生物化学与分子生物学/蛋白质的理化性质

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蛋白质的结构与功能- 蛋白质的分子组成 - 蛋白质的分子结构 - 蛋白质结构与功能的关系 - 蛋白质的理化性质
蛋白质是由氨基酸组成的,故其理化性质必然与氨基酸相同或相似。例如,两性电离及等电点、紫外吸收性质、呈色反应等;但蛋白质又是生物大分子,具有氨基酸没有的理化性质。

蛋白质具有两性电离性质[编辑]

蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外,氨基酸残基侧链中某些基团,如谷氨酸、天冬氨酸残基中的γ和β-羧基,赖氨酸残基中的ε-氨基、精氨酸残基的胍基和组氨酸残基的咪唑基,在一定的溶液pH条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。当蛋白质溶液处于某一pH时,蛋白质解离成正、负离子的趋势相等,即成为兼性离子,净电荷为零,此时溶液的pH称为蛋白质的等电点(protein isoelectric point, pI)。溶液的pH大于某一蛋白质的等电点时,该蛋白质颗粒带负电荷,反之则带正电荷。
体内各种蛋白质的等电点不同,但大多数接近于pH5.0。所以在人体体液pH7.4的环境下,大多数蛋白质解离成阴离子。少数蛋白质含碱性氨基酸较多,其等电点偏于碱性,被称为碱性蛋白质,如鱼精蛋白、组蛋白等。也有少量蛋白质含酸性氨基酸较多,其等电点偏于酸性,被称为酸性蛋白质,如胃蛋白酶和丝蛋白等。

蛋白质具有胶体性质[编辑]

蛋白质属于生物大分子,分子量可自1万至100万之巨,其分子的直径可达1~l00nm, 为胶粒范围之内。蛋白质颗粒表面大多为亲水基团,可吸引水分子,使颗粒表面形成一层水化膜,从而阻断蛋白质颗粒的相互聚集,防止溶液中蛋白质沉淀析出。除水化膜是维持蛋白质胶体稳定的重要因素外,蛋白质胶粒表面可带有电荷,也可起胶粒稳定的作用。若去除蛋白质胶体颗粒表面电荷和水化膜两个稳定因素,蛋白质极易从溶液中析出。

蛋白质的变性与复性[编辑]

蛋白质的变性指在某些理化因素作用下,天然蛋白质分子的空间结构遭到破坏,因而其理化性质发生改变而导致生物活性丧失的现象。一般认为蛋白质的变性主要发生二硫键和非共价键的破坏,不涉及一级结构中氨基酸序列的改变。蛋白质变性后,其理化性质及生物学性质发生改变,如溶解度降低、黏度增加、结晶能力消失、生物学活性丧失、易被蛋白酶水解等。造成蛋白质变性的因素有多种,常见的有加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等。在临床医学领域,变性因素常被应用来消毒及灭菌。此外,为保存蛋白质制剂(如疫苗、抗体等)的有效,也必须考虑防止蛋白质变性,如采用低温贮存等。
蛋白质变性后,疏水侧链暴露在外,肽链融汇相互缠绕继而聚集,因而从溶液中析出,这一现象被称为蛋白质沉淀。变性的蛋白质易于沉淀,有时蛋白质发生沉淀,但并不变性。
若蛋白质变性程度较轻,去除变性因素后,有些蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能,称为复性(renaturation)。但许多蛋白质变性后,空间构象被严重破坏,不能复原,称为不可逆性变性。
蛋白质经强酸、强碱作用发生变性后,仍能溶解于强酸或强碱溶液中,若将pH调至等电点,则变性蛋白质立即结成絮状的不溶解物,此絮状物仍可溶解于强酸和强碱中。如再加热则絮状物可变成比较坚固的凝块,此凝块不易再溶于强酸和强碱中,这种现象称为蛋白质的凝固作用(protein coagulation)。实际上凝固是蛋白质变性后进一步发展的不可逆的结果。

蛋白质在紫外光谱区有特征性光吸收[编辑]

由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨酸和色氨酸,因此在280nm波长处有特征性吸收峰。在此波长范围内,蛋白质的A280与其浓度成正比关系,因此可进行蛋白质定量测定。

应用蛋白质呈色反应可测定溶液中蛋白质含量[编辑]

  • 茚三酮反应 氨基酸与茚三酮供热,发生紫色反应(脯氨酸与茚三酮反应生成黄色);
  • 双缩脲反应 含有多个肽键的蛋白质和肽在碱性溶液中加热可与铜离子作用生成紫红色的络合物。氨基酸不出现此反应。当蛋白质溶液中蛋白质的水解不断增多时,氨基酸浓度上升,其双缩脲呈色的深度就逐渐下降,因此双缩脲反应可检测蛋白质的水解程度;
  • 蛋白质分子中酪氨酸残基在碱性条件下能与酚试剂(磷钨酸和磷钼酸)反应生成蓝色化合物;
  • 坂口反应——精氨酸,呈红色;
  • 黄色反应——芳香族氨基酸(其中以酪氨酸最容易进行)。