第四章 蛋白质纤维
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蛋白质与纤维的鉴别方法蛋白质和纤维是两种常见的生物大分子,它们在化学性质、结构和功能上有很大的区别。
在生物学、医学、食品科学等领域中,鉴别蛋白质和纤维的方法非常重要。
本文将介绍几种常用的鉴别方法。
一、化学方法1. 碘试验法碘试验法是一种常用的鉴别蛋白质和纤维的方法。
将待测样品加入碘液中,如果样品变黑色,则说明其中含有淀粉质或纤维素等多糖类物质;如果样品无变化,则说明其中不含多糖类物质,可能是蛋白质。
2. 二苯基胺法二苯基胺法是一种鉴别蛋白质和纤维的敏感方法。
将待测样品加入二苯基胺溶液中,如果样品变成紫色,则说明其中含有蛋白质;如果样品无变化,则说明其中不含蛋白质,可能是纤维。
二、物理方法1. 热稳定性试验法热稳定性试验法是一种鉴别蛋白质和纤维的常用方法。
将待测样品加热,如果样品在高温下仍然保持原有的形态和结构,则说明其中含有纤维;如果样品在高温下发生变化,则说明其中含有蛋白质。
2. 红外光谱法红外光谱法是一种鉴别蛋白质和纤维的非常有效的方法。
通过测量样品在不同波长下的吸收光谱,可以确定样品的化学成分和结构。
蛋白质和纤维的红外光谱有很大的差异,因此可以通过红外光谱法来鉴别它们。
三、生物学方法1. 酶解法酶解法是一种鉴别蛋白质和纤维的生物学方法。
将待测样品加入适当的酶溶液中,如果样品被酶水解,则说明其中含有蛋白质;如果样品无变化,则说明其中不含蛋白质,可能是纤维。
2. 免疫学方法免疫学方法是一种鉴别蛋白质和纤维的高级方法。
通过制备特异性抗体,可以对待测样品进行免疫反应,从而确定其中是否含有特定的蛋白质。
这种方法具有高度的特异性和灵敏性,但需要较长的时间和较高的成本。
综上所述,鉴别蛋白质和纤维的方法有很多种,可以根据需要选择不同的方法。
在实际应用中,需要综合考虑样品的性质、鉴别的目的和要求,选择合适的方法进行鉴别。
第四章蛋白质的三维结构稳定蛋白质三维结构的作用力一、多肽主链折叠的空间限制从理论上讲,一个多肽主链能有无限多种构象。
从理论上讲个多肽主链能有无限多种构象但是,只有一种或很少几种天然构象,且相当稳定。
但是只有种或很少几种天然构象且相当稳定因为:天然蛋白质主链上的单键并不能自由旋转1、肽链的二面角★只有α碳原子连接的两个键(C α—N 和C α-C )是单键,能自由旋转。
★扭角:环绕C α—N 键旋转的角度为Φ,环绕C α—C 键旋转的角度称Ψ。
可旋转±180度,一般呈顺时针旋转。
旋转受H.O 基的限制多肽主链的构象可以用每个C 的对原子以及R 基的限制。
多肽主链的构象可以用每个a-C 的一对扭角来描述。
★当Φ(Ψ)旋转键两侧的主链呈顺式时,规定Φ(Ψ)=0°★从Cα沿键轴方向看,顺时针旋转的Φ(Ψ)角为正值,反之为负值。
2、拉氏构象图:可允许的Φ和Ψ值Φ和Ψ同时为0的构象实际不存在二面角(Φ、Ψ)所决定的构象能否存在,主要取决于两个相邻肽单位中非键合原子间的接近有无阻碍。
个相邻肽单位中非键合原间的接有Cα上的R基的大小与带电性影响Φ和Ψ◆拉氏构象图:Ramachandran根据蛋白质中非键合原子间的最小接触距离(范德华距离),确定了哪些成对二面角(Φ、Ψ)所规定的两个相邻肽单位的构象是允许的,哪些是不允许的,并且以Φ为横坐标,以Ψ为纵坐标,在坐标图上标出,该坐坐标以为纵坐标在坐标图上标出该坐标图称拉氏构象图。
⑴实线封闭区域一般允许区,非键合原子间的距离大于一般允许距离,此区域内任何二面角确定的构象都是允许的,且构象稳定。
的且构象稳定⑵虚线封闭区域是最大允许区,非键合原子间的距离介于最小允许距离和般允许距离之间,立体化学允许,但许距离和一般允许距离之间,立体化学允许,但构象不够稳定。
⑶虚线外区域是不允许区,该区域内任何二面角确定的肽链构象,都是不允许的,此构象中非键合原子间距离象都是不允许的此构象中非键合原子间距离小于最小允许距离,斥力大,构象极不稳定。
蛋白质纤维一、蛋白质纤维的定义及特点蛋白质纤维是一种重要的生物大分子,由氨基酸通过肽键结合而成。
其特点是结构具有一定的稳定性和机械强度,可用于构建细胞外基质等组织。
蛋白质纤维在生物体内扮演着重要的支持、结构和信号传导等功能。
二、蛋白质纤维的分类根据组织内的分布位置和功能,蛋白质纤维可以分为胶原纤维、弹性纤维和中间纤维等不同类型。
胶原纤维主要存在于结缔组织中,具有支持和结构保护作用;弹性纤维在弹性组织中发挥重要作用;中间纤维则主要存在于细胞内,参与细胞结构的维持。
三、蛋白质纤维的生物合成与代谢蛋白质纤维的生物合成主要发生在细胞内,包括转录、翻译和后续的修饰。
生物体内通过蛋白质合成和降解平衡来维持蛋白质纤维的稳态。
其中,蛋白质合成过程需要受到多种调控因子的调节,保证合成的蛋白质纤维具有正确的结构和功能。
四、蛋白质纤维在生物体内的重要作用蛋白质纤维在生物体内扮演着重要的支撑和结构保持作用。
它们不仅构建细胞外基质,还可以形成细胞间连接并参与细胞信号传导等生理过程。
蛋白质纤维的稳定性和机械强度是维持细胞结构和整体组织形态的重要基础。
五、蛋白质纤维在疾病中的作用蛋白质纤维异常合成或降解会导致多种疾病的发生,如纤维蛋白沉积症、骨质疏松症等。
研究蛋白质纤维的代谢和调控机制有助于揭示疾病的发病机制,并为相关疾病的预防和治疗提供新的思路。
六、结语蛋白质纤维作为重要的生物大分子,在生物体内扮演着不可替代的角色。
深入研究蛋白质纤维的合成、功能及调控机制,有助于了解生命的奥秘,推动生物医学领域的发展。
希望未来的研究能够深入揭示蛋白质纤维在生物体内的作用机制,为人类健康和医学进步做出更大的贡献。
蛋白质和纤维素的常见物质
蛋白质是由一系列氨基酸组成的大分子有机物,是构成生命体的重要组成部分之一。
纤维素是一种多糖,主要存在于植物的细胞壁中,是植物的重要支撑物质。
常见的蛋白质包括动物性蛋白质(例如肉、鱼、蛋、奶等)和植物蛋白质(例如豆类、谷类、蔬菜等);常见的纤维素则包括各种植物,如水果、蔬菜、谷物和豆类等。
蛋白质对人体有很多作用,包括构成和修复身体组织、调节酶的活性、代谢物的运输、形成抗体、调节免疫系统等。
纤维素则主要帮助消化道的健康,通过促进肠道蠕动、吸收水分和营养物质等方式,促进便秘的缓解,预防肠道疾病。
因此,摄入适量的蛋白质和纤维素对人体健康至关重要。
建议成年人每日摄入的蛋白质量为每公斤体重0.8克左右,而每日摄入的纤维素量应该在25克以上,以保持身体健康。
第四章蛋白质纤维§4.1蛋白质纤维的一般知识蛋白质纤维:指基本组成物质为蛋白质的一类纤维。
毛:羊毛、驼毛、兔毛、马毛天然蛋白质纤维蚕丝:桑蚕丝,柞蚕丝蛋白质纤维再生蛋白质纤维大豆纤维,牛奶纤维一蛋白质的组成及结构属于高分子化合物,结构十分复杂,蛋白质又称朊,是构成生命最原始最基础的物质,羊毛的主要成分是:角朊(角质),丝的主要成分是丝朊(丝素)。
1 元素组成主要元素:碳、氢、氧、氮,还有少量硫磷、铁2 氨基酸组成蛋白质的基本组成为氨基酸,主要为α-氨基酸,结构通式:H2N—CH2—COOHR3 分子结构蛋白质分子是氨基酸彼此通过氨基和羧基脱水缩合,以酰胺键(即肽键-CO-NH-)联接而成的大分子。
酰胺键又称为肽键,由肽键相连接的缩氨酸叫做肽。
R 蛋白质大分子链为多肽链,又称为多缩氨酸链,是由基团—NH—CH—CO—重复连接而成。
分子之间的作用力:氢键、盐式键、二硫键二蛋白质的两性性质蛋白质分子中既含有氨基又含有羧基,因而具有酸性又具有碱性,是典型的两性高分子电解质。
等电点:调节溶液中的pH值,当蛋白质所带的正负电荷数相等时,此时的pH值即为蛋白质的等电点。
羊毛等电点:4.2~4.8 蚕丝等电点:3.5~5.2在等电点时,具有特别重要的性质:蛋白质不发生电泳现象,溶解度、膨化度、粘度、渗透压、导电率等均显示最低值。
§4.2羊毛羊毛主要指:绵羊身上剪下的毛。
羊毛的特性:弹性好,手感丰满、吸湿能力强、保暖性好,不易沾污,光泽柔和、染色性能优良,具有独特的缩绒性。
一羊毛的形态结构原毛:从羊身上剪下来的羊毛羊毛杂质:羊毛脂、羊汗、沙土、水分、草屑、草籽或其他植物性杂质。
羊毛脂:高级脂肪酸和高级一元醇组成的复杂的有机混合物羊汗:有机酸盐和无机酸盐组成羊毛可分为三个部分:毛尖、毛根、毛干。
外观:羊毛纤维具有天然卷曲、纵向呈鳞片覆盖的圆柱体,从内至外分为三层:鳞片层(表皮层)、皮质层、髓质层鳞片层(表皮层):逆鳞片方向的摩擦系数大于顺鳞片方向的摩擦系数,称为定向摩擦系数,这使羊毛具有缩绒性和毡缩性。
皮质层:羊毛的主要组成部分,决定羊毛纤维的物理性能,存在天然色素,因而有些色毛的颜色难以除去。
髓质层:由薄膜细胞组成,髓质层使纤维的强度、卷曲、弹性、染色性较差。
二羊毛的化学组成和分子结构羊毛的主要成分:角质(角朊),由α-氨基酸缩合而成。
组成元素:碳、氢、氧、氮,还有硫分子结构:α-氨基酸缩合而成的链状大分子构型:α-螺旋结构三羊毛的超分子结构(具体见P99)由3个螺旋结构的多缩氨酸链组成基本原纤微原纤原纤束(皮质细胞)四羊毛的机械性能1 羊毛的线密度羊毛纤维的直径差异很大,最细绒毛直径为7μm,最粗可达240μm2 羊毛的长度由于天然卷曲的存在,其长度可分为自然长度和伸直长度,国产细羊毛的长度在5.5~9 cm, 半细毛的长度在6~40cm。
3 羊毛的卷曲4 羊毛纤维的吸湿性一般大气条件下,回潮率为15~17%,是常见纤维中最好的。
5 羊毛的拉伸与回复性能羊毛的拉伸强度是所有纤维中最低的,但是拉伸后的回复能力却是所有天然纤维中最大的。
所以,用羊毛织成的织物不易产生皱纹,有均匀良好的服用性能。
过缩:将受到拉伸应力的羊毛纤维在热水或蒸汽中处理很短时间,然后除去外力,此纤维可在蒸汽中收缩到比原来还短,这一现象为过缩。
暂定:若受有张力的羊毛在热水或蒸汽中处理很短时间,除去外力,羊毛并不回复到原长,只有放在比热处理更高温度下作用,才能获得重新回缩的性能。
永定:如果拉伸的纤维在蒸汽中处理时间较长,取消外力后即使用蒸汽处理,纤维回缩后的长度仍超过原长的30%,这一现象为永定。
羊毛造成过缩、暂定、永定的原因:主要是由于分子间交键的拆散和重建所引起,由于羊毛超分子结构中,分子间存在大量的交键,当纤维受拉伸后,交键就会绷紧,内张力就会增加,最终导致交键拆散,纤维就会收缩,若除去负荷并在蒸汽中任其收缩,纤维就发生过缩。
若在拆散原有交键时,处理时间过长,就会在新的位置上建立新的交键,这样就形成永定。
若处理时间不长,原交键受到破坏,新的交键虽有建立,但不完善,就形成暂定。
五羊毛的主要化学性质1 热的作用羊毛属于耐热性较差的纤维,加工时,干热不超过70℃,分解温度为135℃,属于可燃纤维,易燃烧,但速度慢。
燃烧时有特殊气味。
2 水和蒸汽的作用羊毛具有较强的吸湿性,吸湿后纤维膨胀,由于分子间力下降,强力下降在剧烈条件下,水也会与羊毛纤维起化学反应,使蛋白质分子中的肽键水解。
3 酸的作用羊毛对酸比对碱稳定,因而可以在酸性条件下染整加工,但在浓度提高,处理时间延长,温度升高时,肽键也会有不同程度的水解。
无机酸比有机酸对纤维的损伤大。
4 碱的作用羊毛对碱敏感,碱可以催化肽键水解,使得纤维受到损伤。
5 还原剂的作用6 氧化剂的作用氧化剂作要是用于漂白,但对含氯的氧化剂比较敏感,NaClO可破坏羊毛的鳞片层,起到防缩绒的效果。
所以可以用它做防毡缩处理。
过氧化剂对羊毛的作用比较缓和,故常用于漂白。
7 光氧化作用可以减少羊毛尖端的鳞片,改变羊毛的组成和结构。
六其他纺织用动物毛1.山羊绒:由鳞片层和皮质层组成,没有髓质层,紧贴山羊表皮生长浓密柔软的绒毛,具有细腻、轻盈、滑糯、保暖性好的优点,是非常高贵的纺织原料。
国际上习惯称之为Cashmere(开司米)。
2.马海毛:又称安哥拉山羊毛。
纤维粗长、卷曲少、弹性足、强度大,加入织物中可增加身骨。
纤维鳞片少,光泽强,可形成闪光效应。
3.兔毛:兔毛轻、软、保暖性好,但鳞片少,卷曲少,强度低,抱合力差,易掉毛。
4.骆驼毛(绒)5.牦牛毛(绒)§4.3 蚕丝蚕丝具有柔软、纤细、洁白、轻盈、柔和、吸湿性好、弹性适中等特点,是高级纺织原料。
家蚕丝:桑蚕丝野蚕丝:柞蚕丝,蓖麻蚕丝蚕丝是由两根丝素和包覆在外边的丝胶组成,称为茧丝。
缫丝得到的丝束为生丝,生丝经精练脱胶后称为熟丝。
一蚕丝的形态结构1 桑蚕丝的形态结构蚕丝主要是由丝素(丝朊)和丝胶两种蛋白质组成。
一根蚕丝由两根平行的单丝(丝素)外包丝胶而成。
截面:不规则三角形纵面:平直光滑2 柞蚕丝的形态结构截面:三角形更趋狭长而扁平,角锐,纵向有卷曲和条纹。
二丝素的化学组成与分子结构1 元素组成蚕丝主要是由丝素(丝朊)和丝胶两种蛋白质组成,所以主要组成元素为碳、氢、氧、氮。
丝素蛋白质呈纤维状,不溶于水,丝胶蛋白质呈球状,能溶于水。
2 氨基酸组成3 超分子结构丝素的分子链又称多肽链,含有许多的—CONH—键结构,肽链在结晶区几乎完全伸直。
由于大分子主链—CONH—基反复主现,因而相邻大分子链间氢键数很多,氢键间距短,故分子间引力比一般天然纤维大。
三丝素的主要物理机械性能1 长度可达数百米甚至上千米2 线密度与密度桑蚕丝的线密度为2.8~3.9dtex,柞蚕丝较粗,线密度为5.6 dtex 一般生丝密度为1.3~1.37g/cm33吸湿性丝的吸湿性比较高,在标准状态(20℃,相对湿度65%)下,丝素的吸湿率在9%以上,丝胶比丝素吸湿率更高。
4 断裂强度和断裂伸长率蚕丝的强度大于羊毛而接近棉,桑蚕丝为 2.5~3.5cN/dtex,湿强比干强下降10%~35%;柞蚕丝的强度为3~3.5cN/dtex,湿强比干强略高4%~10%。
蚕丝的伸长率小于羊毛而大于棉,桑蚕丝的断裂伸长率为15%~25%;柞蚕丝的断裂伸长率为23%~27%。
蚕丝的弹性恢复能力也小于羊毛而优于棉。
四丝素的化学性质1 耐热性蚕丝耐干热性较强,能长时间耐受100℃的高温。
温度升至130℃。
蚕丝会泛黄、发硬。
其分解点在170℃左右。
蚕丝也是热的不良导体,导热率比棉还小。
保暖性好。
2 膨化与溶解丝素吸水后发生膨化,表现出各向异性,丝素在水中只能溶胀,不能溶解,水只能进入无定形区。
在某些特殊的盐类溶液中,浓度低时,发生有限溶胀,浓度高时发生无限溶胀而溶解,利用盐对丝素溶解的作用,可以用某些特殊的盐类作为鉴别交织物中丝成分的溶剂。
3 耐酸性丝素的抗酸性比棉强,比羊毛差。
丝素的耐酸程度取决于酸的种类、浓度、温度、处理时间、和电解质的种类和浓度。
有机酸的稀溶液常温对丝素没有影响。
因而用有机酸处理可以增进光泽、手感、并赋予“丝鸣”特性。
还可提高色泽鲜艳度。
但在高温条件下处理,纤维会受损。
丝鸣:干燥的蚕丝相互摩擦或搓揉时发出特有的清晰微弱的声响,称为丝鸣。
丝鸣成为蚕丝独具的风格特征。
酸缩:蚕丝织物在浓度适当的无机酸、室温条件下短时间(1~2分钟)处理,然后立即水洗除酸,长度将发生30~50%的收缩,称为酸缩。
4 耐碱性丝素耐碱能力差,但比羊毛耐碱性好,丝在碱液中能发生水解。
如果条件控制适当,弱碱性介质对丝素无明显损伤,因此可作生丝的脱胶剂。
氧化剂容易使丝素分子中的肽键断裂,严重者使丝素完全分解。
含氯氧化剂与丝素作用时,还伴随氯化反应,生成氯氨类带色物质,达不到漂白的目的,生产中常用过氧化氢作为漂白剂。
一般还原剂对丝素作用较弱,正常情况下对纤维没有什么明显损伤。
6 耐光性丝纤维是纺织纤维中耐光性最差的一种,日光的作用包括阳光、大气和水对纤维的综合作用。
丝素受到日光照射时极易被氧化,使纤维无定形部分松开,伸长率降低。
丝织物在光照下还极易发生泛黄。
五丝胶的结构和性能1 丝胶的组成与结构生丝中丝胶的含量随品种的不同而不同。
丝胶中的元素组成与丝素略有不同。
丝胶的氨基酸组成与丝素相仿,丝胶表面分布着容易与水结合的基团,故在水中容易溶解。
2 丝胶的性能丝胶结构支化程度比丝素高,支链的极性基团含量比较高,分子链的排列不够规整,分子间作用力较小,故吸湿性比丝素高。
丝胶在水中溶解之前先行膨化,随温度的提高,膨化程度加深,溶解度增大。
所以蚕丝织物在工业脱胶时,常借助于化学助剂的作用,在低于100℃温度下进行。
§4.4 再生蛋白质纤维简介再生蛋白质纤维是从天然动物或植物中提炼出的蛋白质溶液经纺丝而成的纤维。
大豆蛋白纤维是一种再生植物蛋白纤维,是采用化学、生物化学的方法从榨掉油脂的大豆豆渣中提取球状蛋白,通过添加功能型助剂,改变蛋白质空间结构,经湿法纺丝而成。
目前的蛋白合成丝,大多由改性大豆蛋白质和聚乙烯醇组成,两者含量分别为23~55%和77~45%,经两者混合制成一定浓度的溶液,混合后进行纺丝。
大豆蛋白纤维具有单丝细度细,密度小、光泽好、吸湿导湿性好等特点。
具有羊绒般的柔软手感,蚕丝般的优雅光泽,棉纤维的吸湿和导湿性,羊毛的保暖性等优良服用性能。
日本东洋纺公司开发以牛奶为原料的再生蛋白质纤维——Chinon,是目前世界上唯一用酪蛋白制造的工业化纤维。