第三节　蛋白质的理化性质

一、蛋白质的两性解离和等电点

蛋白质多肽链的两端有游离的α-氨基和α-羧基，均是可解离的基团，还有氨基酸残基侧链R中的一些可解离的基团，如酸性氨基酸残基的羧基、碱性氨基酸侧链的氨基、胍基和咪唑基等，在一定的pH条件下都可以解离而带负电荷或正电荷，因此蛋白质具有两性解离的性质。这些基团在溶液中的解离状态受溶液pH的影响。

当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质分子解离成阴离子、阳离子的趋势相等，净电荷为零，呈兼性离子状态，此时溶液的pH称为该蛋白质的等电点（pI）。当溶液pH小于蛋白质等电点时，蛋白质结合H^＋，带正电荷；当溶液pH大于蛋白质等电点时，蛋白质解离出H^＋，带负电荷。蛋白质分子的解离状态可用下式表示：

人体大多数蛋白质的等电点接近于pH 5.0，因此在体液pH 7.4环境下，大多数蛋白质以负离子（阴离子）形式存在。

不同的蛋白质所含酸性基团、碱性基团数目及解离度不同，等电点也各不相同，因此在同一pH环境下，所带净电荷的性质（正或负）及电荷量也就不同。这样在相同电场中移动的方向、速度不同，利用这一特性，可将混合蛋白质通过电泳方法分离、纯化。如以醋酸纤维素薄膜为支持物进行电泳，可将血清蛋白质分为清蛋白、α₁-球蛋白、α₂-球蛋白、β-球蛋白和γ-球蛋白五类。

二、蛋白质的胶体性质

蛋白质是高分子化合物，分子直径可达1～100nm，为胶粒范围，溶于水形成胶体溶液，具有胶体溶液的各种性质，如扩散速度慢、黏度大、不能透过半透膜等。

蛋白质溶液是一种比较稳定的亲水胶体，蛋白质颗粒表面的同种电荷和水化膜是维持蛋白质胶体稳定的主要因素。蛋白质颗粒表面有许多亲水基团（如氨基、羧基、羟基等），能吸引水分子，使蛋白质颗粒的表面形成一层水化膜，从而将蛋白质颗粒彼此隔开，阻止蛋白质分子聚集沉淀。另外，蛋白质分子在一定pH溶液中带有同种电荷，同种电荷相互排斥也能防止蛋白质分子聚合。若去掉蛋白质表面的水化膜，消除同种电荷，蛋白质就极易从溶液中析出（图2-9）。

蛋白质胶体颗粒不能透过半透膜。当蛋白质溶液中混杂有小分子物质时，可将此溶液放入半透膜做成的袋内，将袋置于蒸馏水或适宜缓冲液中，小分子杂质即从袋内逸出，大分子蛋白质留于袋内得以纯化，这种方法称为透析。细胞膜和毛细血管壁等都是半透膜，蛋白质等大分子不能自由透过。血浆蛋白质不能透过毛细血管，使血浆蛋白质浓度保持恒定，这对维持血浆胶体渗透压具有重要意义。因此，临床上可用人血清蛋白缓解失血、创伤、肝病或肾病等引起的休克、水肿；利用血液透析帮助肾衰竭患者清除体内的代谢废物及过多的水分。

三、蛋白质的变性

（一）变性的概念

蛋白质主要通过氢键、盐键、疏水作用等非共价键维系其空间结构的稳定，但在某些物理因素或化学因素作用下，其特定的空间结构被破坏，从而导致蛋白质理化性质改变和生物学活性丧失，这种现象称为蛋白质的变性。

引起蛋白质变性的因素有多种，常见的物理因素有高温、高压、紫外线、X线照射、超声波、剧烈振荡或搅拌等；常见的化学因素有强酸、强碱、重金属盐、有机溶剂、尿素等。

蛋白质变性的实质是次级键断裂，空间结构被破坏，不涉及一级结构的改变。

（二）变性后蛋白质特征

蛋白质变性后其理化性质及生物学活性发生改变，主要表现为溶解度降低、黏度增加、结晶能力消失、易被蛋白酶水解、生物活性丧失。

（三）变性的应用

蛋白质变性具有广泛的应用。在临床医学上，蛋白质变性因素常被用于消毒灭菌、保存生物制品和临床检验等。如应用乙醇、高温高压、紫外线照射等方法，使细菌等病原体的蛋白质变性失活，达到对皮肤、手术器械、室内空气等进行消毒灭菌的目的；在低温条件下保存生物制剂（如抗血清、疫苗等），就是防止蛋白质变性，从而有效保持其活性；加热使蛋白质变性用于尿蛋白测定等。生活上，鸡蛋、肉类等富含蛋白质的食物，熟食营养价值比生食高，是因为熟食中的蛋白质已变性，易被消化道的消化酶水解吸收。

大多数蛋白质变性后，不能再恢复其天然状态，称为不可逆变性。若蛋白质的变性程度较轻时，去除变性因素后，可自发地恢复原有的空间结构和生物学活性，称为复性。例如核糖核酸酶在尿素、β-巯基乙醇的作用下变性，去除变性因素后，酶活性可恢复。但是许多蛋白质变性后，空间构象严重被破坏，不能恢复，为不可逆变性。

四、蛋白质的沉淀与凝固

（一）蛋白质的沉淀

蛋白质从溶液中析出的现象称为蛋白质的沉淀。破坏蛋白质胶体稳定的两个因素——同种电荷和水化膜，即可使蛋白质沉淀。常用方法如下。

1．盐析

向蛋白质溶液中加入大量的中性盐，使蛋白质从溶液中沉淀析出的现象称为盐析。常用的中性盐有硫酸铵、硫酸钠、氯化钠等。一般用盐析法沉淀的蛋白质不变性，再经透析法除去盐分，即可得到纯净的、保持原活性的蛋白质。

2．有机溶剂沉淀法

乙醇、甲醇、丙酮等有机溶剂，在等电点时可使蛋白质沉淀。在常温下，有机溶剂沉淀蛋白质往往引起变性，但在低温下，蛋白质不变性。

3．重金属盐沉淀法

pH大于等电点时，蛋白质带负电荷，易与带正电的重金属离子[如汞（Hg^2＋）、铅（Pb^2＋）、铜（Cu^2＋）、银（Ag^＋）等]结合成不溶性蛋白盐而沉淀。用重金属盐沉淀常引起蛋白质的变性。

利用蛋白质能与重金属盐结合的这种性质，可抢救误服重金属盐中毒的患者。给患者口服大量牛奶或鸡蛋清，然后用催吐剂将结合的重金属盐呕吐出来，以减少重金属对机体的毒性。

4．生物碱试剂沉淀法

pH小于等电点时，蛋白质带正电荷，可与某些生物碱试剂（如苦味酸、钨酸、鞣酸、三氯乙酸等）结合生成不溶性的蛋白盐沉淀。生物碱试剂沉淀蛋白质，一般都会引起蛋白质的变性。我国生物化学家吴宪首创的血滤液的制备方法就是利用钨酸沉淀蛋白质除去血液样品中所有的蛋白质。

（二）蛋白质的凝固

蛋白质经强酸、强碱变性后，仍能溶解于强酸或强碱溶液中，调节溶液的pH为pI时，变性的蛋白质形成絮状沉淀，其仍可溶于强酸或强碱溶液中，但经加热，絮状物转变成较坚固的凝块，而不再溶于强酸或强碱，这种加热使蛋白质变成凝块的现象称为蛋白质的凝固作用。凝固是蛋白质变性后进一步发展的不可逆的结果。

五、蛋白质的紫外吸收性质

蛋白质由于分子中含有色氨酸、酪氨酸，这些氨基酸中含共轭双键，在280nm波长处具有特征吸收峰。蛋白质溶液在280nm的光吸收值与其浓度成正比，因此可用于蛋白质的定量测定。

★ 考点提示：蛋白质的两性解离和等电点；蛋白质的胶体性质；蛋白质的变性及沉淀；蛋白质的紫外吸收性质