【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。 不可逆變性 The protein denaturation 除去變性因素之后，在適當(dāng)?shù)臈l件下蛋白質(zhì)構(gòu)象由變性態(tài)不能恢復(fù)到天然態(tài)。 如：雞蛋，大豆蛋白質(zhì)。 蛋白質(zhì)變性測(cè)定方法 The methods of determination on protein denaturation ?測(cè)定蛋白質(zhì)的比活性 ?以天然蛋白質(zhì)作對(duì)照，測(cè)定蛋白質(zhì)物理性質(zhì)的變化。 ?測(cè)定蛋白質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的變化 ?觀察蛋白質(zhì)的溶解度變化 ?測(cè)定蛋白質(zhì)的抗原性是否改變 影響蛋白質(zhì)變性的因素 The factors affecting denaturation 物理因素 化學(xué)因素 溫度（熱、低溫） 酸堿 機(jī)械處理（剪切） 金屬和鹽 液壓 有機(jī)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(chǎn)生強(qiáng)烈的熱振蕩，導(dǎo)致維 持蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的次級(jí)鍵破壞，天然構(gòu)象解體。 蛋白質(zhì) 熱變性溫度（ ℃ ） 蛋白質(zhì) 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(zhì)的伸展程度相當(dāng)大。例如，天然血清清蛋白分子是橢圓形的，長(zhǎng)、寬比為 3：1，經(jīng)過(guò)熱變性后變?yōu)?5： 5。 ?變性速率取決于溫度，當(dāng)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(zhì)的性質(zhì)、蛋白質(zhì)濃度、水活性、 pH、離子強(qiáng)度和離子種類。 ?蛋白質(zhì)在有水存在時(shí)易變性。 ? 熱變性產(chǎn)生的其他影響： ?二硫鍵的斷裂有時(shí)會(huì)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(yīng)。 ?在分子內(nèi)或分子間形成新的共價(jià)交聯(lián)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(zhì)溶液在逐漸加熱到臨界溫度以上時(shí)，蛋白質(zhì)的構(gòu)象從天然狀態(tài)到變性狀態(tài)有一個(gè)顯著地轉(zhuǎn)變，這個(gè)轉(zhuǎn)變的中點(diǎn)溫度稱為熔化溫度 Tm 或變性溫度 Td。 此時(shí)天然狀態(tài)與變性狀態(tài)濃度比為 1。 ② 氨基酸的組成對(duì)蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)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(zhì)，對(duì)熱的穩(wěn)定性高于親水性較強(qiáng)的蛋白質(zhì)。 ?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?jǐn)?shù)與熱變性溫度呈正相關(guān)（ 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?jǐn)?shù)則是與熱變性溫度呈負(fù)相關(guān)（ r=－ ）。 ?其他氨基酸對(duì)蛋白質(zhì)的 Td影響甚少。 ③ 蛋白質(zhì)的立體結(jié)構(gòu)對(duì)熱穩(wěn)定性影響 單體球狀蛋白在大多數(shù)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(shí)間保留，然后立即冷卻至室溫，它們也能完全恢復(fù)原有活性。而有的蛋白質(zhì)在90～ 100℃ 加熱較長(zhǎng)時(shí)間，則發(fā)生不可逆變性。 ④ 水對(duì)蛋白質(zhì)的熱變性的影響 水能促進(jìn)蛋白質(zhì)的熱變性。 在干燥狀態(tài)，蛋白質(zhì)具有一個(gè)靜止的結(jié)構(gòu)，多肽鏈序列的運(yùn)動(dòng)受到了限制。 當(dāng)向干燥蛋白質(zhì)中添加水時(shí)，水滲透到蛋白質(zhì)表面的不規(guī)則空隙或進(jìn)入蛋白質(zhì)的小毛細(xì)管，并發(fā)生水合作用，引起蛋白質(zhì)溶脹。水的加入，增加了多肽鏈的淌度和分子的柔順性，這時(shí)蛋白質(zhì)分子處于動(dòng)力學(xué)上更有利的熔融結(jié)構(gòu)。當(dāng)加熱時(shí)，蛋白質(zhì)的這種動(dòng)力學(xué)柔順性結(jié)構(gòu)，相對(duì)于干燥狀態(tài)，則可提供給水更多的幾率接近鹽橋和肽鏈的氫鍵，結(jié)果 Td 降低。 （ 2）低溫 ? 主要是一些酶在冷凍條件下失活 ? 凍結(jié)使蛋白質(zhì)周圍的水與其結(jié)合狀態(tài)發(fā)生變化，從而破壞了維持蛋白質(zhì)的構(gòu)象的力。 ? 大量的水結(jié)成冰后，使得剩余水中的無(wú)機(jī)鹽濃度大大提高，局部高濃度的鹽也會(huì)使蛋白質(zhì)發(fā)生變性。 ? 某些蛋白質(zhì)經(jīng)過(guò)低溫處理后發(fā)生可逆變性，如有些酶（ L蘇氨酸脫氨酶）在室溫下比較穩(wěn)定，而在 0℃ 時(shí)不穩(wěn)定。 ? 某些蛋白質(zhì)（ 11S 大豆蛋白、麥醇溶蛋白、卵蛋白和乳蛋白）在低溫或冷凍時(shí)發(fā)生聚集和沉淀。當(dāng)溫度回升至室溫，可再次溶解。 （ 3）機(jī)械處理 揉捏、振動(dòng)、擠壓或攪打等高速機(jī)械剪切，都能引起蛋白質(zhì)變性。 原因：空氣泡的并入使蛋白質(zhì)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(zhì)在界面上經(jīng)歷構(gòu)象的變化。 剪切速率愈高，蛋白質(zhì)變性程度則愈大。同時(shí)受到高溫和高剪切力處理的蛋白質(zhì)，則發(fā)生不可逆變性。 (4) 靜液壓（流體靜壓） ?蛋白質(zhì)的柔順性和可壓縮性是壓力誘導(dǎo)蛋白質(zhì)變性的主要原因。 ?不同于熱變性，當(dāng)壓力很高時(shí)，一般在 25℃ 即能發(fā)生變性；而熱變性需要在 Pa 壓力下，溫度為40～ 80℃ 范圍才能發(fā)生變性。 ?光學(xué)性質(zhì)表明大多數(shù)蛋白質(zhì)在 100～ 1200MPa 壓力范圍作用下才會(huì)產(chǎn)生變性。 ?靜液壓不易引起纖維狀結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)變性。 球狀蛋白質(zhì)因壓力作用產(chǎn)生變性原因： 1) 蛋白質(zhì)伸展而使空隙不復(fù)存在； 2) 非極性氨基酸殘基因蛋白質(zhì)的伸展而暴露，并產(chǎn)生水合作用。 壓力引起的蛋白質(zhì)變性是高度可逆的，比如酶。 高壓加工不同于熱加工，它不會(huì)損害蛋白質(zhì)中的必需氨基酸和天然色澤和風(fēng)味，也不會(huì)導(dǎo)致有毒化合物的生成。 加壓 25℃ 100～ 1200MPa 外壓消失 （ 5）輻射 ?因波長(zhǎng)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(dǎo)致蛋白質(zhì)構(gòu)象的改變，如果能量水平很高，還可使二硫交聯(lián)鍵斷裂。 ?? 輻射和其他電離輻射能改變蛋白質(zhì)的構(gòu)象，同時(shí)還會(huì)氧化氨基酸殘基、使共價(jià)鍵斷裂、離子化、形成蛋白質(zhì)自由基、重組、聚合，這些反應(yīng)大多通過(guò)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(zhì)分子，一般發(fā)生不可逆變性。 ?蛋白質(zhì)大分子向界面擴(kuò)散并開始變性，在這一過(guò)程中，蛋白質(zhì)可能與界面高能水分子相互作用，許多蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)之間的氫鍵將同時(shí)遭到破壞，使結(jié)構(gòu)發(fā)生 “ 微伸展 ” 。 ?由于許多疏水基團(tuán)和水相接觸，使部分伸展的蛋白質(zhì)被水化和活化，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。蛋白質(zhì)在界面進(jìn)一步伸展和擴(kuò)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(zhì)變性，某些主要靠二硫交聯(lián)鍵穩(wěn)定其結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)不易被界面吸附。 B、化學(xué)因素 ?大多數(shù)蛋白質(zhì)在 pH 410比較穩(wěn)定。超過(guò)這個(gè)范圍就會(huì)發(fā)生變性。蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)時(shí)最穩(wěn)定，溶解度最低。 ?蛋白質(zhì)分子在極端堿性 pH環(huán)境下，比在極端酸性 pH時(shí)更易伸長(zhǎng)。因?yàn)閴A性條件有利于部分埋藏在蛋白質(zhì)分子內(nèi)的羧基、酚羥基、巰基離子化，結(jié)果使多肽鏈拆開，離子化基團(tuán)自身暴露在水環(huán)境中。 ?pH 引起的變性大多數(shù)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(zhì)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(zhì)起作用，而 Ca2+、 Mg2+略微活潑些。過(guò)渡金屬例如 Cu、 Fe、 Hg和 Ag等離子很容易與蛋白質(zhì)發(fā)生作用，其中許多能與巰基形成穩(wěn)定的復(fù)合物（牛奶解毒）。 Ca2+(還有 Fe2+、 Cu2+和 Mg2+)可成為某些蛋白質(zhì)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(zhì)分子中除去金屬離子，但這將明顯降低這類蛋白質(zhì)對(duì)熱和蛋白酶的穩(wěn)定性。 3．有機(jī)溶劑 改變介質(zhì)的介電常數(shù)，從而使保持蛋白質(zhì)穩(wěn)定的靜電作用力發(fā)生變化。 非極性有機(jī)溶劑滲入疏水區(qū)，可破壞疏水相互作用，促使蛋白質(zhì)變性，這類溶劑的變性行為也可能是因?yàn)樗鼈兒退a(chǎn)生相互作用引起的。 某些溶劑例如 2氯乙醇，能增加 ? 螺旋構(gòu)象的數(shù)量，這種作用也可看成是一種變性方式 (二級(jí)，三級(jí)和四級(jí)結(jié)構(gòu)改變 )，例如卵清蛋白在水溶液介質(zhì)中有 31％的 ? 螺旋，而在 2氯乙醇中達(dá)到 85％。 4．有機(jī)化合物水溶液 某些有機(jī)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(zhì)發(fā)生不同程度的變性。 同時(shí)，還可通過(guò)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(zhì)形成復(fù)合物 尿素和鹽酸胍引起的變性包括兩種機(jī)制： 第一種機(jī)制是變性蛋白質(zhì)能與尿素和鹽酸胍優(yōu)先結(jié)合，形成變性蛋白質(zhì) 變性劑復(fù)合物。 當(dāng)復(fù)合物被除去，隨著變性劑濃度的增加，天然狀態(tài)的蛋白質(zhì)不斷轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合物，最終導(dǎo)致蛋白質(zhì)完全變性。 由于變性劑與變性蛋白的結(jié)合是非常弱的。因此，只有高濃度的變性劑才能引起蛋白質(zhì)完全變性。 第二種機(jī)制是尿素與鹽酸胍對(duì)疏水氨基酸殘基的增溶作用。 因?yàn)槟蛩睾望}酸胍具有形成氫鍵的能力，當(dāng)它們?cè)诟邼舛葧r(shí)，可以破壞水的氫鍵結(jié)構(gòu)，結(jié)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(zhì)分子內(nèi)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(zhuǎn)變?yōu)榍杷猁}和氨，而蛋白質(zhì)的氨基能夠與氰酸鹽反應(yīng)改變了蛋白質(zhì)的電荷分布。因此，尿素引起的蛋白質(zhì)變性有時(shí)很難完全復(fù)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(lián)鍵，因而能改變蛋白質(zhì)的構(gòu)象。 ? 表面活性劑例如十二烷基磺酸鈉（ SDS）是一種很強(qiáng)的變性劑。 ? SDS 濃度在 3～ 8m mol/L 范圍可引起大多數(shù)球狀蛋白質(zhì)變性。而且是不可逆變性。 ? 由于 SDS 可以在蛋白質(zhì)的疏水和親水環(huán)境之間起著乳化介質(zhì)的作用，且能優(yōu)先與變性蛋白質(zhì)強(qiáng)烈地結(jié)合，破壞了蛋白質(zhì)的疏水相互作用，促使天然蛋白質(zhì)伸展，非極性基團(tuán)暴露于水介質(zhì)中，導(dǎo)致天然與變性蛋白質(zhì)之間平衡移動(dòng)。 6. 鹽 易溶鹽對(duì)蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的影響： a) 在低鹽濃度時(shí)，離子與蛋白質(zhì)之間為非特異性靜電相互作用。當(dāng)鹽的異種電荷離子中和了蛋白質(zhì)的電荷時(shí)，有利于蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，這種作用與鹽的性質(zhì)無(wú)關(guān)，只依賴于離子強(qiáng)度。一般離子強(qiáng)度 ≦ 時(shí)即可完全中和蛋白質(zhì)的電荷。 b) 在較高濃度（＞ 1mol/L），鹽具有特殊離子效應(yīng)，影響蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。 各種陰離子在離子強(qiáng)度相同時(shí)，對(duì)蛋白質(zhì)（包括 DNA）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響順序如下： F＜ SO42＜ Cl＜ Br＜ I＜ ClO4＜ SCN＜ Cl3CCOO 這個(gè)順序稱為 Hofmeister序列（感膠離子序）或離液序列（ chaotropic series）。 順序中左側(cè)的離子能穩(wěn)定蛋白質(zhì)的天然構(gòu)象；而右側(cè)的離子則使蛋白質(zhì)分子伸展、解離，為去穩(wěn)定劑。 如： Na2SO NaF能促進(jìn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定； NaSCN和 NaClO4是強(qiáng)變性劑 。 . 蛋白質(zhì)功能性質(zhì) Functional Properties of Proteins The concept of functional properties of proteins 在食品加工、貯藏、銷售過(guò)程中蛋白質(zhì)對(duì)食品需宜特征作出貢獻(xiàn)的那些物理和化學(xué)性質(zhì)。 結(jié)構(gòu)決定性質(zhì) 水化性質(zhì)、表面性質(zhì)、結(jié)構(gòu)性質(zhì)、感觀性質(zhì)食品蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)分為四個(gè)方面： ①水化性質(zhì)： 取決于蛋白質(zhì)與水的相互作用，包括水吸收和保留、濕潤(rùn)性、溶脹性、粘著性、分散性、溶解度和粘度等。通常與蛋白質(zhì)的大小、形狀和柔順性有關(guān)。 ②表面性質(zhì)： 與蛋白質(zhì)的表面張力、乳化作用、起泡特性、成膜性以及風(fēng)味結(jié)合等有關(guān)的性質(zhì)。 ③結(jié)構(gòu)性質(zhì)： 與蛋白質(zhì)的相互作用有關(guān)的性質(zhì)，如產(chǎn)生彈性、 沉淀、膠凝作用及形成其它結(jié)構(gòu)（面團(tuán)形成、纖維化等）的性質(zhì)。 ④感官性質(zhì)： 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(fēng)味的結(jié)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(jié) 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(diào)味汁粘度乳清蛋白飲料溶解性蛋白質(zhì)類型食 品功 能谷物蛋