03 Protein.ppt

第1页：蛋白质的定义与功能

蛋白质

由氨基酸通过酰胺键（肽键）连接而成的聚合物。

功能

营养功能：生长、消化、代谢（酶）；物理结构功能：干酪、面包、起泡剂、凝胶形成。

第2页：氨基酸结构与两性离子

本页以 L-甘油醛作参照给出 L-丙氨酸的结构：中性 pH 下氨基酸以两性离子（zwitterion）形式存在，羧基带负电、氨基带正电。

第3页：两性离子的证据

本页标题为「Evidence of Zwitterion in Amino Acids at Neutral pH」，源文件仅给出标题，图示细节建议对照原课件图片补充。

第4页：氨基酸的可解离基团

L 型为天然存在的氨基酸构型。氨基酸具有可解离基团并以两性离子存在，需关注羧基的 pKa 与氨基的 pKb，并据此判断 pH = 1、3.5、7.5、9.5、11.5 时氨基酸的存在形式。

第5页：羧基的解离（pKa）

本页主题为「DISSOCIATION OF THE CARBOXYL GROUP (pKa)」，展示氨基酸羧基释放质子的解离平衡，pKa 反映羧基的酸性强弱。

第6页：氨基的解离（pKb）

本页主题为「DISSOCIATION OF THE AMINO GROUP (pKb)」，展示质子化氨基的解离平衡，pKb 反映氨基的碱性强弱。

第7页：氨基解离与 pH 的关系

解离度与 pH 的关系式为：

• pH = pK + log（[A⁻]/[AH]）
• pH − pK = log（[COO⁻]/[COOH]）或 log（[NH₂]/[NH₃⁺]）

第8页：pH 对各基团浓度的影响

说明：源文件该页数字连排，pH 7.5 一行的氨基项原文作 −3，与按 pKb = 9.5 计算所得的 −2.0 不符，此处按公式计算值修正；其余数值与 pKa、pKb 推算一致。

第9页：氨基酸的 pK′ 与 pI 值

第10页：氨基酸的分类组别

1. 脂肪族氨基酸
2. 羟基氨基酸
3. 酸性氨基酸
4. 酰胺类氨基酸
5. 碱性氨基酸
6. 含硫氨基酸
7. 芳香族氨基酸
8. 次级氨基酸（亚氨基酸）

第11页：脂肪族氨基酸：甘氨酸与丙氨酸

Glycine（GLY）甘氨酸

α-氨基乙酸（a-amino ethanoate）。

Alanine（ALA）丙氨酸

α-氨基丙酸（a-amino propionate）。

第12页：脂肪族氨基酸：缬氨酸与亮氨酸

Valine（VAL）缬氨酸

α-氨基异戊酸（a-amino isovalerate）。

Leucine（LEU）亮氨酸

α-氨基异己酸（a-amino isocaproate）。

第13页：脂肪族氨基酸：异亮氨酸

Isoleucine（ILE）异亮氨酸：α-氨基-β-甲基戊酸（a-amino β-methyl-valerate），与亮氨酸互为同分异构体。

第14页：含羟基的氨基酸

Serine（SER）丝氨酸

α-氨基-β-羟基丙酸。

Threonine（THR）苏氨酸

α-氨基-β-羟基丁酸。

第15页：带额外酸性基团的氨基酸

Aspartic Acid（ASP）天冬氨酸

α-氨基琥珀酸，侧链含一个羧基。

Glutamic Acid（GLU）谷氨酸

α-氨基戊二酸，侧链比天冬氨酸多一个亚甲基。

第16页：酸性氨基酸的酰胺

Asparagine（ASN）天冬酰胺

α-氨基-β-琥珀酰胺。

Glutamine（GLN）谷氨酰胺

α-氨基-γ-戊二酰胺。

第17页：碱性氨基酸：赖氨酸与精氨酸

Lysine（LYS）赖氨酸

α,ε-二氨基己酸，侧链末端氨基碱性较强。

Arginine（ARG）精氨酸

α-氨基-δ-胍基戊酸，胍基为强碱性基团。

第18页：碱性氨基酸：组氨酸

Histidine（HIS）组氨酸：α-氨基-β-咪唑丙酸，侧链咪唑基 pK′ 约 6.0，在生理 pH 附近具有缓冲能力，为婴幼儿必需氨基酸。

第19页：含硫氨基酸：半胱氨酸与胱氨酸

Cysteine（CYS-H）半胱氨酸

α-氨基-β-巯基丙酸，侧链为巯基（—SH）。

Cystine（CYS-CYS）胱氨酸

两个半胱氨酸经二硫键连接而成，对蛋白质空间结构起固定作用。

第20页：含硫氨基酸：甲硫氨酸

Methionine（MET）甲硫氨酸：α-氨基-γ-甲硫基丁酸，为必需氨基酸，在食品体系中易被氧化。

第21页：芳香族氨基酸：苯丙氨酸与酪氨酸

Phenylalanine（PHE）苯丙氨酸

α-氨基-β-苯基丙酸。

Tyrosine（TYR）酪氨酸

α-氨基-β-（对羟基苯基）丙酸，酚基是 Lowry 法与紫外吸收法的测定基础。

第22页：芳香族氨基酸：色氨酸

Tryptophan（TRY）色氨酸：α-氨基-β-吲哚丙酸，吲哚环具有强紫外吸收与天然荧光，常为谷物蛋白的限制氨基酸。

第23页：次级氨基酸

Proline（PRO）脯氨酸

2-羧基吡咯烷，氨基为环状亚氨基。

Hydroxyproline（HYPRO）羟脯氨酸

2-羧基-4-羟基吡咯烷，为胶原蛋白的特征氨基酸。

第24页：酰胺键的部分双键性质

酰胺（肽）键由于共振效应具有部分双键性质，不能自由旋转，从而限制了肽链的构象自由度。

第25页：酰胺键与肽

氨基酸之间通过酰胺键（肽键）缩合形成肽；肽键的部分双键性质使肽单位保持平面构型。

第26页：蛋白质的一级结构

一级结构

由氨基酸之间的共价肽键决定的序列结构。

方向性

多肽链具有 N 端氨基酸与 C 端氨基酸，一级结构即其氨基酸排列顺序。

第27页：二级结构示意图（一）

本页为蛋白质二级结构示意图，源文件仅给出「Secondary Structure of Protein」标题，具体构象（α-螺旋或折叠片）建议对照原课件图片补充。

第28页：一级结构示意图（一）

本页为蛋白质一级结构示意图，源文件仅给出「Primary Structure of Protein」标题，图中氨基酸序列细节建议对照原课件图片补充。

第29页：一级结构示意图（二）

本页为蛋白质一级结构示意图，源文件仅给出「Primary Structure of Protein」标题，图中氨基酸序列细节建议对照原课件图片补充。

第30页：一级结构示意图（三）

本页为蛋白质一级结构示意图，源文件仅给出「Primary Structure of Protein」标题，图中氨基酸序列细节建议对照原课件图片补充。

第31页：二级结构的成因与类型

成因

肽键之间的氢键：氧原子带部分负电荷（δ⁻），氢原子带部分正电荷（δ⁺）。

类型

α-螺旋；折叠片结构，分为平行式与反平行式两种。

第32页：α-螺旋

本页标题为「a-Helix」，源文件仅给出构象名称，螺旋圈数与氢键走向等参数建议对照原课件图片补充。

第33页：二级结构构象示意

本页为二级结构构象示意图，源文件仅给出「Secondary structure」标题，具体构象建议对照原课件图片补充。

第34页：二级结构示意图（二）

本页为蛋白质二级结构示意图，源文件仅给出「Secondary Structure of Protein」标题，具体构象建议对照原课件图片补充。

第35页：二级结构示意图（三）

本页为蛋白质二级结构示意图，源文件仅给出「Secondary Structure of Protein」标题，具体构象建议对照原课件图片补充。

第36页：二级结构示意图（四）

本页为蛋白质二级结构示意图，源文件仅给出「Secondary Structure of Protein」标题，具体构象建议对照原课件图片补充。

第37页：二级结构示意图（五）

本页为蛋白质二级结构示意图，源文件仅给出「Secondary Structure of Protein」标题，具体构象建议对照原课件图片补充。

第38页：

第39页：二级结构示意图（六）

本页为蛋白质二级结构示意图，源文件仅给出「Secondary Structure」标题，具体构象建议对照原课件图片补充。

第40页：蛋白质的三级结构

三级结构指单个蛋白质分子的折叠聚集，由以下作用维系：

1. 疏水作用：烃类侧链的紧密缔合。
2. 离子键：带正电基团与带负电基团之间的作用。
3. 氢键。
4. 二硫键。

蛋白质通过氢键、离子键、疏水作用与二硫键形成特定的大小、形状与独特排布。

第41页：三级结构中的化学键

本页为三级结构中不同化学键的示意图，源文件仅给出「Different Chemical Bonds in Tertiary Structure」标题，图中疏水作用、离子键、氢键与二硫键的标注建议对照原课件图片补充。

第42页：

第43页：三级结构示意图（一）

本页为蛋白质三级结构示意图，源文件仅给出「Tertiary Structure of Protein」标题，折叠与侧链排布细节建议对照原课件图片补充。

第44页：二级结构示意图（七）

本页为蛋白质二级结构示意图，源文件仅给出「Secondary Structure of Protein」标题，具体构象建议对照原课件图片补充。

第45页：三级结构示意图（二）

本页为蛋白质三级结构示意图，源文件仅给出「Tertiary Structure of Protein」标题，折叠与侧链排布细节建议对照原课件图片补充。

第46页：三级结构示意图（三）

本页为蛋白质三级结构示意图，源文件仅给出「Tertiary Structure of Protein」标题，折叠与侧链排布细节建议对照原课件图片补充。

第47页：蛋白质的四级结构

四级结构：蛋白质具有特定的大小与形状，其多条多肽链通过离子键、氢键和/或疏水作用聚集形成确定的分子。

第48页：四级结构示意图（一）

本页为蛋白质四级结构示意图，源文件仅给出「Quaternary Structure of Protein」标题，亚基种类与排布建议对照原课件图片补充。

第49页：四级结构示意图（二）

本页为蛋白质四级结构示意图，源文件仅给出「Quaternary Structure of Protein」标题，亚基种类与排布建议对照原课件图片补充。

第50页：四级结构示意图（三）

本页为蛋白质四级结构示意图，源文件仅给出「Quaternary Structure of Protein」标题，亚基种类与排布建议对照原课件图片补充。

第51页：蛋白质测定方法

1. 凯氏定氮法（Kjeldahl Method）。
2. 染料结合法（Dye binding Method）。
3. 双缩脲法（Biuret Method）。
4. Lowry 法。
5. 紫外吸收法（Ultraviolet Method）。

第52页：凯氏定氮法测定氮

1. 消化：样品加浓硫酸与催化剂，使氮转化为铵离子。
2. 碱化：加 NaOH 中和，释出 NH₃。
3. 水蒸气蒸馏：将 NH₃ 蒸出并用硼酸吸收。
4. 滴定：用盐酸滴定吸收液。

计算：每克样品含氮克数 =（样品滴定毫升数 − 空白毫升数）× 标准酸当量浓度 × 0.014 g/meq ÷ 样品重量。

第53页：凯氏定氮法的局限性

缺点：并非所有氮都来自蛋白质，嘌呤、嘧啶、DNA、RNA 以及尿素等均含氮；许多植物组织中有 50% 以上的氮为非蛋白氮。

换算关系：% N × 6.25 = % 蛋白质。

第54页：不同食物的氮-蛋白质换算系数

本页主题为「Conversion Factors from Nitrogen to Protein for Foods」，源文件列出的食物包括：玉米、牛乳、全麦、小麦粉、坚果、蛋类、大麦、豌豆、燕麦、肉类、黑麦、豆类、小米；页中出现的系数有 6.25、6.38、5.83、5.70、5.30。

说明：源文件该页食物名与系数数字连排，无法安全判定一一对应关系，故未还原为表格；通用换算系数为 %N × 6.25 = %蛋白质。

第55页：染料结合法的原理

原理：在低 pH 条件下，蛋白质的碱性基团带正电荷，可定量地与带负电荷的染料结合（如赖氨酸、精氨酸、组氨酸的侧链基团）。

第56页：染料结合法的操作

染料：Acid Orange 12（酸性橙 12）。

1. 将蛋白质、染料与 pH 2.2 缓冲液混合。
2. 过滤或离心。
3. 测定滤液的光密度（O.D.）。

第57页：染料结合法的标准曲线

被蛋白质结合的染料吸光度 = 染料初始吸光度 − 滤液吸光度，测定波长 470 nm；横轴为凯氏定氮法测得的蛋白质百分含量（6–16%），并以脱脂乳作为标定样品。

第58页：染料结合法的影响因素

1. 温度。
2. 非蛋白物质。
3. 缓冲体系。
4. 蛋白质的品质。

第59页：双缩脲法

原理：碱性溶液中 Cu²⁺ 与肽键形成络合物，呈现粉红-紫色，在 540 nm 处测定颜色强度，吸光度对应凯氏定氮法测得的蛋白质含量。

第60页：Lowry 法

Lowry 法（灵敏度最高的方法之一）：

• 碱性溶液中 Cu²⁺ 与蛋白质形成络合物。
• Cu²⁺ 催化酪氨酸酚基与磷钼酸-磷钨酸试剂的氧化反应。
• 在 750 nm 测定吸光度，对照凯氏定氮法得到蛋白质微克数。

第61页：280 nm 紫外吸收法

1. 芳香族氨基酸（酪氨酸、色氨酸）的生色侧链产生吸收。
2. 在 280 nm 测定吸收，属于测定蛋白质的「非破坏性方法」。
3. 根据吸光度计算蛋白质浓度。

第62页：荧光法

• 酪氨酸与色氨酸均为荧光物质。
• 以 280 nm 激发氨基酸，在 348 nm 测定发射光。
• 优点：比紫外吸收法更灵敏。

第63页：荧光法的标准曲线

以 348 nm 处发射的荧光强度为纵轴、每毫升溶液中蛋白质的毫克数为横轴建立标准曲线，用于定量蛋白质。

第64页：荧光的原理与测量

原理

分子由基态跃迁至激发态，返回时发射辐射（荧光），衰变产生的荧光波长长于激发波长；用特定波长激发并在特定波长测定输出，专属性较强。

存在的问题

浑浊、淬灭（自身或其他物质）、仪器昂贵、定量困难。

第65页：氨基酸的测定

A. 水解

6 M 盐酸中 100 ℃ 水解过夜；也可用酶水解。

B. 分离

用离子交换色谱分离各氨基酸。

第66页：氨基酸离子交换色谱机理

本页为氨基酸离子交换色谱机理示意图，源文件仅给出「MECHANISM OF ION-EXCHANGE CHROMATOGRAPHY OF AMINO ACIDS」标题，树脂与氨基酸的交换过程建议对照原课件图片补充。

第67页：氨基酸色谱图

本页为氨基酸色谱图，源文件仅给出「CHROMATOGRAM OF AMINO ACIDS」标题，各氨基酸的出峰顺序与保留时间建议对照原课件图片补充。

第68页：蛋白质的重要反应：变性与沉淀

变性

二、三、四级结构发生改变，诱因包括：加热；重金属（以汞最常见）；pH 变化（三氯乙酸、磷钨酸）；盐（NaCl 或硫酸铵）。

沉淀蛋白质的目的

纯化与浓缩蛋白质；除去会引起浑浊、乳化或其他麻烦的蛋白质。

第69页：蛋白质变性的表现

1. 溶解度下降。
2. 大小与形状改变。
3. 反应活性增强。
4. 生物活性降低（酶与免疫蛋白）。
5. 对电解质的敏感性增加。
6. 营养价值改变。

第70页：必需氨基酸

必需氨基酸

人体因缺乏相应酶而不能合成或合成量不足、无法满足蛋白质合成需要的氨基酸。

种类

组氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、缬氨酸。

第71页：限制氨基酸对照表

第72页：蛋白质品质的评价方法

1. 蛋白质效率比（Protein Efficiency Ratio，PER）。
2. 生物价（Biological Value，BV）。
3. 净蛋白利用率（Net Protein Utilization，NPU）。

第73页：蛋白质品质与标签标示

标签标示需要用到蛋白质效率比：

1. PER 与酪蛋白相同（2.5）时，推荐摄入量 RDA = 45 g/天。
2. 0.5 < PER < 2.5 时，RDA = 65 g/天。
3. PER < 0.5（酪蛋白的 20%）时，属于「非蛋白质显著来源」。

第74页：蛋白质效率比 PER 的测定

1. 选用雄性实验大鼠，日龄 ≥21 天且 ≤28 天，每组至少 10 只。
2. 饲喂标准化饲料（含盐混合物、维生素、棉籽油、纤维素、淀粉或蔗糖）并供水，共 28 天。
3. 定期（间隔不超过 7 天）测定增重与采食量。
4. PER = 增重 ÷ 摄入的蛋白质克数。
5. 通常以酪蛋白 PER = 2.5 作归一化基准。
6. 以样品 PER 与参照酪蛋白 PER 之比评价蛋白质品质。

第75页：不同食物配比的 PER

说明：源文件「Rice 100%」后的数值 2.30 对应纯稻米，黑豆 100% 标注为 NIL；表中配比按源文件顺序还原，稻米与黑豆的四组配比中，70:30 组 PER 最高。

第76页：常见食物的 PER

第77页：生物价 BV 与净蛋白利用率 NPU

生物价 BV

BV = 存留氮 ÷ 吸收氮 =（摄入氮 − 粪氮及尿氮）÷（摄入氮 − 粪氮）。

净蛋白利用率 NPU

NPU = 存留氮 ÷ 摄入氮 = BV × 消化率。