根据氨基酸侧链与水相互作用的程度可将氨基酸分作几类。含有脂肪族根据氨基酸侧链与水相互作用的程度可将氨基酸分作几类。含有脂肪族和芳香族侧链的氨基酸，如和芳香族侧链的氨基酸，如Ala、Ile、Leu
3、、Met、Pro、Val及及Phe、Tyr，由于侧链的疏水性，这些氨基酸在水中的溶解度均较小；侧链带有电荷或由于侧链的疏水性，这些氨基酸在水中的溶解度均较小；侧链带有电荷或极性集团的氨基酸，如极性集团的氨基酸，如Arg、Asp、Glu、His、Lys和和Ser、Thr、Asn在水中在水中均有比较大的溶解度；但根据电荷及极性分析也有一些例外，如脯氨酸属均有比较大的溶解度；但根据电荷及极性分析也有一些例外，如脯氨酸属于带疏水基团的氨基酸，但在水中却有异常高的溶解度。于带疏水基团的氨基酸，但在水中却有异常高的溶解度。（二）氨基酸的疏水性（二）氨基酸的疏水性 氨基酸的疏水性，是影响氨基酸溶解行为的重要
4、因素，也是影响蛋白质氨基酸的疏水性，是影响氨基酸溶解行为的重要因素，也是影响蛋白质和肽的物理化学性质（如结构、溶解度、结合脂肪的能力等）的重要因素。和肽的物理化学性质（如结构、溶解度、结合脂肪的能力等）的重要因素。按照物理化学的原理，疏水性可被定义为：按照物理化学的原理，疏水性可被定义为：在相同的条件下，一种溶于在相同的条件下，一种溶于水中的溶质的自由能与溶于有机溶剂的相同溶质的自由能相比所超过的数水中的溶质的自由能与溶于有机溶剂的相同溶质的自由能相比所超过的数值。值。估计氨基酸侧链的相对疏水性的最直接、最简单的方法就是实验测定估计氨基酸侧链的相对疏水性的最直接、最简单的方法就是实验测定氨基酸
5、溶于水和溶于一种有机溶剂的自由能变化。氨基酸溶于水和溶于一种有机溶剂的自由能变化。一般用水和乙醇之间自由能变化表示氨基酸侧链的疏水性，将此变化值一般用水和乙醇之间自由能变化表示氨基酸侧链的疏水性，将此变化值标作标作GG。不同氨基酸的不同氨基酸的GG值如下表所示。值如下表所示。22023年6月25日14时14分 氨基酸侧链的疏水性（乙醇水，kJ/mol）氨基酸 G氨基酸 G氨基酸 G丙氨酸(Ala)2.09精氨酸(Arg)天冬酰胺(Asn)0天冬氨酸(Asp)2.09半胱氨酸(Cys)4.18谷氨酰胺(Gln)-0.42谷氨酸(Glu)2.09甘氨酸(Gly)0组氨酸(His)2.09异亮氨酸(
6、Ile)12.54亮氨酸(Leu)9.61赖氨酸(Lys)蛋氨酸(Met)5.43苯丙氨酸(Phe)10.45脯氨酸(Pro)10.87丝氨酸(Ser)-1.25苏氨酸(Thr)1.67色氨酸(Trp)14.21酪氨酸(Tyr)9.61缬氨酸(Val)6.27 当氨基酸的当氨基酸的GG值为正时，其侧链具有疏水性，倾向于处在蛋白分子值为正时，其侧链具有疏水性，倾向于处在蛋白分子的内部；的内部；GG为负时，其侧链是亲水的，倾向于处在蛋白分子的表面。为负时，其侧链是亲水的，倾向于处在蛋白分子的表面。需要注意的是，赖氨酸通常是蛋白质分子中亲水性的氨基酸残基，但它的需要注意的是，赖氨酸通常是蛋白质分子中
7、亲水性的氨基酸残基，但它的GG是正值，这是由于它的侧链含有优先选择有机环境的是正值，这是由于它的侧链含有优先选择有机环境的4 4个个-CH-CH2 2-基。基。（三）氨基酸的光学性质（三）氨基酸的光学性质 氨基酸中的苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸分子中由于有共轭体系，因此可氨基酸中的苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸分子中由于有共轭体系，因此可以吸收近紫外光。它们的最大吸收波长（以吸收近紫外光。它们的最大吸收波长（max)max)分别为分别为260nm260nm、275nm275nm、278nm278nm；在吸收最大波长光线的时候还会发出荧光。；在吸收最大波长光线的时候还会发出荧光。32023年6月25日14
8、时14分 二、基本化学性质二、基本化学性质 关于氨基酸基本的化学性质，在生物化学中已经进行了介绍。下面再根关于氨基酸基本的化学性质，在生物化学中已经进行了介绍。下面再根据据Owen R.Fennema,Food Chemistry,作简要介绍；其主要的线作简要介绍；其主要的线索还是氨基酸分子中所带的官能团。索还是氨基酸分子中所带的官能团。氨基酸和蛋白质中官能团的化学反应性氨基酸和蛋白质中官能团的化学反应性官能团及反应 试剂和条件 产物 评论A.非氨基 1.还原甲基化 甲醛、NaBH4 蛋白放射性标记 2.胍基化 邻甲基异脲*，pH10.6,4,4d Lys转换成Arg 3.乙酰化 乙酸酐 去除
9、正电荷 4.琥珀酰化 琥珀酸酐 在Lys上引入正电荷 5.巯基化 硫代仲康酸*在Lys残基引入巯基RNH CH3+R2+R RNHCNH2NH2R RNHCOCH3R RNHCOCH3R RNHCOCH2CHCOOHCH2SH42023年6月25日14时14分官能团及反应 试剂及条件 产物 评价 6.芳基化 FDNB*氨基酸序列测定 TNBS*产物同上 测定Lys残基(367nm)7.脱氨基 含1.5mol/LNaNO2的乙酸，0 ROH+N2+H2OB.羧基 1.酯化 酸性甲醇 RCOOCH3+H2O 在pH大于6时，酯水解 2.还原 含氢硼化物的四氢呋喃，三氟乙酸 RCH2OH 3.脱羧基
10、化 酸、碱、热处理 胺 仅发生在氨基酸C.巯基 1.氧化 过氧甲酸 RCH2SO3H 2.封闭 氮丙环 RCH2SCH2CH2NH3+避免巯基氧化 碘乙酸 RCH2SCH2COOH 同上 苹果酸酐*对汞代苯甲酸 测定巯基含量(250nm)R RNHNO2NO2NO2R RCH2S CHCOOHCH2COOHR RCH2SCOOHHg52023年6月25日14时14分官能团及反应 试剂和条件 产物 评价 N-乙基马来亚胺 封闭 DTNB*测定巯基含量D.羟基 酯化 乙酰氯E.-SCH3(Met)1.烷烃化 CH3I 2.-丙醇酸R RCH2SCHCOCH2CONHR RCH2SSCOOHNO2R
11、 RCH2OCOCH3R RCH2S CH3 2+CH2CH2COOR RCH2SCH3+CH2CH2COOH 三、重要的分析鉴定反应三、重要的分析鉴定反应 （一）与茚三酮的反应（略）（一）与茚三酮的反应（略）（二）与邻苯二甲醛的反应：在（二）与邻苯二甲醛的反应：在2-巯基乙醇的存在下，氨基酸与邻苯二巯基乙醇的存在下，氨基酸与邻苯二62023年6月25日14时14分甲醛反应生成高荧光的衍生物，在380nm激发时，在450nm具有最高荧光发射，用来定量分析氨基酸、肽和蛋白质。CHOCHO+RCH2CHNH2COOHHSCH2CH2OHNCHRCOOHSCH2CH2OH异吲哚衍生物 （三）与荧光胺
12、的反应 含有伯胺基的氨基酸、肽或蛋白质与荧光胺反应生成高荧光的衍生物，在390nm时，在475nm具有最高的荧光发射。此法可被用于氨基酸、肽或蛋白的定量分析。OOO荧光胺+RCH2CHNH2COOHONO+CHRCOOHH2O72023年6月25日14时14分肽类物质肽类物质活性肽的种类及功能活性肽的种类及功能 生物活性肽也称作功能肽，是近年来非常活跃的研究领域，其应用涉生物活性肽也称作功能肽，是近年来非常活跃的研究领域，其应用涉及到生物学、医药学、化学等多种学科，在食品科学研究及功能食品开发及到生物学、医药学、化学等多种学科，在食品科学研究及功能食品开发中也显示出美好的前景。中也显示出美好的
13、前景。功能肽按照获得途径的差异可以分作两种类型，一类是由生物体特别功能肽按照获得途径的差异可以分作两种类型，一类是由生物体特别是动物体内获得的天然功能肽；另一类是利用动植物蛋白，通过水解或酶是动物体内获得的天然功能肽；另一类是利用动植物蛋白，通过水解或酶解，再经过活性筛选而获得的外源性功能肽。解，再经过活性筛选而获得的外源性功能肽。一、天然活性肽一、天然活性肽 目前，由自然界已经获得了种类多样、功能各异的生物活性肽，目前，由自然界已经获得了种类多样、功能各异的生物活性肽，下页下页列举了一些这方面的例证。列举了一些这方面的例证。昆虫抗菌肽昆虫抗菌肽：迄今为止，已有迄今为止，已有150多种昆虫抗菌
14、肽被分离鉴定，许多多种昆虫抗菌肽被分离鉴定，许多抗菌肽的抗菌肽的cDNA已被克隆测序并进行了初步的基因定位和表达调控机制研已被克隆测序并进行了初步的基因定位和表达调控机制研究。昆虫抗菌肽已成为当前研究的热点，某些抗菌肽正在通过基因工程技究。昆虫抗菌肽已成为当前研究的热点，某些抗菌肽正在通过基因工程技术开始工业化生产并用于农业、工业和食品卫生等多个领域。术开始工业化生产并用于农业、工业和食品卫生等多个领域。82023年6月25日14时14分活性类型活性类型氨基酸数生理活性抗菌肽抗菌肽枯草菌素枯草菌素 乳酸链球菌素乳酸链球菌素Lactocin S橡胶素橡胶素神经肽神经肽脑啡肽脑啡肽-内啡肽内啡肽强
15、啡肽强啡肽韩蛙皮素韩蛙皮素激素肽及激素调节肽激素肽及激素调节肽催产素催产素 促肾上腺皮质激素促肾上腺皮质激素加压素加压素Amylin免疫活性肽免疫活性肽-干扰素干扰素白细胞介素白细胞介素-2抗癌多肽抗癌多肽肿瘤坏死因子肿瘤坏死因子环己肽环己肽 未知未知343343 5161714 939937 166-172133 157-1716 抑制革兰氏阳性菌抑制革兰氏阳性菌抑制革兰氏阳性菌和乳酸菌抑制革兰氏阳性菌和乳酸菌抑制肉毒梭菌、李氏杆菌、金黄色葡萄球菌抑制肉毒梭菌、李氏杆菌、金黄色葡萄球菌抑制含几丁质的真菌抑制含几丁质的真菌 鸦片样生物活性鸦片样生物活性神经调节神经调节神经条件神经条件神经调节神
16、经调节 平滑肌的收缩作用平滑肌的收缩作用甾类合成的刺激作用甾类合成的刺激作用血管肌的收缩作用血管肌的收缩作用胰岛素拮抗胰岛素拮抗 抗病毒、调节机体免疫反应抗病毒、调节机体免疫反应T-细胞激活细胞激活 抗癌抗癌抗癌抗癌 天然活性肽举例天然活性肽举例92023年6月25日14时14分 昆虫抗菌肽是一类碱性多肽，具有分子量小、水溶性好、热稳定性强、无昆虫抗菌肽是一类碱性多肽，具有分子量小、水溶性好、热稳定性强、无免疫原性，不易被水解等特性；同时还具有强而广谱的抗菌、抗癌、抗病毒的免疫原性，不易被水解等特性；同时还具有强而广谱的抗菌、抗癌、抗病毒的能力，对高等动物机体的正常细胞无损伤。根据氨基酸组成和
17、结构特征，可把能力，对高等动物机体的正常细胞无损伤。根据氨基酸组成和结构特征，可把昆虫抗菌肽分为昆虫抗菌肽分为4类：形成两性分子类：形成两性分子-螺旋的抗菌肽类；有分子内二硫桥的抗螺旋的抗菌肽类；有分子内二硫桥的抗菌肽类；富含甘氨酸的抗菌肽类和富含脯氨酸的抗菌肽类。菌肽类；富含甘氨酸的抗菌肽类和富含脯氨酸的抗菌肽类。关于抗菌肽的作用机理，现在人们比较一致的看法是，不同的抗菌肽在其关于抗菌肽的作用机理，现在人们比较一致的看法是，不同的抗菌肽在其杀菌方式上可能存在一些差异。有的通过在细菌膜上形成孔道，造成细胞内物杀菌方式上可能存在一些差异。有的通过在细菌膜上形成孔道，造成细胞内物质泄漏进而导致化学
18、势丧失而达到杀菌的效果；有的能够干扰一定类型的外膜质泄漏进而导致化学势丧失而达到杀菌的效果；有的能够干扰一定类型的外膜蛋白基因的转录，使相应蛋白的合成量减少，从而导致细胞膜的通透性增加，蛋白基因的转录，使相应蛋白的合成量减少，从而导致细胞膜的通透性增加，使细菌生长受到抑制。有些还可能抑制细菌细胞壁的形成，使细菌不能维持正使细菌生长受到抑制。有些还可能抑制细菌细胞壁的形成，使细菌不能维持正常的细胞形态而生长受阻，等等。常的细胞形态而生长受阻，等等。感染性疾病曾一度是人类生存所面临的最大威胁。随着抗生素的发明和广感染性疾病曾一度是人类生存所面临的最大威胁。随着抗生素的发明和广泛使用，感染性疾病得到
19、了一定程度的控制，但仍然是人类死亡的一个重要原泛使用，感染性疾病得到了一定程度的控制，但仍然是人类死亡的一个重要原因。据因。据WHO报告，报告，2000年全球死亡人数年全球死亡人数5570万，其中万，其中1440万由感染性疾病引起，万由感染性疾病引起，占总死亡人数的占总死亡人数的15.9%。过去的几十年里，耐药性微生物的不断产生和生物耐。过去的几十年里，耐药性微生物的不断产生和生物耐药性问题的日益恶化，开发新的抗感染药物已成为治疗感染疾病的必由之路。药性问题的日益恶化，开发新的抗感染药物已成为治疗感染疾病的必由之路。昆虫抗菌肽因其独特的抗菌、杀菌效果和良好的应用前景近来成为抗感染新药昆虫抗菌肽
20、因其独特的抗菌、杀菌效果和良好的应用前景近来成为抗感染新药开发的热点。目前国外在抗菌肽临床应用方面进展较快，在流行性脑脊髓炎、开发的热点。目前国外在抗菌肽临床应用方面进展较快，在流行性脑脊髓炎、人幽门螺旋杆菌感染及抗真菌感染等方面的应用已经进入临床试验阶段人幽门螺旋杆菌感染及抗真菌感染等方面的应用已经进入临床试验阶段。102023年6月25日14时14分 二、外源性活性肽二、外源性活性肽 以天然蛋白作为原料通过水解或酶解的方法，获得大量的肽类，从中筛选活性以天然蛋白作为原料通过水解或酶解的方法，获得大量的肽类，从中筛选活性肽，目前已成为扩大功能肽研究范围、发现新型多肽的有效途径。当然化学合成也
21、肽，目前已成为扩大功能肽研究范围、发现新型多肽的有效途径。当然化学合成也为功能肽的获得提供了有效的途径，但化学合成往往需要一定的活性结构做模型。为功能肽的获得提供了有效的途径，但化学合成往往需要一定的活性结构做模型。目前已有实际应用的外源性功能肽的制备方法有化学水解法、酶水解法、合成目前已有实际应用的外源性功能肽的制备方法有化学水解法、酶水解法、合成法等法等。化学水解法是以天然蛋白质为原料，在酸或碱的催化下进行水解而获得多肽。化学水解法是以天然蛋白质为原料，在酸或碱的催化下进行水解而获得多肽。一般用一般用610mol/L盐酸或盐酸或4mol/L硫酸在硫酸在100120条件下水解条件下水解122
22、4h；也可用；也可用6mol/LNaOH或或2mol/L的的Ba(OH)2水解水解6h左右；然后经活性炭脱色，再通过左右；然后经活性炭脱色，再通过701型树型树脂除去酸和盐便可获得混合多肽。此法工艺虽然简单但难以控制水解程度，容易将脂除去酸和盐便可获得混合多肽。此法工艺虽然简单但难以控制水解程度，容易将肽链继续水解为氨基酸，并且水解过程中氨基酸的结构容易受到影响而发生构型甚肽链继续水解为氨基酸，并且水解过程中氨基酸的结构容易受到影响而发生构型甚至构造上的变化，影响肽的结构和功能。此种影响在碱性条件下表现的尤为突出。至构造上的变化，影响肽的结构和功能。此种影响在碱性条件下表现的尤为突出。利用酶解
23、的方法由天然蛋白制备功能肽是目前常采用的方法。此方法的一般工利用酶解的方法由天然蛋白制备功能肽是目前常采用的方法。此方法的一般工艺流程为：原料蛋白艺流程为：原料蛋白预处理预处理酶解酶解灭酶灭酶脱苦味脱色脱苦味脱色分离分离干燥干燥成品。酶成品。酶种类和水解条件的选择是制备功能肽的关键。目前可以使用的酶种类较多，如胰蛋种类和水解条件的选择是制备功能肽的关键。目前可以使用的酶种类较多，如胰蛋白酶、胃蛋白酶、碱性蛋白酶等动物蛋白酶及菠萝蛋白酶、木瓜蛋白酶等植物蛋白白酶、胃蛋白酶、碱性蛋白酶等动物蛋白酶及菠萝蛋白酶、木瓜蛋白酶等植物蛋白酶，而比较便宜易得的还有不同种类的微生物蛋白酶。到底选择何种，可根据
24、酶的酶，而比较便宜易得的还有不同种类的微生物蛋白酶。到底选择何种，可根据酶的水解特性、原料蛋白的来源及欲得到的功能多肽类型来综合考虑决定。水解特性、原料蛋白的来源及欲得到的功能多肽类型来综合考虑决定。112023年6月25日14时14分 三、活性肽在食品中的应用三、活性肽在食品中的应用 营养学研究证明，功能肽类在人体内的消化吸收明显优于蛋白质和单个氨基营养学研究证明，功能肽类在人体内的消化吸收明显优于蛋白质和单个氨基酸，对人体内蛋白质的合成无任何不良影响，而且具有促进钙吸收、降血压、提高酸，对人体内蛋白质的合成无任何不良影响，而且具有促进钙吸收、降血压、提高免疫力等生理功能。此外，功能肽具有良
25、好的水合性，使其溶解度增加，黏度降低、免疫力等生理功能。此外，功能肽具有良好的水合性，使其溶解度增加，黏度降低、胶凝程度减小，发泡性丧失，具有优良的加工性能。目前在食品中已经应用或出现胶凝程度减小，发泡性丧失，具有优良的加工性能。目前在食品中已经应用或出现了应用苗头的功能肽主要有以下种类。了应用苗头的功能肽主要有以下种类。肽的理化性质肽的理化性质 一、肽的物理性质一、肽的物理性质 A、肽的两性：与氨基酸相似，肽类物质也具有两性和等电点。例如、肽的两性：与氨基酸相似，肽类物质也具有两性和等电点。例如Gly-Asp pI3.63；Gly-Gly-Gly pI5.58；利用多肽的等电点，可以进行肽类
26、；利用多肽的等电点，可以进行肽类物质的分离。物质的分离。B、黏度与溶解度、黏度与溶解度 天然蛋白的水溶液当其浓度超过天然蛋白的水溶液当其浓度超过13%时就会形成凝胶，不利于蛋白溶液时就会形成凝胶，不利于蛋白溶液的制备；而多肽即使在的制备；而多肽即使在50%的高浓度下和在较宽的的高浓度下和在较宽的pH范围内仍能保持溶范围内仍能保持溶122023年6月25日14时14分解状态，同时还具有较强的吸湿性和保湿性，这使无法实现的高蛋白饮料解状态，同时还具有较强的吸湿性和保湿性，这使无法实现的高蛋白饮料和高蛋白果冻的生产成为可能。和高蛋白果冻的生产成为可能。C、渗透压和对产品质构的调节作用、渗透压和对产品
27、质构的调节作用 当一种液体的渗透压比体液高时，易使人体周边组织细胞中的水分向胃当一种液体的渗透压比体液高时，易使人体周边组织细胞中的水分向胃肠移动而出现腹泻。多肽溶液的渗透压比氨基酸溶液要低，因此可以克服肠移动而出现腹泻。多肽溶液的渗透压比氨基酸溶液要低，因此可以克服因氨基酸溶液渗透压高而导致的问题。因氨基酸溶液渗透压高而导致的问题。多肽具有抑制蛋白质形成凝胶的性能，可利用此性质来调整食品的质构。多肽具有抑制蛋白质形成凝胶的性能，可利用此性质来调整食品的质构。如水产、肉、禽蛋白在加热时因形成凝胶而变硬，适量加入大豆多肽，就如水产、肉、禽蛋白在加热时因形成凝胶而变硬，适量加入大豆多肽，就会起到软
28、化的作用。会起到软化的作用。二、化学性质二、化学性质 肽类物质基本的化学性质和氨基酸基本的化学性质相同，都是由其特征肽类物质基本的化学性质和氨基酸基本的化学性质相同，都是由其特征性官能团决定的。但肽和蛋白可以发生双缩脲反应而氨基酸则不能。性官能团决定的。但肽和蛋白可以发生双缩脲反应而氨基酸则不能。CNH2ONHCuSO4KOH42CuHO-OH+CNH2O+CNH2ONHCNH2OCNH2ONHCNH2O+K2SO4132023年6月25日14时14分6.2蛋白质与食品相关的理化性质蛋白质与食品相关的理化性质与食品相关的物理性质与食品相关的物理性质蛋白质的变性作用蛋白质的变性作用 一、蛋白质变
29、性的概念及监测方法一、蛋白质变性的概念及监测方法 A、定义：把蛋白质二级及其以上的高级结构在一定条件（加热、酸、碱、定义：把蛋白质二级及其以上的高级结构在一定条件（加热、酸、碱、有机溶剂、重金属离子等）下遭到破坏而一级结构并未发生变化的过程叫有机溶剂、重金属离子等）下遭到破坏而一级结构并未发生变化的过程叫蛋白质的变性。蛋白质的变性。B、蛋白质变性所产生的影响：、蛋白质变性所产生的影响：溶解度降低，原因是二级结构发生变化，溶解度降低，原因是二级结构发生变化，疏水基团暴露于分子表面；与水的结合能力降低；生物活性（功能）疏水基团暴露于分子表面；与水的结合能力降低；生物活性（功能）丧失；容易被水解；黏
30、度变大；难以结晶。丧失；容易被水解；黏度变大；难以结晶。C C、根据一系列物理性质、光学性质、生物功能等的改变来监测蛋白质的、根据一系列物理性质、光学性质、生物功能等的改变来监测蛋白质的变性。如超离心沉降特性、黏度、溶解度、电泳特性、旋光色散、圆二色变性。如超离心沉降特性、黏度、溶解度、电泳特性、旋光色散、圆二色性、性、X X射线衍射、紫外差示光谱、红外光谱、热力学性质、免疫性质等。射线衍射、紫外差示光谱、红外光谱、热力学性质、免疫性质等。二、蛋白质变性的热力学和动力学二、蛋白质变性的热力学和动力学 下图示意了单体球蛋白变性过程下图示意了单体球蛋白变性过程中变性程度与变性因素变化之间的关中变性
31、程度与变性因素变化之间的关142023年6月25日14时14分系：系：图中图中Y代表随蛋白质构象变化而变化的任何可测定的物理或化学性质代表随蛋白质构象变化而变化的任何可测定的物理或化学性质,YN和和YD分别代表在天然或变性状态下的分别代表在天然或变性状态下的Y。由图可以看出，大多数蛋白质当变性条件逐渐剧烈时（浓度增加、温度由图可以看出，大多数蛋白质当变性条件逐渐剧烈时（浓度增加、温度提高等），提高等），Y在开始阶段保持不变，但超过一个临界点后，从在开始阶段保持不变，但超过一个临界点后，从YN急剧变急剧变化至化至YD；这表明蛋白质变性是一个协同过程，球状蛋白分子主要以天然；这表明蛋白质变性是一个
32、协同过程，球状蛋白分子主要以天然态和变性态存在，而以中间态很少存在；此即所谓的态和变性态存在，而以中间态很少存在；此即所谓的“两状态转变模型两状态转变模型”。152023年6月25日14时14分 两状态之间的相互转化可用下式表示：两状态之间的相互转化可用下式表示：蛋白质天然态（PN）蛋白质变性态（PD）动态平衡关系中的表观平衡常数为：动态平衡关系中的表观平衡常数为：KD=PD/PN 由此平衡常数即可求出一系列热力学参数：由此平衡常数即可求出一系列热力学参数：G0H0C0=-RTlnKD=-R(lnKD)(1/T)p=H0 TpS0=H0 G0T 公式中的公式中的G G0 0、H H0 0、C
33、C0 0、S S0 0分别为标准自由能变化、恒压条件分别为标准自由能变化、恒压条件下的焓变、恒压下热容变化及熵的变化；下的焓变、恒压下热容变化及熵的变化；R R为气体常数，为气体常数，T T为绝对温度。为绝对温度。这些热力学常数都可以通过热力学计算得到。分别反映了变化过程的一这些热力学常数都可以通过热力学计算得到。分别反映了变化过程的一些特征。一般情况下，蛋白质变性时些特征。一般情况下，蛋白质变性时G G0 0增加，表示天然态的稳定性高增加，表示天然态的稳定性高于变性态；于变性态；S S0 0也增加，表示蛋白分子的有序性降低；等。也增加，表示蛋白分子的有序性降低；等。162023年6月25日1
34、4时14分甘氨酸(Gly)249.压力也可使蛋白变性，但一般在25下要求1001200MPa的比较高的压力。测定液膜排水或1/2排水所需的时间。生物活性（功能）丧失；面筋蛋白在水化揉搓过程中网络的形成可通过加入半胱氨酸、偏亚硫酸氢盐等还原剂破坏二硫键、加入溴酸盐等氧化剂促使二硫键形成，从而降低面团的黏弹性或促进黏弹性而得到证明。谷氨酰胺(Gln)-0.然后经活性炭脱色，再通过701型树脂除去酸和盐便可获得混合多肽。较强的结合，如一些醛、酮类挥发物可以与赖氨酸的末端氨基形成Schiff碱，而一些胺类挥发物可与天门冬氨酸、谷氨酸的末端羧基形成酰胺键。侧链带有电荷或极性集团的氨基酸，如Arg、Asp
35、、Glu、His、Lys和Ser、Thr、Asn在水中均有比较大的溶解度；在气相和连续液相之间要有较大的表面积；据WHO报告，2000年全球死亡人数5570万，其中1440万由感染性疾病引起，占总死亡人数的15.蛋白质性质：气水界面的自由能显著地高于油水界面的自由能，作为起泡剂的蛋白质必须具有快速地分散至气水界面的能力，并随即将界面张力降到低水平。蛋白质可以促进乳浊液形成及稳定的性质，称为蛋白质的乳化性质；当氨基酸的G值为正时，其侧链具有疏水性，倾向于处在蛋白分子的内部；苹果酸酐*色氨酸(Trp)13.面团形成的过程为当面粉和水混合并被揉搓时，面筋蛋白开始水化、定向排列和部分展开，促进了分子内
36、和分子间二硫键的交换反应及增强了疏水的相互作用，当最初面筋蛋白质颗粒变成薄膜时，二硫键也使水化面筋形成了黏弹性的三维蛋白质网络，于是便起到了截留淀粉粒和其它面粉成分的作用。缬氨酸(Val)58.迄今为止，对于蛋白质凝胶的形成机制还不十分清楚，但一般认为蛋白质网络的形成是由于蛋白质蛋白质和蛋白质溶剂（水）的相互作用以及邻近肽链之间的吸引力和排斥力达到平衡的结果。随温度的升高，蛋白质水合能力变差；从动力学角度分析，蛋白质变性的速率为：从动力学角度分析，蛋白质变性的速率为：蛋白质天然态（PN）蛋白质变性态（PD）K-1K1-dPNdtPNPD=K1_K-1 反应过程的活化能反应过程的活化能Ea为：为
37、：(lnK)TEaRT2=与其它化学反应的活化能相比，蛋白质变性的与其它化学反应的活化能相比，蛋白质变性的Ea是比较大的，例如胰是比较大的，例如胰蛋白酶、卵清蛋白酶和过氧化物酶热变性的活化能分别为蛋白酶、卵清蛋白酶和过氧化物酶热变性的活化能分别为167、552、773 kJ/mol。由于变性涉及的键能小，而且相差不大，只要在低的温度或小。由于变性涉及的键能小，而且相差不大，只要在低的温度或小的变性剂浓度就可以发生变性。的变性剂浓度就可以发生变性。上边以两状态转变模型对蛋白变性的热力学、动力学特点进行了讨论。上边以两状态转变模型对蛋白变性的热力学、动力学特点进行了讨论。但实际情况远非这么简单，详
38、细考虑，蛋白质从天然状态向变性状态的但实际情况远非这么简单，详细考虑，蛋白质从天然状态向变性状态的转变是一个非常复杂的过程，中间存在着非常多的中间状态：转变是一个非常复杂的过程，中间存在着非常多的中间状态：PDX1X2PN172023年6月25日14时14分 三、影响蛋白变性的因素三、影响蛋白变性的因素 （一）物理因素（一）物理因素 A.加热加热 加热变性的基本过程：当蛋白质溶液被逐渐的加热并超过加热变性的基本过程：当蛋白质溶液被逐渐的加热并超过临界温度临界温度时，时，溶液中的蛋白质将发生从天然状态向变性状态的剧烈转变。此转变温度被溶液中的蛋白质将发生从天然状态向变性状态的剧烈转变。此转变温度
39、被称作称作熔化温度（熔化温度（Tm）或或变性温度（变性温度（Td），此时蛋白质的天然状态和变性状，此时蛋白质的天然状态和变性状态的浓度之比为态的浓度之比为1。蛋白热变性的一般规律：大多数蛋白质在蛋白热变性的一般规律：大多数蛋白质在4550时开始变性，但也有时开始变性，但也有些蛋白的些蛋白的T Td d可以达到相当高的温度，如大豆球蛋白可以达到相当高的温度，如大豆球蛋白9393、燕麦球蛋白、燕麦球蛋白108108等。当加热温度在临界温度以上时，每提高等。当加热温度在临界温度以上时，每提高1010，变性速度提高，变性速度提高600600倍。倍。加热使蛋白变性的本质：提高温度对天然蛋白质最重要的影响
40、是促使它加热使蛋白变性的本质：提高温度对天然蛋白质最重要的影响是促使它们的高级结构发生变化，这些变化在什么温度出现和变化到怎样的程度是们的高级结构发生变化，这些变化在什么温度出现和变化到怎样的程度是由蛋白质的热稳定性决定的。一个特定蛋白质的热稳定性又由许多因素所由蛋白质的热稳定性决定的。一个特定蛋白质的热稳定性又由许多因素所决定，这些因素包括氨基酸的组成、蛋白质蛋白质接触、金属离子及其决定，这些因素包括氨基酸的组成、蛋白质蛋白质接触、金属离子及其它辅基的结合、分子内的相互作用、蛋白浓度、水分活度、它辅基的结合、分子内的相互作用、蛋白浓度、水分活度、pHpH、182023年6月25日14时14分
41、离子强度和离子种类等等。变性作用使疏水基团暴露并使伸展的蛋白质分离子强度和离子种类等等。变性作用使疏水基团暴露并使伸展的蛋白质分子发生聚集，伴随出现蛋白质溶解度降低和吸水能力增强。子发生聚集，伴随出现蛋白质溶解度降低和吸水能力增强。B.冷冻冷冻 蛋白质可以发生冻结变性。其原因一方面是由于蛋白质周围的水与其结蛋白质可以发生冻结变性。其原因一方面是由于蛋白质周围的水与其结合状态发生变化，这种变化破坏了一些维持蛋白原构象的力，同时由于水合状态发生变化，这种变化破坏了一些维持蛋白原构象的力，同时由于水保护层的破坏，蛋白质的一些基团就可以发生直接的接触和相互作用，导保护层的破坏，蛋白质的一些基团就可以发
42、生直接的接触和相互作用，导致蛋白质发生聚集或原来的亚基发生重排。另一方面，由于大量水形成冰致蛋白质发生聚集或原来的亚基发生重排。另一方面，由于大量水形成冰后，剩余的水中无机盐浓度大大提高，这种局部的高浓度盐也会使蛋白质后，剩余的水中无机盐浓度大大提高，这种局部的高浓度盐也会使蛋白质发生变性。发生变性。C.流体静压流体静压 压力也可使蛋白变性，但一般在压力也可使蛋白变性，但一般在25下下要求要求1001200MPa的比较高的的比较高的压力。压力。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。虽然氨基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。虽然氨基酸残基被紧紧地包裹在球状在球
43、状蛋白分子结构的内部，但一些空穴仍然酸残基被紧紧地包裹在球状在球状蛋白分子结构的内部，但一些空穴仍然存在，这就导致蛋白分子结构的可压缩性。大多数纤维状蛋白质分子不存存在，这就导致蛋白分子结构的可压缩性。大多数纤维状蛋白质分子不存在空穴，因此它们对压力作用的稳定性高于球状蛋白质。压力导致的蛋白在空穴，因此它们对压力作用的稳定性高于球状蛋白质。压力导致的蛋白192023年6月25日14时14分变性通常伴随着变性通常伴随着30100mL/mol的体积减少，同时是高度可逆的。由于高的体积减少，同时是高度可逆的。由于高流体压力可以使微生物细胞膜及细胞内的蛋白发生变性，从而导致微生物流体压力可以使微生物细
44、胞膜及细胞内的蛋白发生变性，从而导致微生物死亡，因此现在高流体静压加工正在成为食品加工中的一项新技术。死亡，因此现在高流体静压加工正在成为食品加工中的一项新技术。D.剪切力剪切力 一些食品在加工过程，如挤压、打擦、捏合、高速均质等，会产生高的一些食品在加工过程，如挤压、打擦、捏合、高速均质等，会产生高的剪切力。这样的剪切力加上高温能使蛋白质发生不可逆的变性。剪切力。这样的剪切力加上高温能使蛋白质发生不可逆的变性。E.电磁辐射电磁辐射 电磁辐射是一种能量，可以通过改变分子内链段间及亚基间的结合状态电磁辐射是一种能量，可以通过改变分子内链段间及亚基间的结合状态而使蛋白分子变性；如果仅仅影响蛋白分子
45、的构象，只发生变性而不会导而使蛋白分子变性；如果仅仅影响蛋白分子的构象，只发生变性而不会导致营养价值的改变；如果能量高至可以通过氧化、共价键断裂、离子化、致营养价值的改变；如果能量高至可以通过氧化、共价键断裂、离子化、形成自由基等形式使氨基酸残基发生变化，便会导致营养价值的降低。形成自由基等形式使氨基酸残基发生变化，便会导致营养价值的降低。F.界面性质界面性质 改变蛋白质水溶液的界面性质，也可以加速或直接使蛋白质分子发生变改变蛋白质水溶液的界面性质，也可以加速或直接使蛋白质分子发生变性。其主要原因是界面性质变化，水分子进入蛋白分子内部，改变内部的性。其主要原因是界面性质变化，水分子进入蛋白分子
46、内部，改变内部的结构属性，从而使蛋白的构象发生变化。结构属性，从而使蛋白的构象发生变化。202023年6月25日14时14分 （二）化学因素（二）化学因素 A.pH值值 pH是导致蛋白变性的重要因素，这是因为在极端是导致蛋白变性的重要因素，这是因为在极端pH值时，蛋白质分子值时，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。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。B.无机离子无机离子 无机离子特别是高价态的无机离子通过改变蛋白分子的表面性质、改变无机离子特别是高价态的无机离子通过改变蛋白分子的表面性质、改变蛋白分子自身的结构状态而使蛋白变性。阳离
47、子和阴离子均有这种性质，蛋白分子自身的结构状态而使蛋白变性。阳离子和阴离子均有这种性质，但不同的离子要求不同的浓度。但不同的离子要求不同的浓度。C.有机溶剂有机溶剂 许多有机溶剂可以导致蛋白质分子发生变性。亲水有机溶剂通过改变蛋许多有机溶剂可以导致蛋白质分子发生变性。亲水有机溶剂通过改变蛋白分子表面性质使蛋白分子变性，疏水有机溶剂由于进入蛋白分子内部而白分子表面性质使蛋白分子变性，疏水有机溶剂由于进入蛋白分子内部而改变蛋白分子构象，从而导致变性。改变蛋白分子构象，从而导致变性。D.有机化合物的水溶液有机化合物的水溶液 一些有机化合物在水溶液中可以导致蛋白质分子发生变性。不同种类的一些有机化合物
48、在水溶液中可以导致蛋白质分子发生变性。不同种类的212023年6月25日14时14分有机物使蛋白变性的原因不尽相同。如尿素和胍盐能断裂蛋白分子间或分有机物使蛋白变性的原因不尽相同。如尿素和胍盐能断裂蛋白分子间或分子内的氢键，打断水分子之间的氢键结构而改变水的极性，从而使蛋白发子内的氢键，打断水分子之间的氢键结构而改变水的极性，从而使蛋白发生变性；表面活性剂，如十二烷基磺酸钠（生变性；表面活性剂，如十二烷基磺酸钠（SDS）是蛋白分子变性的重要）是蛋白分子变性的重要因素，这类物质使蛋白变性的原因是在蛋白质的疏水区和亲水环境之间起因素，这类物质使蛋白变性的原因是在蛋白质的疏水区和亲水环境之间起着媒介
49、作用，除了可以破坏蛋白分子内的疏水相互作用外，还促使天然蛋着媒介作用，除了可以破坏蛋白分子内的疏水相互作用外，还促使天然蛋白质伸展；另外表面活性剂能与蛋白质分子强烈的结合，在接近中性白质伸展；另外表面活性剂能与蛋白质分子强烈的结合，在接近中性pH值值时使蛋白质带有大量的净负电荷，从而增加蛋白质内部的斥力，使伸展趋时使蛋白质带有大量的净负电荷，从而增加蛋白质内部的斥力，使伸展趋势增大，这也是势增大，这也是SDS类表面活性剂能在较低浓度下使蛋白质完全变性的原类表面活性剂能在较低浓度下使蛋白质完全变性的原因。同时因。同时SDS类表面活性剂诱导的蛋白变性是不可逆的。一些具有还原能类表面活性剂诱导的蛋白
50、变性是不可逆的。一些具有还原能力的有机化合物，如半胱氨酸、抗坏血酸、巯基乙醇、二硫苏糖醇等，由力的有机化合物，如半胱氨酸、抗坏血酸、巯基乙醇、二硫苏糖醇等，由于可以通过还原作用导致蛋白分子中的二硫键破坏而能够使蛋白变性。于可以通过还原作用导致蛋白分子中的二硫键破坏而能够使蛋白变性。222023年6月25日14时14分蛋白质的功能性质蛋白质的功能性质 蛋白质的功能性质指在食品加工、贮藏和销售过程中蛋白质对食品需宜蛋白质的功能性质指在食品加工、贮藏和销售过程中蛋白质对食品需宜特征做出贡献的那些物理和化学性质。主要包括水化性质、表面性质、结特征做出贡献的那些物理和化学性质。主要包括水化性质、表面性质
