食品化學課件5蛋白質(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 。 不可逆變性 The protein denaturation 除去變性因素之后，在適當的條件下蛋白質構象由變性態不能恢復到天然態。 如：雞蛋，大豆蛋白質。 蛋白質變性測定方法 The methods of determination on protein denaturation ?測定蛋白質的比活性 ?以天然蛋白質作對照，測定蛋白質物理性質的變化。 ?測定蛋白質化學性質的變化 ?觀察蛋白質的溶解度變化 ?測定蛋白質的抗原性是否改變 影響蛋白質變性的因素 The factors affecting denaturation 物理因素 化學因素 溫度（熱、低溫） 酸堿 機械處理（剪切） 金屬和鹽 液壓 有機溶劑 輻射 尿素和胍鹽 界面 表面活性劑 還原劑 A、物理因素 （ 1）熱變性 — 溫度 ? 在加熱條件下，肽鍵產生強烈的熱振蕩，導致維 持蛋白質空間結構的次級鍵破壞，天然構象解體。 蛋白質 熱變性溫度（ ℃ ） 蛋白質 熱變性溫度（ ℃ ） 牛血清蛋白 65 α 乳清蛋白 83 血紅蛋白 67 β 乳球蛋白 83 雞蛋蛋白 76 大豆球蛋白 95 肌紅蛋白 79 燕麥球蛋白 108 ?伴隨熱變性，蛋白質的伸展程度相當大。例如，天然血清清蛋白分子是橢圓形的，長、寬比為 3：1，經過熱變性后變為 5： 5。 ?變性速率取決于溫度，當溫度上升 10℃ ，速率可增加 600倍左右。 ?熱變性的敏感性取決于多種因素：蛋白質的性質、蛋白質濃度、水活性、 pH、離子強度和離子種類。 ?蛋白質在有水存在時易變性。 ? 熱變性產生的其他影響： ?二硫鍵的斷裂有時會釋放出硫化氫。 ?絲氨酸脫水，或谷氨酰胺和天冬酰胺的脫 氨反應。 ?在分子內或分子間形成新的共價交聯鍵，如 ? 谷氨酰基 ε N賴氨酸）。 熔化溫度 Tm 或變性溫度 Td： 蛋白質溶液在逐漸加熱到臨界溫度以上時，蛋白質的構象從天然狀態到變性狀態有一個顯著地轉變，這個轉變的中點溫度稱為熔化溫度 Tm 或變性溫度 Td。 此時天然狀態與變性狀態濃度比為 1。 ② 氨基酸的組成對蛋白質的熱穩定性影響 ?含有較多疏水氨基酸殘基（尤其是纈氨酸，異亮氨酸、亮氨酸和苯丙氨酸）的蛋白質，對熱的穩定性高于親水性較強的蛋白質。 ?天冬氨酸、半胱氨酸、谷氨酸、賴氨酸、精氨酸、色氨酸和酪氨酸的殘基百分數與熱變性溫度呈正相關（ r=）。 ?丙氨酸、甘氨酸、谷氨酰胺、絲氨酸、蘇氨酸、纈氨酸等氨基酸的殘基百分數則是與熱變性溫度呈負相關（ r=－ ）。 ?其他氨基酸對蛋白質的 Td影響甚少。 ③ 蛋白質的立體結構對熱穩定性影響 單體球狀蛋白在大多數情況下熱變性是可逆的，許多單體酶加熱到變性溫度以上，甚至在 100℃ 短時間保留，然后立即冷卻至室溫，它們也能完全恢復原有活性。而有的蛋白質在90～ 100℃ 加熱較長時間，則發生不可逆變性。 ④ 水對蛋白質的熱變性的影響 水能促進蛋白質的熱變性。 在干燥狀態，蛋白質具有一個靜止的結構，多肽鏈序列的運動受到了限制。 當向干燥蛋白質中添加水時，水滲透到蛋白質表面的不規則空隙或進入蛋白質的小毛細管，并發生水合作用，引起蛋白質溶脹。水的加入，增加了多肽鏈的淌度和分子的柔順性，這時蛋白質分子處于動力學上更有利的熔融結構。當加熱時，蛋白質的這種動力學柔順性結構，相對于干燥狀態，則可提供給水更多的幾率接近鹽橋和肽鏈的氫鍵，結果 Td 降低。 （ 2）低溫 ? 主要是一些酶在冷凍條件下失活 ? 凍結使蛋白質周圍的水與其結合狀態發生變化，從而破壞了維持蛋白質的構象的力。 ? 大量的水結成冰后，使得剩余水中的無機鹽濃度大大提高，局部高濃度的鹽也會使蛋白質發生變性。 ? 某些蛋白質經過低溫處理后發生可逆變性，如有些酶（ L蘇氨酸脫氨酶）在室溫下比較穩定，而在 0℃ 時不穩定。 ? 某些蛋白質（ 11S 大豆蛋白、麥醇溶蛋白、卵蛋白和乳蛋白）在低溫或冷凍時發生聚集和沉淀。當溫度回升至室溫，可再次溶解。 （ 3）機械處理 揉捏、振動、擠壓或攪打等高速機械剪切，都能引起蛋白質變性。 原因：空氣泡的并入使蛋白質分子吸附在氣液界 面。氣液界面的能量高于主體相的能量，因此蛋白 質在界面上經歷構象的變化。 剪切速率愈高，蛋白質變性程度則愈大。同時受到高溫和高剪切力處理的蛋白質，則發生不可逆變性。 (4) 靜液壓（流體靜壓） ?蛋白質的柔順性和可壓縮性是壓力誘導蛋白質變性的主要原因。 ?不同于熱變性，當壓力很高時，一般在 25℃ 即能發生變性；而熱變性需要在 Pa 壓力下，溫度為40～ 80℃ 范圍才能發生變性。 ?光學性質表明大多數蛋白質在 100～ 1200MPa 壓力范圍作用下才會產生變性。 ?靜液壓不易引起纖維狀結構的蛋白質變性。 球狀蛋白質因壓力作用產生變性原因： 1) 蛋白質伸展而使空隙不復存在； 2) 非極性氨基酸殘基因蛋白質的伸展而暴露，并產生水合作用。 壓力引起的蛋白質變性是高度可逆的，比如酶。 高壓加工不同于熱加工，它不會損害蛋白質中的必需氨基酸和天然色澤和風味，也不會導致有毒化合物的生成。 加壓 25℃ 100～ 1200MPa 外壓消失 （ 5）輻射 ?因波長和能量大小而異。 ?紫外輻射可被芳香族氨基酸殘基 (色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸 )所吸收，導致蛋白質構象的改變，如果能量水平很高，還可使二硫交聯鍵斷裂。 ?? 輻射和其他電離輻射能改變蛋白質的構象，同時還會氧化氨基酸殘基、使共價鍵斷裂、離子化、形成蛋白質自由基、重組、聚合，這些反應大多通過水的輻解作用傳遞。 （ 6）界面 ?在水和空氣，水和非水溶液或固相等界面吸附的蛋白質分子，一般發生不可逆變性。 ?蛋白質大分子向界面擴散并開始變性，在這一過程中，蛋白質可能與界面高能水分子相互作用，許多蛋白質 蛋白質之間的氫鍵將同時遭到破壞，使結構發生 “ 微伸展 ” 。 ?由于許多疏水基團和水相接觸，使部分伸展的蛋白質被水化和活化，處于不穩定狀態。蛋白質在界面進一步伸展和擴展，親水和疏水殘基力圖分別在水相和非水相中取向，因此界面吸附引起蛋白質變性，某些主要靠二硫交聯鍵穩定其結構的蛋白質不易被界面吸附。 B、化學因素 ?大多數蛋白質在 pH 410比較穩定。超過這個范圍就會發生變性。蛋白質在等電點時最穩定，溶解度最低。 ?蛋白質分子在極端堿性 pH環境下，比在極端酸性 pH時更易伸長。因為堿性條件有利于部分埋藏在蛋白質分子內的羧基、酚羥基、巰基離子化，結果使多肽鏈拆開，離子化基團自身暴露在水環境中。 ?pH 引起的變性大多數是可逆的。在某些情況下，部分肽鍵水解，天冬酰胺、谷氨酰胺脫酰胺，堿性條件下二硫鍵的破壞，或者聚集等都將引起蛋白質不可逆變性。 2．金屬 堿金屬 (例如 Na+和 K+)只能有限度地與蛋白質起作用，而 Ca2+、 Mg2+略微活潑些。過渡金屬例如 Cu、 Fe、 Hg和 Ag等離子很容易與蛋白質發生作用，其中許多能與巰基形成穩定的復合物（牛奶解毒）。 Ca2+(還有 Fe2+、 Cu2+和 Mg2+)可成為某些蛋白質分子或分子締合物的組成部分。一般用透析法或螯合劑可從蛋白質分子中除去金屬離子，但這將明顯降低這類蛋白質對熱和蛋白酶的穩定性。 3．有機溶劑 改變介質的介電常數，從而使保持蛋白質穩定的靜電作用力發生變化。 非極性有機溶劑滲入疏水區，可破壞疏水相互作用，促使蛋白質變性，這類溶劑的變性行為也可能是因為它們和水產生相互作用引起的。 某些溶劑例如 2氯乙醇，能增加 ? 螺旋構象的數量，這種作用也可看成是一種變性方式 (二級，三級和四級結構改變 )，例如卵清蛋白在水溶液介質中有 31％的 ? 螺旋，而在 2氯乙醇中達到 85％。 4．有機化合物水溶液 某些有機化合物例如尿素和胍鹽的高濃度 (4～8mol/L)水溶液能斷裂氫鍵，從而使蛋白質發生不同程度的變性。 同時，還可通過增大疏水氨基酸殘基在水相中的溶解度，降低疏水相互作用。 尿素 O 鹽酸胍 NH ‖ ‖ H2NCNH2 H2NCNH2 可與蛋白質形成復合物 尿素和鹽酸胍引起的變性包括兩種機制： 第一種機制是變性蛋白質能與尿素和鹽酸胍優先結合，形成變性蛋白質 變性劑復合物。 當復合物被除去，隨著變性劑濃度的增加，天然狀態的蛋白質不斷轉變為復合物，最終導致蛋白質完全變性。 由于變性劑與變性蛋白的結合是非常弱的。因此，只有高濃度的變性劑才能引起蛋白質完全變性。 第二種機制是尿素與鹽酸胍對疏水氨基酸殘基的增溶作用。 因為尿素和鹽酸胍具有形成氫鍵的能力，當它們在高濃度時，可以破壞水的氫鍵結構，結果尿素和鹽酸胍就成為非極性殘基的較好溶劑，使之蛋白質分子內部的疏水殘基伸展和溶解性增加。 尿素和鹽酸胍引起的變性通常是可逆的，但是，在某些情況下，由于一部分尿素可以轉變為氰酸鹽和氨，而蛋白質的氨基能夠與氰酸鹽反應改變了蛋白質的電荷分布。因此，尿素引起的蛋白質變性有時很難完全復性。 還原劑（半胱氨酸、抗壞血酸、 ? 巰基乙醇、二硫蘇糖醇）可以還原二硫交聯鍵，因而能改變蛋白質的構象。 ? 表面活性劑例如十二烷基磺酸鈉（ SDS）是一種很強的變性劑。 ? SDS 濃度在 3～ 8m mol/L 范圍可引起大多數球狀蛋白質變性。而且是不可逆變性。 ? 由于 SDS 可以在蛋白質的疏水和親水環境之間起著乳化介質的作用，且能優先與變性蛋白質強烈地結合，破壞了蛋白質的疏水相互作用，促使天然蛋白質伸展，非極性基團暴露于水介質中，導致天然與變性蛋白質之間平衡移動。 6. 鹽 易溶鹽對蛋白質穩定性的影響： a) 在低鹽濃度時，離子與蛋白質之間為非特異性靜電相互作用。當鹽的異種電荷離子中和了蛋白質的電荷時，有利于蛋白質的結構穩定，這種作用與鹽的性質無關，只依賴于離子強度。一般離子強度 ≦ 時即可完全中和蛋白質的電荷。 b) 在較高濃度（＞ 1mol/L），鹽具有特殊離子效應，影響蛋白質結構的穩定性。 各種陰離子在離子強度相同時，對蛋白質（包括 DNA）結構穩定性的影響順序如下： F＜ SO42＜ Cl＜ Br＜ I＜ ClO4＜ SCN＜ Cl3CCOO 這個順序稱為 Hofmeister序列（感膠離子序）或離液序列（ chaotropic series）。 順序中左側的離子能穩定蛋白質的天然構象；而右側的離子則使蛋白質分子伸展、解離，為去穩定劑。 如： Na2SO NaF能促進結構穩定； NaSCN和 NaClO4是強變性劑 。 . 蛋白質功能性質 Functional Properties of Proteins The concept of functional properties of proteins 在食品加工、貯藏、銷售過程中蛋白質對食品需宜特征作出貢獻的那些物理和化學性質。 結構決定性質 水化性質、表面性質、結構性質、感觀性質食品蛋白質的功能性質分為四個方面： ①水化性質： 取決于蛋白質與水的相互作用，包括水吸收和保留、濕潤性、溶脹性、粘著性、分散性、溶解度和粘度等。通常與蛋白質的大小、形狀和柔順性有關。 ②表面性質： 與蛋白質的表面張力、乳化作用、起泡特性、成膜性以及風味結合等有關的性質。 ③結構性質： 與蛋白質的相互作用有關的性質，如產生彈性、 沉淀、膠凝作用及形成其它結構（面團形成、纖維化等）的性質。 ④感官性質： 顏色、氣味、適口性、咀嚼感、爽滑度、渾濁度等。 谷物蛋白油炸面圈脂肪和風味的結合雞蛋蛋白，乳清蛋白冰淇淋、蛋糕泡沫肌肉蛋白，雞蛋蛋白香腸、蛋糕乳化肌肉蛋白，谷物蛋白肉和面包彈性肌肉蛋白，雞蛋蛋白肉、香腸、面條粘結 粘合肌肉蛋白和乳蛋白肉和奶酪膠凝作用肌肉蛋白，雞蛋蛋白香腸、蛋糕、持水性明膠湯、調味汁粘度乳清蛋白飲料溶解性蛋白質類型食 品功 能谷物蛋