蛋白质和氨基酸性质

实验一蛋白质与氨基酸的理化性质实验一、实验目的1.了解蛋白质和某些氨基酸的颜色反应原理。2.学习几种常用的鉴定蛋白质和氨基酸的方法。3.学习蛋白质等电点的测定。二、蛋白质的盐析与变性1.原理在水溶液中的蛋白质分子由于表面生成水化层和双电层而成为稳定的亲水胶体颗粒，在一定的理化因素影响下，蛋白质颗粒可因失去电荷和脱水破坏水化层和双电层而沉淀。蛋白质的沉淀反应分为可逆反应和不可逆反应两类。（1）可逆的沉淀反应此时蛋白质分子的结构尚未发生显著变化，除去引起沉淀的因素后，沉淀的蛋白质仍能重新溶解于溶剂中，并保持其天然性质而不变性。如大多数蛋白质的盐析作用或在低温下用乙醇（或丙酮）短时间作用与蛋白质。提纯蛋白质时，常利用此类反应分离蛋白质。（2）不可逆的沉淀反应此时蛋白质分子内部结构发生重大变化，蛋白质常因变性而发生沉淀现象，沉淀后的蛋白质不再复溶于同类的溶剂中，加热引起的蛋白质沉淀与凝固、蛋白质与重金属离子或某些有机酸的反应都属于此类反应。有时蛋白质变性后，由于维持溶液稳定的条件仍然存在（如电荷层），蛋白质并不絮凝析出。因此变性后的蛋白质并不一定都表现出沉淀现象。反之沉淀的蛋白质也未必都已变性。2.试剂与材料（1）蛋白质溶液[5%卵清蛋白溶液或鸡蛋清的水溶液500ml(新鲜鸡蛋清：水=1：9)]（2）pH4.7乙酸-醋酸钠的缓冲溶液100ml（3）3%硝酸银溶液10ml（4）5%三氯乙酸溶液50ml（5）95%乙醇250ml（6）饱和硫酸铵溶液250ml（7）硫酸铵结晶粉末1000g（8）0.1mol/L盐酸溶液300ml（9）0.1mol/L氢氧化钠溶液100ml（10）0.05mol/L碳酸钠溶液100ml(11)0.1mol/L乙酸溶液100ml（12）2%氯化钡溶液150ml3.实验步骤（1）蛋白质的盐析加入无机盐（硫酸铵、硫酸钠、氯化钠等）的浓溶液后，蛋白质水溶液溶解度发生变化，过饱和的蛋白质会发生絮凝沉淀，这种加入盐溶液或固体盐能析出蛋白质的现象称为盐析。加入的盐浓度不同，析出的蛋白质现象也不同，人们常用逐步提高蛋白质溶液中盐浓度的方法，使蛋白质分批沉淀，此类盐析方法称为分段盐析。例如，球蛋白可在半饱和硫酸铵溶液中析出，而清蛋白则在饱和硫酸铵溶液中才能析出。通过盐析来制备的蛋白质沉淀物，当加水稀释降低盐类浓度时，它又能再溶解，故蛋白质的盐析作用是一种可逆沉淀过程。加5%卵清蛋白溶液5ml于试管中，再加等量的饱和硫酸铵溶液，搅拌均匀后静置数分钟则析出球蛋白的沉淀。倒出少量沉淀物，加少量水，观察是否溶解，试解释实验现象。将试管内沉淀物过滤，向滤液中逐渐添加硫酸铵粉末，并慢速搅拌直到硫酸铵粉末不再溶解为止（饱和状态），此时析出的沉淀为清蛋白。取出部分清蛋白沉淀物，加少量蒸馏水，观察沉淀的再溶解现象。（2）重金属离子沉淀蛋白质重金属离子与蛋白质结合成不溶于水的复合物。取1支试管，加入蛋白质溶液2ml，再加3%硝酸银溶液1～2滴，震荡试管，观察是否有沉淀产生。放置片刻，倾去上层清液，加入少量的蒸馏水，观察沉淀是否溶解。（3）某些有机酸沉淀蛋白质取1支试管,加入蛋白质溶液2ml，再加入1ml5%三氯乙酸溶液，振荡试管，观察沉淀的生成。放置片刻，倾出上清液，加入少量蒸馏水，观察沉淀是否溶解。（4）有机溶剂沉淀蛋白质取1支试管，加入2ml蛋白质溶液，再加入2ml95%乙醇。混匀，观察沉淀的产生。加入少量的蒸馏水，观察沉淀是否溶解。三、蛋白质的颜色反应1.双缩脲反应（1）原理尿素加热至180℃左右，生成双缩脲并放出一份子氨。双缩脲在碱性环境下能与Cu2+结合生成紫红色化合物，此反应称为双缩脲反应。因蛋白质分子中有许多肽键，也能发生此反应。双缩脲反应可用于蛋白质的定性或定量测定。（2）试剂尿素、10%氢氧化钠溶液、1%硫酸铜溶液、2%卵清蛋白溶液。（3）实验步骤取少量尿素结晶，放在干燥试管中。用微火加热使尿素溶化。溶化的尿素开始硬化时，停止加热，尿素放出氨，形成双缩脲。冷后，加10%氢氧化钠溶液约1ml，震荡混匀，再加1%硫酸铜溶液1滴，再震荡。观察出现的粉红颜色。要避免添加过量硫酸铜，否则，生成的蓝色氢氧化铜能掩盖粉红色。向另一试管加卵清蛋白溶液约1ml和10%氢氧化钠溶液约2ml，摇匀，再加1%硫酸铜溶液2滴，随加随摇。观察紫玫瑰色的出现。2.茚三酮反应（1）原理除脯氨酸、羟脯氨酸和茚三酮反应产生黄色物质外，所有α-氨基酸及一切蛋白质都能和茚三酮反应生成蓝紫色物质。虽然蛋白质和氨基酸均有茚三酮反应，但能与茚三酮成阳性反应的不一定就是蛋白质或氨基酸。在定性、定量测定中，应严防干扰物存在。在反应十分灵敏，1：1.5×106浓度的氨基酸水溶液即能出现该反应，这是一种常用的氨基酸定量测定方法。此反应的适宜pH为5～7，同一浓度的蛋白质或氨基酸在不同pH条件下的颜色深浅不同，酸度过大时甚至不显色。（2）试剂蛋白质溶液100ml、2%卵清蛋白或新鲜鸡蛋清溶液（蛋清：水=1：9）、0.5%甘氨酸溶液10ml、0.1%茚三酮水溶液10ml、0.1%茚三酮-乙醇溶液10ml。（3）实验步骤取2支试管分别加入蛋白质溶液和甘氨酸溶液1ml，再各加5ml0.1%茚三酮水溶液，均匀，在沸水浴中加热1～2分钟，观察颜色由粉色变紫色再变蓝。在一小块滤纸上滴1滴0.5%甘氨酸溶液，风干后，再在原处滴一滴0.1%茚三酮-乙醇溶液，在微火旁烘干显色，观察紫红色斑点的出现。3.黄色反应（1）实验原理含有苯环结构的氨基酸，如酪氨酸和色氨酸，遇硝酸后，可被硝化成黄色物质，该化合物在碱性溶液中进一步形成深橙色的硝醌酸钠。多数蛋白质分子含有带苯环的氨基酸，所以有黄色反应。苯丙氨酸不易硝化，需加入少量浓硫酸才有黄色反应。（2）试剂鸡蛋清溶液100ml（将新鲜鸡蛋的蛋清与水按1：20混匀，然后用6层纱布过滤）、大豆提取液100ml、头发、指甲、0.5%苯酚溶液50ml、浓硝酸200ml、0.3%色氨酸溶液10ml、3%酪氨酸溶液10ml、10%氢氧化钠溶液100ml。（3）实验步骤向7个试管中分别按表1加入试剂，观察各管出现的现象，有的试管反应慢可略放置或用微火加热。待各管出现黄色后，于室温下逐滴加入10%氢氧化钠溶液至碱性，观察颜色变化。表1管号材料（滴）浓硝酸/滴现象1鸡蛋清溶液（4）22大豆提取液（4）43指甲（少许）404头发（少许）4050.5苯酚（4）460.3%色氨酸（4）470.3%酪氨酸（4）4四、蛋白质等电点的测定（1）原理蛋白质是两性电解质。蛋白质分子的解离状态和解离程度受溶液的酸碱度影响。当溶液的pH达到一定数值时，蛋白质颗粒上正负电荷的数目相等，在电场中，蛋白质既不向阴极移动，也不向阳极移动，此时溶液pH成为此种蛋白质的等电点。不同蛋白质各有其特异的等电点。在等电位时，蛋白质的理化性质都有变化，可利用此种性质的变化测定各种蛋白质的等电点。最常用的方法是测其溶解度最低时溶液的pH。本实验借观察在不同pH溶液中的溶解度以测定酪蛋白的等电点。用乙酸与醋酸钠（醋酸钠混合在酪蛋白溶液中）配制成各种不同pH的缓冲溶液。向诸缓冲溶液中加入酪蛋白后，沉淀出现最多的缓冲溶液的pH即为酪蛋白的等电点。（2）器材水浴锅、温度计、200ml锥形瓶、100ml容量瓶、吸管、试管、试管架、研钵。（3）试剂0.4%酪蛋白-醋酸钠溶液200ml、1.00mol/L乙酸溶液100ml、0.10mol/L乙酸溶液100ml、0.01mol/L乙酸溶液50ml。0.4%酪蛋白-醋酸钠溶液配制方法：取0.4g酪蛋白，加少量水在研钵中仔细的研磨；将所得的蛋白质悬胶液移入锥形瓶内，用少量40～50℃的温水洗涤研钵，将洗涤液也移入锥形瓶内；加入10ml1mol/L醋酸钠溶液；把锥形瓶放到50℃水浴中，并小心地旋转锥形瓶，直到酪蛋白完全溶解为止；将锥形瓶内的溶液全部移至100ml容量瓶内，加水至刻度，塞紧玻璃塞，摇匀。（4）实验步骤①取同样规格的试管4支，按表2顺序分别精确地加入各试剂，然后混匀。表2试管号蒸馏水/ml0.01mol/L乙酸/ml0.01mol/L乙酸/ml1.0mol/L乙酸/ml18.40.628.70.338.01.047.41.6②在上表的试管中各加酪蛋白-醋酸钠溶液1ml，加一管，摇匀一管。此时1、2、3、4管的pH依次为5.9、5.3、4.7、3.5。观察其混浊度。静置10min后，再观察其混浊度。最混浊的一管的pH即为酪蛋白的等电点。五、实验思考题1.何谓蛋白质的沉淀作用？可逆沉淀与不可逆沉淀的主要区别是什么？2.茚三酮反应的条件有哪些？若实验时未得到阳性结果，其原因可能是什么？3.如果蛋白质的水解作用一直进行到双缩脲反应成阴性结果，能对此现象作何结论？4.测定蛋白质的等电点为什么应在缓冲溶液中进行？在本实验中，根据蛋白质的什么性质测定其等电点？5.蛋白质沉淀现象与无机盐沉淀有何不同？沉淀出现速度是快或是慢？