食品生物化学蛋白质

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1、,第4章 蛋白质 Proteins,主要内容,4.1. 概述 4.2. 氨基酸的物理化学性质 4.3. 蛋白质分子构 象 4.4. 蛋白质的变性 4.5. 蛋白质的功能性质 4.6. 蛋白质的营养性质 4.7. 在食品加工中蛋白质的变化 4.8. 蛋白质的测定,4.1. 概述,蛋白质是食品中三大营养素之一,蛋白质对食品的色、香、味及组织结构等具有重要意义,一些蛋白质具有生物活功能，是开发功能性食品原料之一,4.1.1. 蛋白质在食品加工中的意义,分子量：一万到一百万道顿（Dalton)之间或更大。,测定方法,渗透压法,超离心法,凝胶过滤法,聚丙烯酰胺凝胶电泳法,4.1.2. 蛋白质的分子量及其

2、测定方法,C：50-55%,H：6-8%,O：20-23%,S：0-4%,N：15-18%,微量元素：P、Fe、Zn、Cu、I 等,4.1.3. 蛋白质的元素 组成,按分子形状分,球状蛋白质,纤维状蛋白质,按分子组成分,简单蛋白质,结合蛋白质,按蛋白质的溶解度分,清蛋白,球蛋白,谷蛋白,醇溶蛋白,4.1.4. 蛋白质的分类,动物中蛋白质；如猪肉、鱼肉、鸡肉、乳,植物中蛋白质：如大豆、谷物,微生物中蛋白质：酵母,4.1.5. 食品中蛋白质来源,返回,4.2. 氨基酸的物理化学性质 Physicochemical Properties of Amino Acids,1、结构,4.2.1. 氨基酸的

3、一般性质 General Properties of Amino Acids,按R的极性分类,非极性氨基酸：Ala,Ile,Leu,Phe,Met,Trp,Val,Pro,极性氨基酸,无电荷侧链氨基酸:Ser,Thr,Tyr,Asn,Gln,Cys,Gly,带正电荷侧链氨基酸:Lys,Arg,His,带负电荷侧链氨基酸:Asp,Glu,2、分类,3、氨基酸在水中的溶解度,氨基酸在pH=7时水中存在形式,不是,4、氨基酸的酸碱性质,氨基酸是酸,氨基酸是碱,+ H+,+ H+,是指氨基酸在溶液中净电荷为零时的pH值,氨基酸的等点估算,当用酸滴定时,5、氨基酸的等电点,同理可算当用碱滴定时,但R侧链

4、带电荷不同时，估算方法不同,酸性氨基酸,碱性氨基酸,6、氨基酸的疏水性 Hydrophobic properties of AA,疏水性概念,Hydrophobic is the excess free energy of a solute dissolved in water compared to that in an organic solvent under similar conditions.,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,氨基酸具有旋光性（除甘氨酸,立体异构体：L

5、、D型，天然只存在L型异构体, =210nm,氨基酸都有吸收峰, =278nm,色氨酸都有最大吸收峰, =274.5nm,酪氨酸都有最大吸收峰, =260.0nm,苯丙氨酸都有最大吸收峰,7、氨基酸的光学性质及光谱,与茚三酮反应,与邻苯二甲醛反应,8、氨基酸的化学反应,返回,4.3. 蛋白质分子构象 The Conformation of Proteins,蛋白质分子构象,是指蛋白质分子中所有原子在三维空间中的排布,蛋白质结构层次,一级结构 Primary Structure,二级结构 Secondary Structure,超二级结构 Supersecondary Structure,结构域

6、 Domain,三级结构 Tertiary Structure,四级结构 Quaternary Structure,4.3.1. 概述,构型：,构象：,在立体异构体中，取代原子或基团在空间的取向,当单链旋转时，分子中的基团或原子可能形成不同的空间排布，这些不同的空间排列称为不同的构象。,构象与构型的区别,第一阶段：1959年以前,提出,蛋白质立体化学原理,-螺旋模型,1951年 Pauling 和Gorey,奠定了蛋白质空间结构研究理论基础,蛋白质分子构象研究进展,第二阶段：1959年以后,Kendrew,采用X-射线 结构分析法,揭示了肌红蛋白的二、 三级结构,分析方法的应用：,中子衍射、二

7、维核磁共振法、圆二色法、激光拉曼光谱法等,首次证实了-螺旋 在蛋白质中存在,概念,是指氨基酸通过共价键即肽键连接而成的线性序列。,肽键的结构,4.3.2 蛋白质分子一级结构,+,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；,肽单位结特征,是指由多肽链上主链骨架中各个肽段所形成的规则或无规则的构象。,二级结构类型,螺旋结构, -折叠股和 -折叠片,回折, -发夹和 环,三股螺旋,无规卷曲,概念,4.3.3 蛋白质分子的二级结构,是指多肽链主链骨架围绕一个轴一圈一圈地上升，从而形成一个螺旋式的

8、构象。,螺旋结构,按每一圈AA残基数分,-系螺旋,-系螺旋,非整螺旋,右手螺旋,左手螺旋,整数螺旋,按螺旋旋转方向分,按氢键形成方式分,螺旋结构的种类,特征,每一圈包含3.6个残基，螺距0.54nm, 残基高0.15nm,螺距半径0.23nm;,每一个 角为-57，每一个 角为-47；,相邻螺旋之间形成链内氢键；,氢键的取向与螺轴几乎平行。,-螺旋,在多肽链上，连续存在带相同电荷基团的AA残基，则-螺旋不稳定,当Gly残基在多肽链上连续存在时，则-螺旋不能形成,Pro残基和羟脯氨基酸残基存在时，则不能形成-螺旋结构,侧链R对 -螺旋的影响,每一圈含有三个氨基酸残基；, =-49, =-26,不

9、稳定 。,残基高度为0.2nm ，螺旋半径为0.19nm；,310-螺旋, -折叠股,是一种较伸展的锯齿形的主链构象。 =-120+45，=+130+30, -折叠股和 -折叠片, -折叠片,回折,指含螺旋、弯曲和折叠或无规卷曲等二级结构的蛋白质，其线性多肽链进一步折叠成为紧密结构时的三维空间排列,概念,4.3.4 三级结构,肌红蛋白的三级结构,蛋白质结构稳定,疏水相互作用,氢键,范德华引力,静电相互作用,二硫键,稳定三级结构的作用力,蛋白质亚基：是一条多肽链,寡聚蛋白质：由少数亚基聚合而成的蛋白质,多聚蛋白质：由几十个，甚至上千个亚基聚合而成的 蛋白质。,蛋白质分子的四级结构,是指寡聚蛋白质

10、中的种类、数目、空间排布 以及亚基之间的相互作用。,四级结构的广义定义：,由相同或不同球蛋白分子所构成的聚合体,四级结构的狭义定义：,返回,4.4. 蛋白质的变性 Protein Denaturation,在体内条件下，具有呈现全部生物功能所需要的精确构象的蛋白质变 性的现象。,5.4.2 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。,4.4.1 天然蛋白质的概念,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

11、子内部基团暴露,生物性能的改变,抗原性改变,生物功能丧失,4.4.3.蛋白质变性现象,除去变性因素之后，在适当的条件下蛋白质构象可以由变性态恢复到天然态。,5.4.5 不可逆变性,除去变性因素之后，在适当的条件下蛋白质构象由变性态不能恢复到天然态。,4.4.4 可逆变性,测定蛋白质的比活性,以天然蛋白质作对照，测定蛋白质物理性质的变化。,测定蛋白质化学性质的变化,观察蛋白质的溶解度变化,测定蛋白质的抗原性是否改变,4.4.6 蛋白质变性测定方法,温度 机械处理 液压 辐射 界面 酸碱 尿素和盐酸胍 表面活性剂 有机溶剂 盐,4.4.7 影响蛋白质变性的因素,返回,4.5. 蛋白质功能性质 Fu

12、nctional Properties of Proteins,其他成分,蛋白质,相互作用,食品色泽,食品风味,食品外形,食品质构,糖,脂肪,构成,食品品质,贡献多大？,在食品加工、保藏、制备和消费期间影响蛋白质在食品体系中的性能的哪些蛋白质的物理和化学性质。,4.5.1蛋白质的功能性质概念,4.5.2食品蛋白质在食品体系中的功能作用,吃,嫩,弹性,？,概念,蛋白质分子中带电基团、主链肽基团、Asn、Gln的酰胺基、Ser、Thr和非极性残基团与水分子相互结合的性质。,4.5.3.蛋白质的水合性质 Properties Hydration of Proteins,氨基酸残基的水合能力,当干蛋白

13、质粉与相对湿亚为90%-95%的水蒸汽达到平衡时每克蛋白质所结合的水的克数。,蛋白质结合水的能力,蛋白质水合过程,各种蛋白质的水合能力,蛋白质结合水,温度,pH,盐的种类,离子强度,影响蛋白质结合水的环境因素,蛋白质-蛋白质,+,溶剂-溶剂,蛋白质-溶剂,实 质,疏水相 互作用,离子相 互作用,蛋白质的溶解度大小,+,4.5.4 溶解度,氨基酸残基平均 疏水性的大小,电荷频率高低,蛋白质溶解度,决定,决定,Bigelow的蛋白质溶解度理论,pH和溶解度,离子强度和溶解度,盐离子与蛋白质相互作用,T40,温 度 升 高,溶解度增大,T40,温 度 升 高,溶解度减少,温度和溶解度,概念:,是指蛋

14、白质能自发地适移至汽-水界面 或油-水界面的性质。,能否快速地克附至界面 能否快速地展开并在界上面再定向 能否形成经受热和机械运动的膜,具有界面性质的蛋白质必要条件,4.5.5 蛋白质的界面性质 Interfacial properties of proteins,影响蛋白质界面性质的因素,测定乳化性质的方法,乳化稳定性,液滴大小分布,乳化活力,乳化能力,乳化性质Emulsifying Properties,Counlter计数器,光学显微镜法,电子显微镜法,光散射法,测定乳状液滴大小方法,是指克附乳状液油-水界面上的蛋白质质量。,是指在乳状液相转变前每克蛋白质所能乳化的油的体积。,乳化能力,

15、蛋白质的载量,乳油层体积 Es=-100% 乳状液总体积,乳状液稳定性,蛋白质的溶解度 pH=PI 溶解度减少时，降低其乳化作用 pH=PI 溶解度增加，增加其他乳化作用 血清清蛋白、明胶、蛋清蛋白在pH=PI，具有较高的溶解度，此时，乳化作用增加。 与蛋白质表面疏水性存在续正相关。 适当热诱导蛋白质变性，可增强其乳化作用。,影响蛋白质乳化作用的因素,蛋白质的起泡性质 是指它汽-液界面形成坚韧的薄膜使大量气泡并入和稳定的能力。,起泡性 Foaning Properties,泡沫体积-起始液体的体积 膨胀率=-100% 起始液体的体积,并入气体的体积 膨胀力=-100% 液体的体积,蛋白质的起泡力 是指蛋白质能产生的界面面积的量,不同蛋白质溶液的起泡力,必须快速地吸附至气-水界面 必须易在界面上展开和重排 必须在界面上形成一层粘合性膜,蛋白质作为起泡剂的必要条件,蛋白质分子的性质与起泡性的关系,pH 盐 糖 脂 蛋白质浓度 温度,影响蛋白质起泡性质的环境因素,蛋白质,风味,蛋白质-风味,+,有 利,良好风味载体,不 有 利,