64 虽然氨基酸是两性电解质，但是它的酸碱性较弱，是弱酸弱碱。用强酸或强碱滴定氨基酸时， 滴定曲线较为平缓，没有明显的跃迁，所以不能用酸碱直接滴定测定氨基酸含量的多少。当氨基酸 溶液中加入甲醛后，甲醛与α-氨基作用，形成-NHCH2 0H、-N(CH2 0H)2等羟甲基衍生物,降低了-NH2 的碱性，相对增强了-NH3 ＋的酸性解离，使其离解常数下降了2～3个pH单位，用氢氧化钠滴定其解离的 H ＋时滴定曲线向pH低的方向移动，出现较明显的跃迁，滴定终点也从pH＝ll～12移到pH＝9附近，可 用酚酞作为指示剂指示终点。 甲醛滴定法测定氨基酸的操作简便，是食品分析常用的方法。该方法由于氨基酸的酸性较弱，滴 定终点不好把握，造成测定的精确度稍差，但一般能够满足食品分析的要求。 3、与羰基的反应 氨基酸的α-氨基与羰基脱水缩合，生成希夫碱。这个反应与食品中的重要呈色、呈味反应— —美拉德反应有关。这个反应既为食品提供所需的色泽和风味，也会造成氨基酸尤其是必需氨基酸 ——赖氨酸的破坏及不期望的色泽和气味。 4、脱羧反应 R-CH-COOH⎯脱羧酶 ⎯⎯→ CO2 + RCH2NH2 NH2 这个反应在加热、碱处理条件下也可以发生。 5、形成肽键的反应 一个氨基酸的α-氨基与另一个氨基酸的α-羧基可以缩合成肽，形成肽键-CO-NH-。 R-CH-COOH + H2 N-CH-COOH→R-CH-C-N-CH-COOH + H2 O NH2 R1 NH2 O H R1 这是氨基酸构成蛋白质的基本反应。两个氨基酸形成的肽是二肽，三个氨基酸形成的肽是三 肽，依此类推，多个氨基酸形成 的肽就是多肽。 第二节 蛋白质的结构与分类 蛋白质的基本组成单位是氨基酸。氨基酸的结构、性质对蛋白质的结构、性质影响很大，可以说，正是 由于蛋白质的基本组成单位相同，所以，自然界生物体中存在的蛋白质有相似的结合方式时表现出 相似的基本性质；由于各种蛋白质中氨基酸的组成、排列顺序不同，导致了蛋白质具有不同的空间 结构和功能，导致了自然界五彩缤纷的生命现象。另外，由于蛋白质是生物大分子物质，因而，与 无机物、有机物及小分子物质相比，又有许多大分子物质具有的特性，如在食品中发挥着各种各样 的功能特性。因此，学习蛋白质结构的多层次性，可以帮助我们深入了解食品蛋白质的功能和性质。 一、蛋白质的结构 实验已经证明蛋白质是由各种氨基酸通过肽键连接而成的多肽链，再由一条或多条多肽链按各 自特殊方式组合成具有完整生物活性的大分子。长期研究蛋白质结构的结果是确认了蛋白质的结构 有不同的层次。蛋白质的结构有很多，这里我们主要介绍蛋白质的一级、二级、三级、四级结构。 （一）一级结构 蛋白质 的一级结构 ，即蛋白质 的基本结构 ，是指蛋白 质中各种氨 基酸按一定 顺序排列构 成的蛋白质 肽链骨架 。 蛋白 质的一级结 构包含以下 内容：多肽链的数 目，每一 条多肽链中 末端氨基酸 的种类，每一条多肽 链中氨基 酸的数 目 、 种 类 和排列顺 序，链内及 链间二硫 键的位置和 数目。 维持蛋白质一级结构的作用力是肽键和二硫键，属强相互作用，所以蛋白质的一级结构非常稳 定，不易被破坏。 我们把一个氨基酸的α-氨基与另一个氨基酸的α-羧基缩合失去一分子水，形成的-CO-NH-键称 为肽键。蛋白质的一级结构正是由许多的氨基酸通过肽键相互连接而成的线状大分子，像链一样， 所以被称为肽链。 肽键的特点:肽键是蛋白质分子中氨基酸连接的最基本方式，与一般的-C-N-单键不同，肽键中 的-C-N-单键具有40％双键性质，所以肽键的亚氨基(-NH-)在pH=0～14的范围内没有明显的解离和 质子化的倾向，同时肽链中的肽键不能自由旋转，这一点在肽链折叠形成蛋白质空间结构时是很重
64 虽然氨基酸是两性电解质，但是它的酸碱性较弱，是弱酸弱碱。用强酸或强碱滴定氨基酸时， 滴定曲线较为平缓，没有明显的跃迁，所以不能用酸碱直接滴定测定氨基酸含量的多少。当氨基酸 溶液中加入甲醛后，甲醛与α-氨基作用，形成-NHCH2 0H、-N(CH2 0H)2等羟甲基衍生物,降低了-NH2 的碱性，相对增强了-NH3 ＋的酸性解离，使其离解常数下降了2～3个pH单位，用氢氧化钠滴定其解离的 H ＋时滴定曲线向pH低的方向移动，出现较明显的跃迁，滴定终点也从pH＝ll～12移到pH＝9附近，可 用酚酞作为指示剂指示终点。 甲醛滴定法测定氨基酸的操作简便，是食品分析常用的方法。该方法由于氨基酸的酸性较弱，滴 定终点不好把握，造成测定的精确度稍差，但一般能够满足食品分析的要求。 3、与羰基的反应 氨基酸的α-氨基与羰基脱水缩合，生成希夫碱。这个反应与食品中的重要呈色、呈味反应— —美拉德反应有关。这个反应既为食品提供所需的色泽和风味，也会造成氨基酸尤其是必需氨基酸 ——赖氨酸的破坏及不期望的色泽和气味。 4、脱羧反应 R-CH-COOH⎯脱羧酶 ⎯⎯→ CO2 + RCH2NH2 NH2 这个反应在加热、碱处理条件下也可以发生。 5、形成肽键的反应 一个氨基酸的α-氨基与另一个氨基酸的α-羧基可以缩合成肽，形成肽键-CO-NH-。 R-CH-COOH + H2 N-CH-COOH→R-CH-C-N-CH-COOH + H2 O NH2 R1 NH2 O H R1 这是氨基酸构成蛋白质的基本反应。两个氨基酸形成的肽是二肽，三个氨基酸形成的肽是三 肽，依此类推，多个氨基酸形成 的肽就是多肽。 第二节 蛋白质的结构与分类 蛋白质的基本组成单位是氨基酸。氨基酸的结构、性质对蛋白质的结构、性质影响很大，可以说，正是 由于蛋白质的基本组成单位相同，所以，自然界生物体中存在的蛋白质有相似的结合方式时表现出 相似的基本性质；由于各种蛋白质中氨基酸的组成、排列顺序不同，导致了蛋白质具有不同的空间 结构和功能，导致了自然界五彩缤纷的生命现象。另外，由于蛋白质是生物大分子物质，因而，与 无机物、有机物及小分子物质相比，又有许多大分子物质具有的特性，如在食品中发挥着各种各样 的功能特性。因此，学习蛋白质结构的多层次性，可以帮助我们深入了解食品蛋白质的功能和性质。 一、蛋白质的结构 实验已经证明蛋白质是由各种氨基酸通过肽键连接而成的多肽链，再由一条或多条多肽链按各 自特殊方式组合成具有完整生物活性的大分子。长期研究蛋白质结构的结果是确认了蛋白质的结构 有不同的层次。蛋白质的结构有很多，这里我们主要介绍蛋白质的一级、二级、三级、四级结构。 （一）一级结构 蛋白质 的一级结构 ，即蛋白质 的基本结构 ，是指蛋白 质中各种氨 基酸按一定 顺序排列构 成的蛋白质 肽链骨架 。 蛋白 质的一级结 构包含以下 内容：多肽链的数 目，每一 条多肽链中 末端氨基酸 的种类，每一条多肽 链中氨基 酸的数 目 、 种 类 和排列顺 序，链内及 链间二硫 键的位置和 数目。 维持蛋白质一级结构的作用力是肽键和二硫键，属强相互作用，所以蛋白质的一级结构非常稳 定，不易被破坏。 我们把一个氨基酸的α-氨基与另一个氨基酸的α-羧基缩合失去一分子水，形成的-CO-NH-键称 为肽键。蛋白质的一级结构正是由许多的氨基酸通过肽键相互连接而成的线状大分子，像链一样， 所以被称为肽链。 肽键的特点:肽键是蛋白质分子中氨基酸连接的最基本方式，与一般的-C-N-单键不同，肽键中 的-C-N-单键具有40％双键性质，所以肽键的亚氨基(-NH-)在pH=0～14的范围内没有明显的解离和 质子化的倾向，同时肽链中的肽键不能自由旋转，这一点在肽链折叠形成蛋白质空间结构时是很重
65 要的。这样，我们把蛋白质的一级结构的多肽链表示如下： 两个半胱氨酸的侧链上的巯基脱氢就形成二硫键。除肽键外,二硫键是维持蛋白质的一级结构唯 一的键，起着稳定蛋白质之间结构的作用，且往往与蛋白质的生物活性有关。 -SH + HS- ⎯−⎯2H→-S-S- 如将牛胰岛素中的二硫键切断，牛胰岛素的生物活性丧失；而将 胰岛素的两条多肽链放在一起，它们会自动聚合并恢复生物活性，经测定，发现多肽链间二硫键重 新生成，所以二硫键对稳定蛋白质的一级结构及空间结构有极重要的作用。一般蛋白质中二硫键数 目越多，蛋白质的结构就越稳定。 蛋白质中的二硫键既可以存在于同一条多肽链内，也可以发生在两条不同的多肽链之间，前者 为分子内二硫键，后者为分子间二硫键。 二硫键的形成:两个半胱氨酸中的-SH脱氢 类型:分子内 分子间 作用:稳定蛋白质结构 与生物活性有关 (二)空间结构 只具有一级结构的蛋白质不具有生物活性，但它却携带着蛋白质生物活性的全部信息。天然的 具有生物活性的蛋白质都具有空间结构，即蛋白质的多肽链按一定的方式折叠盘绕成特有的空间三 维构象，它包含了蛋白质中的原子和基团在三维空间的排列、分布及肽链的走向。 蛋白质在形成空间结构时，遵循Pauling等人提出的蛋白质的立体化学基本原则。它的主要内 容是：肽键(-CO-NH-)中的四个原子和它相邻的两个Cα原子共面，构成所谓肽平面；肽键中的C-N键 不可自由旋转，为了使整个体系的能量最低与C-N键相连的H和O原子反向。依据上述原则，就可以 把多肽链的主链看成是由一系列坚硬的平面组成；平面之间被Cα 原子隔开。由于主链上有1／3的C-N 键，它们不能自由转动,所以一条多肽链在空间可能的排布数目受到很大限制。主链上的Cα-N和Cα -C可以转动，但也不是完全自由的，因为它要受到与Cα 相连的侧链基团(R基团)及相邻的两个肽键 上的羰基O和亚氨基H的影响和限制。因此，蛋白质的空间结构既是复杂的也是有一定规律的。 蛋白质的空间结构是分层次的，主要包括二级结构、三级结构和四级结构。其中，二级结构是 较低层次的蛋白质的空间结构，以二级结构为其立体结构的蛋白质主要是一些纤维状蛋白质，如角 蛋白、胶原蛋白、丝心蛋白等，存在于毛发、指甲、皮肤、筋腱中。三、四级结构属于较高层次的 蛋白质空间结构，一些有重要生理功能的蛋白质都具有三级或三级以上的结构。 1、二级结构 蛋白质的二级结构是指蛋白质具有一定规则程度氢键结构的多肽链空间排列。蛋白质的二级结构 只涉及蛋白质分子主链的构象及 其链内的氢键排布，而不涉及侧链在空间的排布以及与其它多肽链的关系。 现在已经发现多种蛋白质的二级结构，其中，较重要的有α－螺旋、β－折叠等几种形式。 （1）α—螺旋 为蛋白质多肽链的主链盘绕成的有周期性的规则螺旋结构(图5-1)，主要是右手 螺旋。在该结构中，每3.6个氨基酸残基构成螺旋的一圈，沿螺旋轴方向上升0.54nm；Cα上的侧链R 基伸向外侧；主链上相邻的螺旋间形成与轴基本平行的链内氢键(-N-H.O=C-)，氢键的连接次序是， 每一个氨基酸肽键上的羰基氧原子与其相邻的第五个氨基酸上肽键的亚氨基的氢原子形成链内氢 键，α-螺旋中大量主链上的氢键是其结构稳定的主要力量。 多肽链侧链-R基的大小和电荷性质，直接影响其能否形成稳定的α-螺旋结构。侧链-R基小且 不带电荷的多肽链，由于空间位阻小且无静电相互排斥的影响，所以更容易形成α-螺旋。 α-螺旋是蛋白质中最常见、含量最丰富的二级结构。如纤维状蛋白中的。α-角蛋白就完全是 由α-螺旋构成的，在肌红蛋白和 血红蛋白中也存在大量的α-螺旋。 稳定α-螺旋的作用力：链内氢键 形成α-螺旋的条件：侧链-R基小且不带电荷的多肽链，由于空间位阻小且无静电相互排斥的 影响，所以更容易形成α-螺旋。 实例：α－角蛋白 100％α－螺旋 肌红蛋白 70％ 牛乳的乳球蛋白 0％
65 要的。这样，我们把蛋白质的一级结构的多肽链表示如下： 两个半胱氨酸的侧链上的巯基脱氢就形成二硫键。除肽键外,二硫键是维持蛋白质的一级结构唯 一的键，起着稳定蛋白质之间结构的作用，且往往与蛋白质的生物活性有关。 -SH + HS- ⎯−⎯2H→-S-S- 如将牛胰岛素中的二硫键切断，牛胰岛素的生物活性丧失；而将 胰岛素的两条多肽链放在一起，它们会自动聚合并恢复生物活性，经测定，发现多肽链间二硫键重 新生成，所以二硫键对稳定蛋白质的一级结构及空间结构有极重要的作用。一般蛋白质中二硫键数 目越多，蛋白质的结构就越稳定。 蛋白质中的二硫键既可以存在于同一条多肽链内，也可以发生在两条不同的多肽链之间，前者 为分子内二硫键，后者为分子间二硫键。 二硫键的形成:两个半胱氨酸中的-SH脱氢 类型:分子内 分子间 作用:稳定蛋白质结构 与生物活性有关 (二)空间结构 只具有一级结构的蛋白质不具有生物活性，但它却携带着蛋白质生物活性的全部信息。天然的 具有生物活性的蛋白质都具有空间结构，即蛋白质的多肽链按一定的方式折叠盘绕成特有的空间三 维构象，它包含了蛋白质中的原子和基团在三维空间的排列、分布及肽链的走向。 蛋白质在形成空间结构时，遵循Pauling等人提出的蛋白质的立体化学基本原则。它的主要内 容是：肽键(-CO-NH-)中的四个原子和它相邻的两个Cα原子共面，构成所谓肽平面；肽键中的C-N键 不可自由旋转，为了使整个体系的能量最低与C-N键相连的H和O原子反向。依据上述原则，就可以 把多肽链的主链看成是由一系列坚硬的平面组成；平面之间被Cα 原子隔开。由于主链上有1／3的C-N 键，它们不能自由转动,所以一条多肽链在空间可能的排布数目受到很大限制。主链上的Cα-N和Cα -C可以转动，但也不是完全自由的，因为它要受到与Cα 相连的侧链基团(R基团)及相邻的两个肽键 上的羰基O和亚氨基H的影响和限制。因此，蛋白质的空间结构既是复杂的也是有一定规律的。 蛋白质的空间结构是分层次的，主要包括二级结构、三级结构和四级结构。其中，二级结构是 较低层次的蛋白质的空间结构，以二级结构为其立体结构的蛋白质主要是一些纤维状蛋白质，如角 蛋白、胶原蛋白、丝心蛋白等，存在于毛发、指甲、皮肤、筋腱中。三、四级结构属于较高层次的 蛋白质空间结构，一些有重要生理功能的蛋白质都具有三级或三级以上的结构。 1、二级结构 蛋白质的二级结构是指蛋白质具有一定规则程度氢键结构的多肽链空间排列。蛋白质的二级结构 只涉及蛋白质分子主链的构象及 其链内的氢键排布，而不涉及侧链在空间的排布以及与其它多肽链的关系。 现在已经发现多种蛋白质的二级结构，其中，较重要的有α－螺旋、β－折叠等几种形式。 （1）α—螺旋 为蛋白质多肽链的主链盘绕成的有周期性的规则螺旋结构(图5-1)，主要是右手 螺旋。在该结构中，每3.6个氨基酸残基构成螺旋的一圈，沿螺旋轴方向上升0.54nm；Cα上的侧链R 基伸向外侧；主链上相邻的螺旋间形成与轴基本平行的链内氢键(-N-H.O=C-)，氢键的连接次序是， 每一个氨基酸肽键上的羰基氧原子与其相邻的第五个氨基酸上肽键的亚氨基的氢原子形成链内氢 键，α-螺旋中大量主链上的氢键是其结构稳定的主要力量。 多肽链侧链-R基的大小和电荷性质，直接影响其能否形成稳定的α-螺旋结构。侧链-R基小且 不带电荷的多肽链，由于空间位阻小且无静电相互排斥的影响，所以更容易形成α-螺旋。 α-螺旋是蛋白质中最常见、含量最丰富的二级结构。如纤维状蛋白中的。α-角蛋白就完全是 由α-螺旋构成的，在肌红蛋白和 血红蛋白中也存在大量的α-螺旋。 稳定α-螺旋的作用力：链内氢键 形成α-螺旋的条件：侧链-R基小且不带电荷的多肽链，由于空间位阻小且无静电相互排斥的 影响，所以更容易形成α-螺旋。 实例：α－角蛋白 100％α－螺旋 肌红蛋白 70％ 牛乳的乳球蛋白 0％