【4.3.4】蛋白质的变性和复性

一、蛋白质变性

蛋白质变性是指蛋白质受到某些理化因素的作用,其高级结构受到破坏(去折叠)、生物活性随之丧失的现象。

蛋白质变性理论最早于1931年由当时旅美的中国生化学家吴宪提出。吴宪认为,蛋白质的构象直接决定其功能,某些外界因素改变了蛋白质的独特构象,因而使其生物活性丧失,发生变性。蛋白质之所以容易发生变性,是因为维持蛋白质高级结构的作用力主要是次级键。当维系蛋白质高级结构的次级键受到严重破坏时,蛋白质必然发生变性。

蛋白质的变性与水解是不同的。蛋白质变性后一级结构没有发生任何变化,只是高级结构发生了变化,而水解则导致了肽键的断裂。

导致蛋白质变性的物理因素有:加热、冷却、机械作用、流体压力和辐射;化学因素有强酸、强碱、高浓度盐、尿素、重金属盐、疏水分子和有机溶剂(如乙醇和氯仿)。

疏水分子通过扰乱蛋白质分子内的疏水作用而导致变性。例如,长链脂肪酸的碳氢链不仅能与蛋白质疏水口袋非特异性结合,还能破坏蛋白质分子内部的疏水作用,从而抑制多种酶的活性。为了防止这种情况在细胞内发生,体内的长链脂肪酸和其他高度疏水性分子都有专门的结合蛋白与之结合。

蛋白质变性是一个复杂的过程,其中可能会出现一些不稳定的中间物。少数蛋白质的变性是可逆的,即在特定的条件下(变性因素解除以后)可以恢复到原来的构象,其生物活性也随之恢复,这就是蛋白质的复性。但大多数蛋白质的变性是不可逆的。例如,冷却一个煮熟的鸡蛋是绝对不能再让其变生的。

蛋白质变性以后,其理化性质也发生一系列的变化。这些变化可以作为检测蛋白质变性的指标。主要的变化包括:(1)溶解度降低。这是因为变性导致蛋白质内部的疏水基团外露。但变性蛋白质不一定都沉降,而沉降出的蛋白质也不一定变性。(2)黏度增加。这是因为蛋白质变性以后,肽链变得更加伸张,使长宽比提高。(3)生物活性丧失。例如酶变性后丧失催化功能。这是蛋白质变性最重要的标志。(4)更容易被水解。这是因为多肽链构象变得更为松散和伸展,肽键更容易受到酸、碱或蛋白酶的作用。胃酸除了能让微生物体内的蛋白质变性,从而杀死微生物以外,还能让食物中的蛋白质变性,以利于消化道内各种蛋白酶对蛋白质的消化。(5)结晶行为发生变化,通常是让蛋白质丧失结晶能力。

二、蛋白质的复性:

蛋白质变性是一个复杂的过程,其中可能会出现一些不稳定的中间物。少数蛋白质的变性是可逆的,即在特定的条件下(变性因素解除以后)可以恢复到原来的构象,其生物活性也随之恢复,这就是蛋白质的复性。但大多数蛋白质的变性是不可逆的,例如:冷却一个煮熟的鸡蛋是绝对不会再变生的。

参考资料

  • 南京大学 杨荣武老师 《结构生物学》课件
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