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原标题:化学有机物之蛋白质的分类与结构

浏览次数:162 时间:2019-10-27

  氨基酸和蛋白质

一、蛋白质的分类

  一、组成蛋白质的20种氨基酸的分类

蛋白质的种类繁多、结构复杂、功能各异。目前,蛋白质的分类主要是根据蛋白质的形状、组成和溶解性来进行。

  1、非极性氨基酸

1.球状蛋白质和纤维状蛋白质

  包括:甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸

根据分子形状,将蛋白质分为球状蛋白质和纤维状蛋白质。

  2、极性氨基酸

球状蛋白质分子比较对称,接近球形或椭球形,这类蛋白质中的疏水性基团倾向埋在蛋白质分子的内部,而亲水性基团倾向暴露在蛋白质分子的表面,所以,这类蛋白在水中较易溶解。烹饪原料中的许多蛋白质属于球蛋白,如大豆球蛋白、小麦球蛋白、菜子球蛋白、肌红蛋白、血红蛋白、乳清蛋白等。

  极性中性氨基酸:色氨酸、酪氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、苏氨酸

纤维状蛋白质,类似于细棒状或纤维状,溶解性质各不相同,大多数不溶于水,如胶原蛋白、角蛋白等,也有些溶于水,如骨骼肌中的肌球蛋白和肌动蛋白及血纤维蛋白原等。

  酸性氨基酸:天冬氨酸、谷氨酸

2.简单蛋白质和结合蛋白质

  碱性氨基酸:赖氨酸、精氨酸、组氨酸

根据化学组成,将蛋白质分为简单蛋白质和结合蛋白质两类。

  其中:属于芳香族氨基酸的是:色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸

简单蛋白质分子中只含有氨基酸,没有其他成分。它又可根据理化性质及来源分为清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶谷蛋白、精蛋白、组蛋白、硬蛋白等。

  属于亚氨基酸的是:脯氨酸

结合蛋白质是由蛋白质部分和非蛋白质部分结合而成,主要的结合蛋白有核蛋白、糖蛋白、脂蛋白、色蛋白、金属蛋白、磷蛋白等。

  含硫氨基酸包括:半胱氨酸、蛋氨酸

3.可溶性蛋白醇溶性蛋白和不溶性蛋白

  注意:在识记时可以只记第一个字,如碱性氨基酸包括:赖精组

根据溶解度不同,将蛋白质分为可溶性蛋白、醇溶性蛋白和不溶性蛋白三类。

  二、氨基酸的理化性质

可溶性蛋白,可溶于水、稀盐、稀酸、稀碱溶液。如精蛋白、清蛋白。

  1、两性解离及等电点:

醇溶性蛋白,不溶于水和稀盐溶液,溶于70%~80%的乙醇中,如玉米醇溶蛋白、小麦醇溶蛋白。

  氨基酸分子中有游离的氨基和游离的羧基,能与酸或碱类物质结合成盐,故它是一种两性电解质。在某一PH的溶液中,氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等,成为兼性离子,呈电中性,此时溶液的PH称为该氨基酸的等电点。

不溶性蛋白,不溶于水、盐、稀酸、稀碱溶液和有机溶剂,如角蛋白、纤维蛋白。

  2、氨基酸的紫外吸收性质:

4.完全蛋白质、半完全蛋白质和不完全蛋白质

  芳香族氨基酸在280nm波长附近有最大的紫外吸收峰,由于大多数蛋白质含有这些氨基酸残基,氨基酸残基数与蛋白质含量成正比,故通过对280nm波长的紫外吸光度的测量可对蛋白质溶液进行定量分析。

根据所含氨基酸的种类和数量不同,将蛋白质分为完全蛋白质、半完全蛋白质和不完全蛋白质三类。

  3、茚三酮反应

完全蛋白质是一类优质蛋白质。它们所含的必需氨基酸种类齐全,数量充足,比例适当。这一类蛋白质不但可以维持人体健康,还可以促进生长发育。奶、蛋、鱼、肉、大豆及其大豆制品中的蛋白质都属于完全蛋白质。

  氨基酸的氨基与茚三酮水合物反应可生成蓝紫色化合物,此化合物最大吸收峰在570nm波长处。由于此吸收峰值的大小与氨基酸释放出的氨量成正比,因此可作为氨基酸定量分析方法。

半完全蛋白质所含氨基酸虽然种类齐全,但其中某些氨基酸的数量不能满足人体的需要。它们可以维持生命,但不能促进生长发育。例如,小麦中的麦醇溶蛋白便是半完全蛋白质,含赖氨酸很少。

  三、肽

不完全蛋白质不能提供人体所需的全部必需氨基酸,单纯靠它们既不能促进生长发育,也不能维持生命。例如,玉米胶蛋白、动物结缔组织和肉皮中的胶原蛋白皆是不完全蛋白质。二、蛋白质的结构

  两分子氨基酸可借一分子所含的氨基与另一分子所带的羧基脱去1分子水缩合成最简单的二肽。二肽中游离的氨基和羧基继续借脱水作用缩合连成多肽。10个以内氨基酸连接而成多肽称为寡肽;39个氨基酸残基组成的促肾上腺皮质激素称为多肽;51个氨基酸残基组成的胰岛素归为蛋白质。多肽连中的自由氨基末端称为N端,自由羧基末端称为C端,命名从N端指向C端。人体内存在许多具有生物活性的肽,重要的有:

蛋白质是由多种氨基酸结合而成的长链状多肽高分子化合物,每一种蛋白质构成氨基酸的种类、数目和顺序都是一定的。

  谷胱甘肽(GSH):是由谷、半胱和甘氨酸组成的三肽。半胱氨酸的巯基是该化合物的主要功能基团。GSH的巯基具有还原性,可作为体内重要的还原剂保护体内蛋白质或酶分子中巯基免被氧化,使蛋白质或酶处于活性状态。

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,形成的化学键称为肽键。由肽键连接形成的化合物称为肽。各种氨基酸在蛋白质分子中以肽键相结合,由两个氨基酸组成的肽称为二肽,同样则有三肽、四肽以至多肽。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,被称为肽链。

  四、蛋白质的分子结构

蛋白质分子结构非常复杂,可分为一级结构和空间结构。蛋白质空间结构,又可分为二级结构、三级结构、四级结构。

  1、蛋白质的一级结构:即蛋白质分子中氨基酸的排列顺序。

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。维持蛋白质一级结构的作用力是肽键和二硫键。由于肽键和二硫键的作用力比较强,所以蛋白质的一级结构非常稳定,不易被破坏。

  主要化学键:肽键,有些蛋白质还包含二硫键。

蛋白质分子局部区域内,多肽链沿一定方向盘绕和折叠的方式,称为蛋白质的二级结构。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、皮肤和筋腱中。在蛋白质的二级结构基础上借助各种次级键卷曲折叠成特定的球状分子结构的空间构象为三级结构。由两条或两条以上的具有三级结构的多肽链聚合而成特定构象的蛋白质分子被称为蛋白质的四级结构,其中的每一条多肽链称为亚基。三、四级结构属于较高层次的蛋白质空间结构,具备三级结构的蛋白质分子,都有近似球状或椭球状的外形,所以,我们常把具有三级、四级结构的蛋白质称为球蛋白,与生命活动相关的重要蛋白质都是球蛋白,如酶、蛋白激素、运载和贮存蛋白、抗体蛋白等。烹饪原料中的许多蛋白质也是球蛋白,如大豆球蛋白、花生球蛋白、乳球蛋白等。

  2、蛋白质的高级结构:包括二级、三级、四级结构。

蛋白质的一级结构是形成蛋白质主干的基础,而决定其生物化学性质的,则是分布在主干内外表层上的各种化学基团的三维空间相对位置。蛋白质空间结构的维持力主要是氢键、静电引力、疏水作用等作用力较弱的次级键,另外也有二硫键、肽键等共价键。从维持空间结构的各种力来看,除共价键外都是较弱的。因此,环境的变化对这些力的影响非常明显,如温度、水中的电解质和pH的变化等,都会改变维持蛋白质空间结构的力,从而导致蛋白质分子空间结构的改变,所以说蛋白质很容易发生变化。第三节 蛋白质的性质

  1)蛋白质的二级结构:指蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构,也就是该段肽链骨架原子的相对空间位置,并不涉及氨基酸残基侧链的构象。二级结构以一级结构为基础,多为短距离效应。可分为:

一、 两性解离和等电点

  α-螺旋:多肽链主链围绕中心轴呈有规律地螺旋式上升,顺时钟走向,即右手螺旋,每隔3.6个氨基酸残基上升一圈,螺距为0.540nm。α-螺旋的每个肽键的N-H和第四个肽键的羧基氧形成氢键,氢键的方向与螺旋长轴基本平形。

组成蛋白质的氨基酸分子中含有氨基和羧基,它既能像酸一样解离,也能像碱一样解离,因此它具有两性性质,同样由氨基酸组成的蛋白质也具有两性性质,当蛋白质在某一pH时,其解离为阴离子和阳离子的趋势相等,蛋白质所带净电荷为零,此时的这一pH称为该蛋白质的等电点。

  β-折叠:多肽链充分伸展,各肽键平面折叠成锯齿状结构,侧链R基团交错位于锯齿状结构上下方;它们之间靠链间肽键羧基上的氧和亚氨基上的氢形成氢键维系构象稳定。

在等电点处,蛋白质颗粒间不存在静电相互斥力,因此,在等电点处,蛋白质的许多物理性质,如黏度、溶解度、水化程度等也都降到最低。

  β-转角:常发生于肽链进行180度回折时的转角上,常有4个氨基酸残基组成,第二个残基常为脯氨酸。

二、胶体性质

  无规卷曲:无确定规律性的那段肽链。

蛋白质是高分子化合物,由于相对分子质量大,它在水溶液中形成胶体溶液,所以蛋白质溶液具有胶体溶液的许多特征。如蛋白质溶液有扩散现象、沉降现象、电泳现象、电渗现象,不能通过半透膜并具有吸附性等。蛋白质之所以能以稳定的胶体存在主要是由于:

  主要化学键:氢键。

蛋白质分子大小已达到胶体质点范围(颗粒直径在1~100nm),具有较大表面积

  2)蛋白质的三级结构:指整条肽链中全部氨基酸残基相对空间位置,显示为长距离效应。

蛋白质分子表面有许多极性基团,这些基团与水有高度亲和性,很容易吸附水分子

  主要化学键:疏水键(最主要)、盐键、二硫键、氢键、范德华力。

实验证明,每1g蛋白质可结合0.3~0.5g的水,从而使蛋白质颗粒外面形成一层水膜。由于这层水膜的存在,使得蛋白质颗粒彼此不能靠近,增加了蛋白质溶液的稳定性,阻碍了蛋白质胶体从溶液中聚集、沉淀出来。

  3)蛋白质的四级结构:对蛋白质分子的二、三级结构而言,只涉及一条多肽链卷曲而成的蛋白质。在体内有许多蛋白质分子含有二条或多条肽链,每一条多肽链都有其完整的三级结构,称为蛋白质的亚基,亚基与亚基之间呈特定的三维空间排布,并以非共价键相连接。这种蛋白质分子中各个亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用,为四级结构。由一条肽链形成的蛋白质没有四级结构。

蛋白质分子在非等电状态时带有同性电荷 即在酸性溶液中带有正电荷,在碱性溶液中带有负电荷。由于同性电荷互相排斥,所以使蛋白质颗粒互相排斥,不会聚集沉淀。

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