氨基酸蛋白質和蛋白質纖維

1、第六章 氨基酸、蛋白質和蛋白質纖維,,1.掌握氨基酸和蛋白質的化學結構和性質2.了解蛋白質纖維的形態(tài)、結構和性質 3.通過本章的學習,為今后解決科研、工作和 生活中的一些問題打下堅實的基礎,,,,,第一節(jié) 氨基酸 一、氨基酸結構、分類和命名 二、氨基酸的性質 三、氨基酸的制備,第二節(jié) 多肽 一、多肽的命名 二、多肽結構的測定,第三

2、節(jié) 蛋白質 一、蛋白質的組成和分類 二. 蛋白質的結構 三、蛋白質的性質,第四節(jié) 蛋白質纖維 一、羊毛 二、蠶絲,一、氨基酸結構、分類和命名,分子中含有氨基和羧基的化合物叫氨基酸。,氨基酸可按氨基和羧基的相對位置分為α-氨基酸，β-氨基酸,γ-氨基酸,δ-氨基酸等,,蛋白質的主要組成元素：C、H、O、N四種。許多蛋白質也有S、P和痕量元素，如Cu、Mn

3、、Zn等。,第一節(jié) 蛋白質的基本單位——氨基酸,,α-氨基酸通常按其來源或性質所得的俗名來稱呼,,α,α,α,α，ε-,2,氨基酸分子中可以有多個氨基或多個羧基。§氨基和羧基數(shù)目相等的氨基酸近于中性，叫做中性氨基 酸。如丙氨酸 § 氨基數(shù)目多于羧基的氨基酸呈現(xiàn)堿性，叫做堿性氨基酸。如賴氨酸§羧基數(shù)目多于氨基的氨基酸呈現(xiàn)酸性，叫做酸性氨基酸。如谷氨酸,,,,,兩性離子式

4、 氨基酸式（內鹽）,二、氨基酸的性質,（一）酸堿性——兩性和等電點,,H,3,N,C,H,2,C,O,O,-,+,,,,,,,N,H,2,C,H,2,C,O,O,H,,在不同pH值的氨基酸溶液中，氨基酸以正離子、偶極離子和負離子三種形式存在，它們之間形成一種動態(tài)平衡。,在強酸性溶液中，氨基酸以正離子形式存在，電解時移向陰極。在強堿性溶液中，氨基酸以負離子形式存在，電解時移向陽極。,,,R,C,H,,,,N,H,2,C,O,O

5、,-,,,,,,,H,+,O,H,,R,C,H,,,,N,H,3,C,O,O,-,+,,,,,,,H,+,O,H,-,R,C,H,,,,N,H,3,C,O,O,H,+,,,,,,,¸º,Àë,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,ż,¼«,Àë,×Ó,,,,,,,,,,,,,,,,,

6、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Õý,Àë,×Ó,,,,Ç¿,,,ÈÜ,,ÖÐ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,ÔÚ,Ç¿,Ëá,Ð&

7、#212;,ÈÜ,Òº,ÖÐ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Èç,p,H,=,0,£©,µÄ,Ö÷,Òª,´æ,ÔÚ,ÐÎ,ʽ,,,-,負離子,正

8、離子,偶極離子,在強堿性溶液中（如pH=14）的主要存在形式,在強酸性溶液中（如pH=0）的主要存在形式,,使氨基酸處于等電狀態(tài)時溶液的pH值，稱為該氨基酸的等電點，用pI表示。,等電點不等于中性點,中性（pI值為6.2~6.8）和酸性氨基酸（pI值為2.8~3.2）等電點小于7；堿性氨基酸等電點大于7（pI值為7.6~10.8）。,注意,pI意義在于：等電點時，氨基酸主要以偶極離子形式存在，溶解度最??；大于或小于等電點的pH值，不

9、能結晶出來。因此，可用調節(jié)等電點的方法，從氨基酸混合物中分離出來某些氨基酸。,若調節(jié)電解池的pH值，使氨基酸既不向陰極也不向陽極移動，或者說正負電荷相等，凈電荷為0，呈電中性。,,藍紫色,水合茚三酮,（二）顯色反應,↑,,,,,,,,,,,,,,,O,,,O,,,O,H,,O,H,,+,H,3,N,—,C,H,—,C,O,O,+,-,,,,2,,,,,,,,,,,,,,O,H,,O,H,,N,,,,,,,,,,,,,,,,,O,,,O,

10、,,+,R,C,H,O,+,C,O,2,+,3,H,2,O,R,,鑒別具有特殊R基團氨基酸的顏色反應,§α-氨基酸受熱后，在兩分子之間發(fā)生脫水反應，生成環(huán)狀交酰胺。,,β-氨基酸受熱后，容易脫去一分子氨，生成α，β-不飽和羧酸。,,§,（三）受熱后的反應,R,C,H,C,H,2,C,O,O,H,N,H,2,,,,,,,,R,C,H,=,C,H,C,O,O,H,§ γ-氨基酸或δ-氨基酸受熱后，分子內容易脫去

11、一分子水生成環(huán)狀的內酰胺。,,γ-丁內酰胺,,γ-丁內酰胺，經(jīng)開環(huán)聚合可制得聚酰胺-4,聚酰胺-4紡制成的纖維，具有良好的吸濕性、耐磨性和染色性，是一種服用性能較好的纖維。,,H,2,C,H,2,C,C,H,2,N,H,C,,,,,,O,,,,,,堿,N,H,C,H,2,C,H,2,C,H,2,C,,,,,,,O,n,n,,H,2,C,H,2,C,,C,H,2,N,H,2,,C,O,O,H,,,,,,,,H,2,C,,,H,2,C,C,

12、H,2,,C,O,N,H,,,+,H,2,O,§加熱時，兩分子α-氨基酸可以脫掉一分子水生成二肽。,α-鹵代酸與氨反應可得到α-氨基酸。,,（一）α-鹵代酸氨解,三、氨基酸的制備,（二）由醛或酮制備,,R,H,C,,N,H,2,,,C,O,,,O,H,,,+,H,N,,,,H,C,,R,,C,,H,O,,,,O,H,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,-,H,2,O,,,,R,H,C,,N

13、,H,2,,,C,O,,,,N,H,H,C,,R,,C,,O,,,,O,H,,,,肽,鍵,,R,H,C,,X,,C,O,O,H,,+,2,,N,H,3,,,,H,2,O,R,H,C,,N,H,2,,C,O,O,H,,+,N,H,4,X,,C,H,3,C,H,O,,,+,,,,H,C,N,,,,O,H,-,C,H,3,C,H,C,N,O,H,,,,,N,H,3,C,H,3,C,H,C,N,N,H,2,,,,,H,2,O,C,H,3,C,H

14、,C,O,O,H,N,H,2,,,（三）由丙二酸酯合成——重要方法,,C,H,2,(,C,O,O,C,2,H,5,),2,,,,B,r,2,C,C,l,4,C,H,B,r,(,C,O,O,C,2,H,5,),2,,,,,,,,,,,,,N,,,,,O,,,O,,,,,,,,,,,,N,,K,,,,,O,,,O,,,-,+,C,H,(,C,O,O,C,2,H,5,),2,,,,,C,2,H,5,O,N,a,,,,R,X,,,,,,,,,,

15、N,,,,,O,,,O,,,C,H,(,C,O,O,C,2,H,5,),2,,R,,(,1,),,,H,3,O,+,(,2,),,,,,,,-,C,O,2,,,,R,H,C,,N,H,3,,C,O,O,,+,-,一、多肽的分類和命名,一個氨基酸分子的α-氨基和另一個氨基酸的羧基脫水縮合而成的化合物稱為肽。由兩個氨基酸脫水生成的化合物叫二肽，由三個或多個氨基酸脫水生成的化合物分別稱為三肽或多肽。,,,第二節(jié) 多肽,,R,H,C,,N

16、,H,2,,,C,O,,,O,H,,,+,H,N,,,,H,C,,R,,C,,H,O,,,,O,H,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,-,H,2,O,,,,R,H,C,,N,H,2,,,C,O,,,,N,H,H,C,,R,,C,,O,,,,O,H,,,,肽,鍵,二、多肽結構的測定,,（,（一） 肽的水解,（二）氨基酸順序測定,DNP N—,,,,,,,,,,F,,O,2,N,,N,O,2,

17、,+,H,2,N,C,H,C,O,N,H,C,H,C,O,,R,,R,,',,,,,,,,,,,,,N,H,C,H,C,O,N,H,C,H,C,O,,N,O,2,,O,2,N,,,,,R,R,',肽,的,D,N,P,衍,生,物,,,,H,C,l,,,,,H,2,O,,,,,,,,,,,,,N,H,C,H,C,O,O,H,,N,O,2,,O,2,N,,,R,',+,H,3,N,C,H,C,O,O,H,R,,+,+,

18、,,,,端,氨,基,酸,（,黃,色,）,D,N,P,—,蛋白質含有C、 H、O、 N、 少量的S，有些還含有微量的P、 Fe、 Zn等元素，大多數(shù)蛋白質的含氮量為15%～17%。,分類,·化學組成,·形狀,·功能,,,,單純蛋白質——由各種α-氨基酸組成的蛋白質，如 白蛋白，球蛋白，絲蛋白，谷蛋白。 結合蛋白質——由單純蛋白質和非蛋白質部分結合而成 ，如核蛋白、血紅蛋白。,纖維狀蛋白質：纖維狀蛋

19、白質不溶于水 。如角蛋白、絲蛋白等。 球狀蛋白質：球狀蛋白質可溶于水或酸、堿、鹽水溶液。 如胰島素、血紅蛋白等。,,活性蛋白： 按生理作用不同可分為酶、激素、抗體等。非活性蛋白： 擔任生物的保護或支持作用的蛋白，但本身不具有生物活性的物質。例如：清蛋白、角蛋白等,,一、蛋白質的組成和分類,第三節(jié) 蛋白質,二、 蛋白質的結構,指蛋白質多肽鏈中氨基酸的種類、數(shù)目和排列順序,蛋白質的一級結構是最基本的、最穩(wěn)定的結構，它包含著決

20、定蛋白質高級結構的因素。,α-螺旋結構示意圖,反平行的β-折疊結構,,由肽鏈之間的氫鍵形成,由肽鏈之間的氫鍵形成,（一） 蛋白質的一級結構,（二） 蛋白質的二級結構,（a）鹽鍵 (b)氫鍵 (c) 疏水鍵 (d)范德華力 (e) 二硫鍵,（三） 蛋白質的三級結構,氨基酸中含有的羥基、巰基、烴基、游離氨基與羧基等，可以借助靜電引力、氫鍵、二硫鍵（—S—S—）及范德華作用力等將肽鏈連在一起，形成蛋白質的三級結構。,（a

21、),(b),(c),(d),(e),蛋白質由兩條或兩條以上具有三級結構的多肽鏈通過疏水作用力、鹽鍵等次級鍵相互締合而成，每一個具有三級結構的多肽鏈稱為亞基。蛋白質的四級結構是指蛋白質分子中亞基的立體排布、亞基間相互作用與接觸部位的布局，但不包括亞基內部的空間結構。,（四） 蛋白質的四級結構,三、蛋白質的性質,,（一）蛋白質的兩性離解和等電點,幾種蛋白質的等電點,,1～100nm的單分子顆粒,屬于膠體顆粒尺寸范圍,膠體性質：如丁達爾效應

22、、布朗運動、吸附、不能透過半透膜等。,（二）蛋白質的膠體性質,蛋白質的表面有很多親水基團（如—COOH、 —NH2、—OH、—SH、—CONH等），所以蛋白質與水相遇時，易被水吸收，蛋白質表面有一層水膜，水膜能使蛋白質顆粒間不易碰撞而結合，因此，蛋白質在水中的穩(wěn)定因素是水膜和電荷。,使蛋白質沉淀的主要因素。,1. 中性鹽[（NH4)2SO4 、MgSO4、 NaCl）],鹽析——蛋白質溶液加入高濃度的中性鹽溶液時，可使蛋白質從溶液中析出

23、。,鹽析的原因是中性鹽破壞了蛋白質分子表面的水化層，中和了電荷，即破壞了蛋白質的穩(wěn)定因素。,可逆過程,利用不同蛋白質鹽析出來時，所需鹽的最低濃度不同的性質，可以分離和提純不同的蛋白質。,（三）蛋白質的沉淀,2.有機溶劑 乙醇、丙酮和甲醇等極性較大的有機溶劑,有機溶劑與水的親和力較大，能破壞蛋白質顆粒的水化膜而使蛋白質沉淀。,3. 重金屬鹽類 因蛋白質在堿性條件下帶負電荷，易與重金屬結合而沉淀，如Ag+、Pb2+、Cu2+

24、、Hg2+等。,4. 生物堿試劑或酸類 蛋白質在pH值低于等電點的溶液中以正離子的形式存在，當加入某些生物堿試劑（如單寧）或某些酸類（如三氯乙酸等）時，復雜的酸根離子能與帶正電荷的蛋白質氨基結合，生成沉淀析出。,沉淀產(chǎn)生原因,§蛋白質的變性——蛋白質受物理因素（如熱、高壓、紫外線照射）或化學因素（如有機溶劑，尿素、酸、堿等）的影響時，分子構象發(fā)生變化，溶解度降低，生物活性喪失。 一級結構未變，只是二級

25、結構和三級結構改變或遭到破壞。,§蛋白質的復性——引起變性的因素比較溫和，蛋白質構象僅僅是有些松散時，當除去變性因素后，蛋白質可緩慢地重新自發(fā)折疊恢復為原來的構象叫復性。,(四)蛋白質的變性和復性,特點,蛋白質的變性具有重要意義：1.常用高溫、紫外線和酒精等進行消毒；2.臨床上急救重金屬鹽中毒病人；3.在制備或保存酶、疫苗、激素和抗血清等蛋白質制劑時，必須考慮選擇合適的條件，防止其生物活性的降低或喪失；4. 印染廠在

26、用淀粉酶使其織物上所含的淀粉漿退漿時，一般控制溫度在40℃左右，pH值在6～7之間，避免使用某些會產(chǎn)生重金屬離子的金屬器械。,1.茚三酮反應 蛋白質與茚三酮反應生成藍紫色化合物。 2.縮二脲反應 蛋白質與縮二脲（H2NCONHCONH2）一樣，在氫氧化鈉溶液中加入硫酸銅溶液時，溶液變?yōu)樽仙蚍奂t色，稱為縮二脲反應。 3.黃蛋白反應某些蛋白質遇濃硝酸后會變成黃色，再加氨處理又變?yōu)槌壬?（五）顯

27、色反應——鑒別蛋白質,,,,,,,,,,O,H,,C,H,2,,C,H,,C,O,,H,N,,,,,,濃,,H,N,O,3,,,,,,,,,,O,H,,,N,O,2,,,C,H,2,C,H,,C,O,,H,N,,,,細羊毛結構,細,截面結構：羊毛纖維截面由外向內分為三層。§表皮層：又稱鱗片層，由片狀角細胞構成。決定纖維 的表面光澤和表面性質，對纖維起保護作用。 鱗片排列形式有環(huán)狀、瓦狀、龜裂狀

28、。 §皮質層：由稍扁的角元細胞構成。已決定纖維的物理 化學性質。皮質細胞有兩種：正皮質細胞、偏皮 質細胞。正、偏皮質細胞在纖維中放分布形式 有：“雙側結構”和“皮芯結構”。§髓質層：由結構松散和充滿空氣的胞壁細胞組成。它的存在影響纖維強力、彈性和卷曲度。,3.羊毛的性質,（1）縮絨性,縮,縮絨性：當羊毛在濕熱條件及化學試劑作用下，經(jīng)外力揉搓擠壓，纖維發(fā)生相互間滑移，糾纏，咬合

29、，使織物收縮形成緊密的氈片，這種現(xiàn)象稱為縮絨。,§縮絨處理：工業(yè)上常利用縮絨性對毛制品進行縮絨處理，處理后產(chǎn)品緊密厚實，表面有一層毛絨，手感豐滿，保暖性提高。§防縮絨處理：為避免縮絨現(xiàn)象，采用破壞羊毛鱗片或填平鱗片的方法，使纖維表面光滑，以避免縮絨發(fā)生。§防縮措施： 氧化法、樹脂法。,（2）吸濕性 ——很強,一般情況下含水量8%~14%。 羊毛吸水性高的原因在于蛋白分子中含有親水性 的

30、羥基、氨基、羧基和酰胺基等；同時羊毛是一種多孔性纖維材料，具有毛細管作用，所以水分易于吸附到纖維的空隙中去或吸附在纖維的表面。,（3）強伸性,羊毛纖維的拉伸強度是常用天然纖維中最低的。 羊毛纖維拉伸后的伸長能力是常用天然纖維中最大的。去除外力后，羊毛的彈性回復能力也是常用天然纖維中最好的。,用于海上作業(yè),服用性能好,羊毛纖維大分子結構圖,1.羊毛纖維大分子由20多種不同α- 氨基酸?；鶚嫵?。分子結構以 —CO

31、NH—為主價鍵。2.大分子呈α-螺旋卷曲型長鏈分子。受拉伸時可過渡到β- 伸展型。3.大分子側基有羥基、羧基、氨基等，大分子間形成氫鍵、鹽式鍵、二硫鍵等。4.分子側基中有酸性和堿性基團，是兩性物質。5.二硫鍵使羊毛大分子空間結構穩(wěn)定，有助于纖維變形后的恢復。,羊毛纖維化學結構,,（4）與酸作用：低溫或低濃度強酸對纖維無明顯損傷。 H2SO4濃度 溫度 時間 結果

32、 5% 常溫 長時間 無影響 80% 常溫 短時間 影響不大 80% 100℃ 10 min 全部溶解,高溫、高濃度強酸對羊毛有損傷。有機酸對羊毛作用緩和。,,（5）與堿作用：使鹽式鍵斷開，多縮氨酸鍵變短。 NaOH濃度 溫度

33、 時間 結果 0.5% 60℃ 20 min 部分溶解 5% 100 ℃ 10 min 全部溶解,（6）氧化劑、還原劑對羊毛的作用,羊毛對氧化劑的作用非常敏感。如高錳酸鉀、過氧化氫等氧化劑都會使胱氨酸分解，破壞二硫鍵，甚至使肽鍵斷裂，導致纖維強力的降低。,,還原劑，如Na2S、

34、 NaHSO3等，對羊毛纖維也有破壞作用，主要作用也是發(fā)生在二硫鍵上。,（7）耐微生物性能,羊毛纖維易被蟲蛀，純羊毛服裝保管時要多加小心。,,C,H,2,,S,,S,,C,H,2,,,,,,氧,化,劑,C,H,2,S,O,3,H,,+,H,O,3,S,C,H,2,,蠶的分類： 家蠶：桑蠶。 野蠶：柞蠶、蓖麻蠶、柳蠶、天蠶等。,蠶絲是高級紡織原料，具有較高的延伸度，纖維纖細而柔軟，平滑而富有彈性

35、，吸濕性佳。由蠶絲制成的絲綢產(chǎn)品薄如紗，華如錦，也可厚實豐滿，織物光澤好，具有獨特“絲鳴感”，手感滑爽，穿著舒適，高雅華麗。,二、蠶絲纖維——人類最早利用的動物纖維之一,纖維女皇,第四節(jié) 蛋白質纖維,蛋白質纖維是以蛋白質為基本組成物質的纖維。 天然蛋白質纖維包括各種羊毛和蠶絲。,1.羊毛的內部結構,羊毛的主要成分是角蛋白。羊毛角蛋白是由18種以上α-氨基酸組成的天然聚酰胺類高分子。,2.羊毛的形態(tài)結構,截面形態(tài)：

36、截面呈圓形或橢圓形。縱向形態(tài)：表面覆蓋有鱗片層，具有天然卷曲。,一、羊毛,蠶絲由兩條平行的單絲組成，單絲內部為絲素，包覆在它四周的是一層非纖維狀的絲膠。·橫截面形態(tài)：桑蠶絲截面近似半橢圓形或三角形。· 柞蠶絲截面為鈍三角形。縱向形態(tài)：桑蠶絲較平直光滑，柞蠶絲縱向有條紋。,桑蠶絲 柞蠶絲,桑蠶絲和柞蠶絲的橫截面形態(tài),蠶絲的形態(tài)和組成,http://house.foc