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蛋白质变性

蛋白质变性(protein denaturation)是指蛋白质分子中的酰氧原子核外电子,受质子的影响,向质子移动,相邻的碳原子核外电子向氧移动,相对裸露的碳原子核,被亲核加成,使分子变大,流动性变差。

蛋白质是由多种氨基酸通过肽键构成的高分子化合物,在蛋白质分子中各氨基酸通过肽键及二硫键结合成具有一定顺序的肽链称为一级结构;蛋白质的同一多肽链中的氨基和酰基之间可以形成氢键或肽链间形成氢键,使得这一多肽链的主链具有一定的有规则构象,包括α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规卷曲等,这些称为蛋白质的二级结构;肽链在二级结构的基础上进一步盘曲折叠,形成一个完整的空间构象,称为三级结构;多条肽链通过非共价键聚集而成的空间结构称为四级结构,其中一条肽链叫一个亚基。

变性作用是蛋白质受物理或化学因素的影响,改变其分子内部结构和性质的作用。一般认为蛋白质的二级结构和三级结构有了改变或遭到破坏,都是变性的结果。能使蛋白质变性的化学方法有加强酸、强碱、重金属盐、尿素、丙酮等;能使蛋白质变性的物理方法有加热(高温)、紫外线及X射线照射、超声波、剧烈振荡或搅拌等。

蛋白质的生物活性是指蛋白质所具有的酶、激素、毒素、抗原与抗体、血红蛋白的载氧能力等生物学功能。生物活性丧失是蛋白质变性的主要特征。有时蛋白质的空间结构只要轻微变化即可引起生物活性的丧失。

蛋白质变性后理化性质发生改变,如溶解度降低而产生沉淀,因为有些原来在分子内部的疏水基团由于结构松散而暴露出来,分子的不对称性增加,因此粘度增加,扩散系数降低。

蛋白质变性后,分子结构松散,不能形成结晶,易被蛋白酶水解。蛋白质的变性作用主要是由于蛋白质分子内部的结构被破坏。天然蛋白质的空间结构是通过氢键等次级键维持的,而变性后次级键被破坏,蛋白质分子就从原来有序的卷曲的紧密结构变为无序的松散的伸展状结构(但一级结构并未改变)。所以,原来处于分子内部的疏水基团大量暴露在分子表面,而亲水基团在表面的分布则相对减少,至使蛋白质颗粒不能与水相溶而失去水膜,很容易引起分子间相互碰撞而聚集沉淀。

引起蛋白质变性的原因可分为物理和化学因素两类。

物理因素可以是加热、加压、脱水、搅拌、振荡、紫外线照射、超声波的作用等;化学因素有强酸、强碱、尿素、重金属盐、十二烷基硫酸钠(SDS)等。

重金属盐使蛋白质变性,是因为重金属阳离子可以和蛋白质中游离的羧基形成不溶性的盐,在变性过程中有化学键的断裂和生成,因此是一个化学变化。

强酸、强碱使蛋白质变性,是因为强酸、强碱可以使蛋白质中的氢键断裂。也可以和游离的氨基或羧基形成盐,在变化过程中也有化学键的断裂和生成,因此,可以看作是一个化学变化。

尿素、乙醇、丙酮等,它们可以提供自己的羟基或羰基上的氢或氧去形成氢键,从而破坏了蛋白质中原有的氢键,使蛋白质变性。但氢键不是化学键,因此在变化过程中没有化学键的断裂和生成,所以是一个物理变化。

加热、紫外线照射、剧烈振荡等物理方法使蛋白质变性,主要是破坏蛋白质分子中的氢键,在变化过程中也没有化学键的断裂和生成,没有新物质生成,因此是物理变化。否则,鸡蛋煮熟后就不是蛋白质了。而我们知道,熟鸡蛋依然有营养价值,其中的蛋白质反而更易为人体消化系统所分解吸收。

在临床医学上,变性因素常被应用于消毒及灭菌。反之,注意防止蛋白质变性就能有效地保存蛋白质制剂。蛋白质的变性很复杂,要判断变性是物理变化还是化学变化,要视具体情况而定。如果有化学键的断裂和生成就是化学变化;如果没有化学键的断裂和生成就是物理变化。

1、鸡蛋、肉类等经加温后蛋白质变性,熟后更易消化。

2、细菌、病毒加热,加酸、加重金属(汞)因蛋白质变性而灭活(灭菌、消毒)。

3、动物、昆虫标本固定保存、防腐。

4、很多毒素是蛋白质,加甲醛固定,减毒、封闭毒性碱基团作类毒素抗原,制作抗毒素。

5、用于蛋白纯化中杂蛋白的沉淀。

复性

蛋白质在受到光照、热、有机溶剂以及一些变性剂的作用时,次级键受到破坏,导致天然构象的破坏,使蛋白质的生物活性丧失。如果变性条件剧烈持久,蛋白质的变性是不可逆的。如果变性条件不剧烈,这种变性作用是可逆的,说明蛋白质分子内部结构的变化不大。这时,如果除去变性因素,在适当条件下变性蛋白质可恢复其天然构象和生物活性,这种现象称为蛋白质复性(renaturation)。例如胃蛋白酶加热至80~90℃时,失去溶解性,也无消化蛋白质的能力,如将温度再降低到37℃,则又可恢复溶解性和消化蛋白质的能力。 [1]


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