蛋白质变性的机理

蛋白质变性的机理
高中生物学必修一提到，高温、过高过低的PH都会使酶变性失活。

大多数酶是蛋白质，其实质，是使蛋白质的构象改变导致失活。

那么，蛋白质失活的机理是什么？
蛋白质的变性是指在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，从而导致其理化性质的改变和生物活性的丧失。

蛋白质的变性不涉及一级结构的改变，蛋白质变性后，其溶解度降低、黏度增加，生物活性丧失，易被蛋白酶水解。

若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，有些蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为复性。

变性的蛋白质不一定发生沉淀，在一定条件下也可以使蛋白质不变性而沉淀，如盐析。

在蛋白质溶液中加入中性盐，可产生两种现象。

盐溶：在盐浓度很稀的范围内，随着盐浓度增加，蛋白质的溶解度也随之增加，这种现象称为盐溶。

盐溶的作用机理：蛋白质表面电荷吸附某种盐离子后，带电表层使蛋白质分子彼此排斥，而蛋白质分子与水分子间的相互作用却加强，因而使溶解度提高。

盐析：当中性盐浓度增加到一定程度时，蛋白质的溶解度明显下降并沉淀析出的现象，叫作盐析。

盐析的作用机理：大量盐的加入，使水的活度降低，使原来溶液中的大部分自由水转变为盐离子的水化水，从而降低了蛋白质极性基团与水分子间的相互作用，破坏蛋白质分子表面的水化层。

不同蛋白质盐析时所需的盐浓度不同，调节盐浓度可使混合蛋白质溶液中的几种蛋白质分段析出，这种方法称为分段盐析。

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、乙醇、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。

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，所以可以认为是一个物理变化。

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次级键，如氢键，导致天然构象的破坏，使蛋白质的生物活性丧失。

蛋白质实际上是由许多氨基酸组成的，这些氨基酸在摄入后不能直接被吸收，但需要将蛋白质水解成氨基酸。

在食品制备过程中，蛋白质变性不会降低食品中的氨基酸含量，变性后的蛋白质更容易水解，能更好地被人体吸收。

所有的蛋白质变性都不会
影响食物的营养，而是更容易被人体吸收，其营养价值也不会丧失。

例1、关于蛋白质的叙述，错误的是（）A．有些蛋白质是染色体的组成成分
B．酶在催化反应前后，其分子结构不变
C．蛋白质的变性实质是肽键受到破坏
D．蛋白质可与双缩脲试剂产生紫色反应
解析：染色体的主要成分是蛋白质和DNA，A正确；酶在催化反应前后，其分子结构不变，B正确；蛋白质的变性有多种情况，一般是形成蛋白质空间结构的键被破坏，如二硫键等，肽键受到破坏，C错误；蛋白质可与双缩脲试剂产生紫色反应，D正确。

故答案为C。

例2、已知蛋白质混合液中硫酸铵浓度的不同可以使不同种类的蛋白质析出（或沉淀），随着硫酸铵浓度增加，混合液中析出的蛋白质种类和总量增加。

下表是某蛋白质混合液中的不同蛋白质从开始析出到完全析出所需要的蛋白质混合液中的硫酸铵浓度范围。

请据表回答：
（1）若只完全析出甲蛋白，混合液中最合适的硫酸铵浓
度应为。

（2）向该蛋白质混合液中加入硫酸铵溶液（或硫酸铵），
使混合液中的硫酸铵浓度达到30%，会析出若干种蛋白质，它们分别是。

（3）通过改变混合液中的硫酸铵浓度（能、
不能）从混合液中得到所有的、不含有其他蛋白质的乙
蛋白，原因是。

（4）简要写出从该蛋白质混合液中分离出全部丁蛋白的
实验设计思路。

（5）如果蛋白质析出物中还含有一定量的硫酸铵，可用
半透膜除去析出物中的硫酸铵。

用半透膜能除去析出物
中硫酸铵的原理是。

答案：
（1）20%
（2）甲蛋白、乙蛋白、丙蛋白
（3）不能乙蛋白和丙蛋白析出所需的硫酸铵浓度范围有重叠。

（4）向该蛋白质混合液中加入硫酸铵溶液（或硫酸铵），使其浓度达到35%（或35%≤硫酸铵溶液≤38%范围内任意一个浓度），分离析出物与溶液，保留溶液。

取保留溶液，再加入硫酸铵溶液（或加入硫酸铵）,使硫酸铵在溶液中的浓度达到40%（或40%以上），分离析出物与溶液，析出物即为丁蛋白。

（5）半透膜是一种选择透过性膜，只允许小分子的硫酸铵通过，不允许大分子蛋白质通过。

解析：由图中信息可以看出，若只完全析出甲蛋白，混合液中最合适的硫酸铵浓度应为20%。

根据“随着硫酸铵浓度的增加，混合液中析出蛋白质的种类和总量也增加”及结合表格数据可知混合液中的硫酸铵浓度达到30%时，会有甲、乙蛋白的全部析出和丙蛋白的部分析出。

乙蛋白完全析出的硫酸铵浓度应为30%，但硫酸铵浓度应为30%时还有丙蛋白和甲蛋白析出，所以通过改变混合液中的硫酸铵浓度不能从混合液中得到所有的、不含有其他蛋白质的乙蛋白。

在浓度为38～40%时只有丁蛋白会析出。

（1）由表格数据分析知若只完全析出甲蛋白，混合液中
最合适的硫酸铵浓度应为20%。

（2）由“随着硫酸铵浓度的增加，混合液中析出蛋白质
的种类和总量也增加”及结合表格数据可知混合液中的
硫酸铵浓度达到30%时，会有甲、乙蛋白的全部析出和丙
蛋白的部分析出。

（3）乙蛋白完全析出的硫酸铵浓度应为30%，但硫酸铵
浓度应为30%时还有丙蛋白和甲蛋白析出，所以通过改变
混合液中的硫酸铵浓度不能从混合液中得到所有的、不
含有其他蛋白质的乙蛋白。

（4）根据表格中蛋白质混合液中的硫酸铵浓度可以看出，在浓度为38～40%时丁蛋白会析出，因此根据此浓度加入
适量硫酸铵即可。

（5）半透膜是一种选择透过性膜，只允许小分子的硫酸
铵通过，不允许大分子蛋白质通过。