第三節　蛋白質的理化性質

一、蛋白質的兩性解離和等電點

蛋白質多肽鏈的兩端有游離的α-氨基和α-羧基，均是可解離的基團，還有氨基酸殘基側鏈R中的一些可解離的基團，如酸性氨基酸殘基的羧基、堿性氨基酸側鏈的氨基、胍基和咪唑基等，在一定的pH條件下都可以解離而帶負電荷或正電荷，因此蛋白質具有兩性解離的性質。這些基團在溶液中的解離狀態受溶液pH的影響。

當蛋白質溶液處于某一pH時，蛋白質分子解離成陰離子、陽離子的趨勢相等，凈電荷為零，呈兼性離子狀態，此時溶液的pH稱為該蛋白質的等電點（pI）。當溶液pH小于蛋白質等電點時，蛋白質結合H^＋，帶正電荷；當溶液pH大于蛋白質等電點時，蛋白質解離出H^＋，帶負電荷。蛋白質分子的解離狀態可用下式表示：

人體大多數蛋白質的等電點接近于pH 5.0，因此在體液pH 7.4環境下，大多數蛋白質以負離子（陰離子）形式存在。

不同的蛋白質所含酸性基團、堿性基團數目及解離度不同，等電點也各不相同，因此在同一pH環境下，所帶凈電荷的性質（正或負）及電荷量也就不同。這樣在相同電場中移動的方向、速度不同，利用這一特性，可將混合蛋白質通過電泳方法分離、純化。如以醋酸纖維素薄膜為支持物進行電泳，可將血清蛋白質分為清蛋白、α₁-球蛋白、α₂-球蛋白、β-球蛋白和γ-球蛋白五類。

二、蛋白質的膠體性質

蛋白質是高分子化合物，分子直徑可達1～100nm，為膠粒范圍，溶于水形成膠體溶液，具有膠體溶液的各種性質，如擴散速度慢、黏度大、不能透過半透膜等。

蛋白質溶液是一種比較穩定的親水膠體，蛋白質顆粒表面的同種電荷和水化膜是維持蛋白質膠體穩定的主要因素。蛋白質顆粒表面有許多親水基團（如氨基、羧基、羥基等），能吸引水分子，使蛋白質顆粒的表面形成一層水化膜，從而將蛋白質顆粒彼此隔開，阻止蛋白質分子聚集沉淀。另外，蛋白質分子在一定pH溶液中帶有同種電荷，同種電荷相互排斥也能防止蛋白質分子聚合。若去掉蛋白質表面的水化膜，消除同種電荷，蛋白質就極易從溶液中析出（圖2-9）。

蛋白質膠體顆粒不能透過半透膜。當蛋白質溶液中混雜有小分子物質時，可將此溶液放入半透膜做成的袋內，將袋置于蒸餾水或適宜緩沖液中，小分子雜質即從袋內逸出，大分子蛋白質留于袋內得以純化，這種方法稱為透析。細胞膜和毛細血管壁等都是半透膜，蛋白質等大分子不能自由透過。血漿蛋白質不能透過毛細血管，使血漿蛋白質濃度保持恒定，這對維持血漿膠體滲透壓具有重要意義。因此，臨床上可用人血清蛋白緩解失血、創傷、肝病或腎病等引起的休克、水腫；利用血液透析幫助腎衰竭患者清除體內的代謝廢物及過多的水分。

三、蛋白質的變性

（一）變性的概念

蛋白質主要通過氫鍵、鹽鍵、疏水作用等非共價鍵維系其空間結構的穩定，但在某些物理因素或化學因素作用下，其特定的空間結構被破壞，從而導致蛋白質理化性質改變和生物學活性喪失，這種現象稱為蛋白質的變性。

引起蛋白質變性的因素有多種，常見的物理因素有高溫、高壓、紫外線、X線照射、超聲波、劇烈振蕩或攪拌等；常見的化學因素有強酸、強堿、重金屬鹽、有機溶劑、尿素等。

蛋白質變性的實質是次級鍵斷裂，空間結構被破壞，不涉及一級結構的改變。

（二）變性后蛋白質特征

蛋白質變性后其理化性質及生物學活性發生改變，主要表現為溶解度降低、黏度增加、結晶能力消失、易被蛋白酶水解、生物活性喪失。

（三）變性的應用

蛋白質變性具有廣泛的應用。在臨床醫學上，蛋白質變性因素常被用于消毒滅菌、保存生物制品和臨床檢驗等。如應用乙醇、高溫高壓、紫外線照射等方法，使細菌等病原體的蛋白質變性失活，達到對皮膚、手術器械、室內空氣等進行消毒滅菌的目的；在低溫條件下保存生物制劑（如抗血清、疫苗等），就是防止蛋白質變性，從而有效保持其活性；加熱使蛋白質變性用于尿蛋白測定等。生活上，雞蛋、肉類等富含蛋白質的食物，熟食營養價值比生食高，是因為熟食中的蛋白質已變性，易被消化道的消化酶水解吸收。

大多數蛋白質變性后，不能再恢復其天然狀態，稱為不可逆變性。若蛋白質的變性程度較輕時，去除變性因素后，可自發地恢復原有的空間結構和生物學活性，稱為復性。例如核糖核酸酶在尿素、β-巰基乙醇的作用下變性，去除變性因素后，酶活性可恢復。但是許多蛋白質變性后，空間構象嚴重被破壞，不能恢復，為不可逆變性。

四、蛋白質的沉淀與凝固

（一）蛋白質的沉淀

蛋白質從溶液中析出的現象稱為蛋白質的沉淀。破壞蛋白質膠體穩定的兩個因素——同種電荷和水化膜，即可使蛋白質沉淀。常用方法如下。

1．鹽析

向蛋白質溶液中加入大量的中性鹽，使蛋白質從溶液中沉淀析出的現象稱為鹽析。常用的中性鹽有硫酸銨、硫酸鈉、氯化鈉等。一般用鹽析法沉淀的蛋白質不變性，再經透析法除去鹽分，即可得到純凈的、保持原活性的蛋白質。

2．有機溶劑沉淀法

乙醇、甲醇、丙酮等有機溶劑，在等電點時可使蛋白質沉淀。在常溫下，有機溶劑沉淀蛋白質往往引起變性，但在低溫下，蛋白質不變性。

3．重金屬鹽沉淀法

pH大于等電點時，蛋白質帶負電荷，易與帶正電的重金屬離子[如汞（Hg^2＋）、鉛（Pb^2＋）、銅（Cu^2＋）、銀（Ag^＋）等]結合成不溶性蛋白鹽而沉淀。用重金屬鹽沉淀常引起蛋白質的變性。

利用蛋白質能與重金屬鹽結合的這種性質，可搶救誤服重金屬鹽中毒的患者。給患者口服大量牛奶或雞蛋清，然后用催吐劑將結合的重金屬鹽嘔吐出來，以減少重金屬對機體的毒性。

4．生物堿試劑沉淀法

pH小于等電點時，蛋白質帶正電荷，可與某些生物堿試劑（如苦味酸、鎢酸、鞣酸、三氯乙酸等）結合生成不溶性的蛋白鹽沉淀。生物堿試劑沉淀蛋白質，一般都會引起蛋白質的變性。我國生物化學家吳憲首創的血濾液的制備方法就是利用鎢酸沉淀蛋白質除去血液樣品中所有的蛋白質。

（二）蛋白質的凝固

蛋白質經強酸、強堿變性后，仍能溶解于強酸或強堿溶液中，調節溶液的pH為pI時，變性的蛋白質形成絮狀沉淀，其仍可溶于強酸或強堿溶液中，但經加熱，絮狀物轉變成較堅固的凝塊，而不再溶于強酸或強堿，這種加熱使蛋白質變成凝塊的現象稱為蛋白質的凝固作用。凝固是蛋白質變性后進一步發展的不可逆的結果。

五、蛋白質的紫外吸收性質

蛋白質由于分子中含有色氨酸、酪氨酸，這些氨基酸中含共軛雙鍵，在280nm波長處具有特征吸收峰。蛋白質溶液在280nm的光吸收值與其濃度成正比，因此可用于蛋白質的定量測定。

★ 考點提示：蛋白質的兩性解離和等電點；蛋白質的膠體性質；蛋白質的變性及沉淀；蛋白質的紫外吸收性質