王大虎

王大虎:蛋白质的理化性质

蛋白质的主要理化性质如下:

王大虎(1)大小 蛋白质的相对分子质量一般为1×104~1×106或更高。多数蛋白质含有多个亚基,有的蛋白质是多亚基复合物的一部分。

(2)形状 蛋白质的形状有近似球状(球形)的,也有很不对称的。蛋白质溶液通过离心力作用时,或通过膜、凝胶过滤颗粒或电泳凝胶中的小孔运动时,都会受到其形状的影响。例如,考虑两种质量相同的单体蛋白质,一种是球状的,另一种是雪茄状的。在甘油梯度离心时,球状蛋白质具有较小的有效半径(斯托克斯半径),因而通过溶液沉降时,遇到的摩擦力较小。这样,它就会沉降得较快而显得比雪茄状蛋白大。反之,在大小排阻层析时,上述斯托克斯半径较小的球状蛋白质更容易扩散入凝胶过滤填料的小孔内,较迟洗脱出来,因而显得比雪茄状蛋白质要大。

(3)胶体性质 蛋白质由于分子质量大,在溶液中可以达到胶体质点的范围,从而具有布朗运动、光散射现象、不能透过半透膜以及吸附能力等胶体溶液的一般性质。另外,蛋白质水溶液因表面具有水化层和同性电荷而形成一种比较稳定的亲水胶体。

王大虎
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(4)两性解离与等电点 蛋白质在纯水溶液中和结晶状态下都可以两性离子的形式存在。蛋白质在溶液中的带电情况主要取决于溶液的pH。一般来说,含酸性氨基酸较多的酸性蛋白,等电点偏低;含碱性氨基酸较多的碱性蛋白,等电点偏高。对于变性的蛋白质,可由其酸性氨基酸与碱性氨基酸的比例来判断。对于天然蛋白质,由于其R基团不能完全暴露在外,故不易判断。人和动物体内多数蛋白质的等电点为5左右,所以在生理条件下,多以负离子形式存在。

王大虎(5)沉淀反应 蛋白质分子聚集而从溶液中析出的现象,称为蛋白质的沉淀反应。蛋白质沉淀可能是变性沉淀,也可能是未变性沉淀,这取决于沉淀的方法和条件。中性盐沉淀属于不变性沉淀反应;有机溶剂、加热、重金属盐和生物碱试剂易使蛋白质发生变性沉淀反应。

(6)紫外吸收 大部分蛋白质均含有带芳香环的苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸,这三种氨基酸在280nm附近有最大吸收,因此,大多数蛋白质在280nm附近显示强的吸收峰。

(7)颜色反应 蛋白质是由氨基酸通过肽键构成的化合物,因此,蛋白质的颜色反应实际上是其氨基酸的一些基团以及肽键等与一些试剂所产生的化学反应,并非是蛋白质的特异反应。蛋白质的颜色反应很多,常见的有双缩脲反应、酚试剂反应(酪氨酸的酚基将福林试剂还原)、茚三酮反应和考马斯亮蓝反应(染料结合法)。

蛋白质是生命活动的物质基础,也是生物体内的功能性大分子。随着分子生物学、结构生物学、基因组学等研究的不断深入,人们意识到仅靠基因组的序列分析来阐明生命活动的现象和本质是远远不够的,只有从蛋白质组学的角度来研究蛋白质,才能更好地把握生命现象和规律,揭示其本质。因此,目前的研究焦点已从基因转向蛋白质,将蛋白质作为揭示生命活动现象和分子生物学机制的重要研究对象,同时也促进了蛋白质组学和蛋白质工程研究的发展。

要研究蛋白质,首先要得到高纯度的、具有生物学活性的、相对稳定的目的蛋白质,然后才能对其性质进行研究,进而才可能大规模生产应用,以造福人类。而蛋白质在组织或细胞中一般都是以复杂的混合物的形式存在,不同类型的细胞中含有不同结构和功能的蛋白质,这就使得蛋白质的分离纯化成为一项精细而复杂的任务。因此,高效的蛋白纯化技术和手段是蛋白质研究的基础和关键之一。

王大虎生物体内的酶、多肽类激素、抗体、膜运输蛋白和X白等大多数是蛋白质,它们在催化生物体内的反应、代谢调节、免疫、物质运输和遗传控制等生理活动方面发挥着重要的作用,维持了新陈代谢的正常进行。结构决定功能,蛋白质功能的多样性表明了其结构极为复杂且组织严密。此外,蛋白质在一定的条件下会发生结构上的改变,从而引起生物体的许多功能异常或者丧失,进而引发一系列疾病。因此,研究蛋白质结构和功能之间的关系有着极其重要的生物学意义。

纯化蛋白质的目的通常是为了获得纯品蛋白质,以便深入研究蛋白质的活性位点、活性机制、空间结构、结构与功能之间的关系,所以纯化蛋白质的意义在于:

(1)研究生命本质的需要 从生物材料中分离制备蛋白质,研究其结构与功能,对于了解生命活动的规律,阐明生命现象的本质有重大意义。

(2)工业生产的需要 食品、发酵、纺织、皮革等工业需要大量高活力的酶制剂,如用淀粉酶制造葡萄糖、麦芽糖、糊精以及糖浆等。

(3)医疗的需要 许多蛋白质是安全有效的药品,如蛋白水解酶复剂作为消化药物被广泛使用尿激酶可以治疗各种血栓性疾病等。

(4)基因工程的需要 对具有生理活性的蛋白质和酶进行基因工程改造,以提高其生理活性、酶活力和蛋白质的热稳定性等,必须首先得到纯化的蛋白质,在纯品蛋白质的基础上再进行改造,如定点突变等。

 

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