蛋白质的基本构成和性质解析

（一）蛋白质的化学组成及分子结构概况

1.元素组成

蛋白质是相对分子质量很高的有机含氮高分子化合物，结构十分复杂，但组成蛋白质的元素种类并不多，主要有碳、氢、氧、氮，有些还含有硫、磷等元素。

2.氨基酸组成

蛋白质完全水解的最终产物是氨基酸，因此蛋白质的基本组成单位是氨基酸。天然蛋白质中的氨基酸主要有20种左右，它们的共同特点是都属于α-氨基酸，可用如下通式表示：

各种α-氨基酸结构上的区别在于侧基R。乙氨酸是最简单的α-氨基酸，R只是氢原子；丙氨酸的R是甲基，其他α-氨基酸中R的结构都较复杂。不同蛋白质所含α-氨基酸的种类和数量有很大差别，造成了各种蛋白质结构和性质上的差异。

3.分子结构

蛋白质的大分子可以看作是由α-氨基酸彼此通过氨基与羧基之间的脱水缩合，以酰胺键联结而成的：

蛋白质分子结构中的酰胺键称为肽键，由肽键相联结的缩氨酸叫作肽，因此，蛋白质分子是由大量氨基酸以一定顺序首尾联结所形成的多肽。多缩氨酸链（又称多肽链）是蛋白质分子的骨架，也称主链。天然蛋白质的多肽链多为开链结构，具有自由氨基端和自由羧基端。多肽链中的重复单位—NH—CHR—CO—称为氨基酸剩基。各氨基酸在构成蛋白质分子主链的同时，还形成了大分子的侧基R。

4.副键的作用

蛋白质大分子的主链借分子间及同一分子内基团间的结合力相联系而形成复杂的空间构象，这些结合力统称为副键，它们有如下几种结构类型：(www.xing528.com)

（1）氢键。主要存在于肽链中的羰基和亚氨基之间：

（2）盐式键（又称离子键）。存在于大分子侧基的酸性基团和碱性基团之间：

（3）二硫键。可存在于肽链之间或同一肽链之中，属于共价键：

（二）蛋白质的两性性质

蛋白质分子中除末端的氨基和羧基外，侧基上还含有许多酸性基团和碱性基团。所以蛋白质兼有酸、碱性质，既能吸酸也能吸碱，是典型的两性高分子电解质，在不同的pH溶液中，发生如下变化：

式中P表示多肽链。从上式可知，这三种状态之间的关系是由溶液中的［H＋］决定的，调节溶液的pH，使蛋白质分子上所带的正负电荷数量相等，这时溶液的pH称为该蛋白质的等电点。羊毛纤维的等电点为4.2～4.8，桑蚕丝的等电点为3.5～5.2。当蛋白质处于等电点时，呈现一系列特殊的也是极为重要的性质，如溶胀、溶解度等都处于最低值。

蛋白质纤维处于不同pH的介质中，纤维内部的pH与纤维外部溶液的pH是不同的，也就是H＋或OH-在纤维内外的分布是不均匀的，而且它们的分布情况还会受到电解质浓度的影响。

蛋白质纤维在pH低于等电点的酸性介质中，纤维内部的pH总是高于纤维外部溶液的pH。若体系中酸的浓度很高或有大量盐存在时，纤维内外的pH将趋于一致。

在pH高于等电点的碱性介质中，蛋白质纤维内部的pH总是低于外部溶液的pH。同样，若体系中碱的浓度很高或有大量盐存在时，纤维内外的pH将趋于一致。

这种现象在研究蚕丝在碱性溶液中的脱胶时有重要意义。由于无盐存在时，纤维外部的pH大于纤维内部的pH，所以在pH较高的精练液中，丝纤维内部的碱度总比精练液中的低，从而保护了丝素免遭碱的损伤。加入少量的中性盐，可使纤维内的pH增高，对提高精练效果有利，但纤维内pH过高，丝素损伤将加重。