蛋白质理化性质
蛋白质的理化性质
• 应用举例 ➢ 临床医学上，变性因素常被应用来消毒及 灭菌。 ➢ 此外, 防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质 制剂（如疫苗等）的必要条件。
若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素 后，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(renaturation) 。
去除尿素、 β-巯基乙醇
第二节 蛋白质的理化性质
蛋白质的理化性质
一、蛋白质的两性解离
蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，氨基酸 残基侧链中某些基团，在一定的溶液pH条件下都可解离 成带负电荷或正电荷的基团。
* 蛋白质的等电点( isoelectric point, pI)
当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成正、负 离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶 液的pH称为蛋白质的等电点。
天然状态， 有催化活性
尿素、 β-巯基乙醇
非折叠状态，无活性
* 蛋白质沉淀 在一定条件下，蛋白疏水侧链暴露在外，肽 链融会相互缠绕继而聚集，因而从溶液中析出。 变性的蛋白质易于沉淀，有时蛋白质发生沉 淀，但并不变性。 * 蛋白质的凝固作用(protein coagulation) 蛋白质变性后的絮状物加热可变成比较坚固 的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中。
R CH COOH NH2
R CH COOH +OH-
NH3+
+H+
R CH COO- +OH- R CH COO-
NH3+
+H+
NH2
pH<pI
阳离子
pH=pI
氨基酸的兼性离子
pH>pI
阴离子
二、蛋白质的胶体性质
蛋白质的理化性质和分类
• • • • •
3、蛋白质沉淀的方法： （1）盐析法 （2）有机溶剂沉淀法 （3）某些酸类沉淀法 （4）重金属盐沉淀法
（1）盐析法
• 定义：向蛋白质溶液中加入一定浓度的中 性盐，可破坏蛋白质表面的水化膜并中和 电荷，从而使蛋白质从溶液中析出的现象 称为盐析 • 一般用盐析法分离出来的蛋白质不变性， 故常用于天然蛋白质的分离 • 盐析时若将该溶液的PH调至该蛋白质的等 电点则效果更佳
二、蛋白质的分类
• (一)根据蛋白质形状 • 1.纤维状蛋白质 • 2.球状蛋白质
• (二)根据蛋白质组成成分 • 1.单纯蛋白质 • 根据来源及理化性质，可分为清蛋白、球 蛋白、谷蛋白、醇溶谷蛋白、精蛋白、组 蛋白、硬蛋白 • 2.结合蛋白质 = 蛋白质部分 + 非蛋白质部 分（辅基） • 根据辅基不同，结合蛋白可分为核蛋白、 糖蛋白、脂蛋白、色蛋白、磷蛋白、金属 蛋白
蛋白质的胶体性质
• 颗粒大小达1~100nm之间，属胶体。因此溶 于水，成为亲水胶体。 • 稳定亲水胶体的因素： 水化膜 表面电荷
不通透性：半透膜 透析原理：
透析
• 将蛋白质溶液（不纯）放入透析袋中，放 在流水中（纯水），让低分子杂质（如盐 类）透过半透膜扩散入水内，蛋白质则留 在袋中，质负离子结合成不溶 性的蛋白质盐而沉淀 • 此法常引起蛋白质变性 • 临床上可利用这性质抢救重金属盐中毒的 病人，如口服牛奶、蛋清等，然后把生成 的不溶性蛋白质盐排出体外
（三）凝固作用 加热使蛋白质变性并结成凝块，此凝块不在 溶于强酸和强碱中，这种现象称为蛋白质的 凝固作用。凝固其实是蛋白质变性后不可进 一步发展的不可逆的结果。
几种蛋白质的等电点
电泳
定义：溶液中带电粒子在电场中向电性相反 的电极移动的现象。
蛋白质的理化性质和生物学特性
第二节蛋白质的理化性质和生物学特性一、蛋白质的胶体性质蛋白质是高分子化合物，分子量一般在10kD～1000kD。
根据测定所知，如分子量为34.5kD的球状蛋白，其颗粒的直径为4.3nm。
所以，蛋白质分子颗粒的直径一般在1～100nm，在水溶液中呈胶体溶液，具有丁铎尔现象、布朗运动、不能透过半透膜、扩散速度减慢、粘度大等特征。
蛋白质分子表面含有很多亲水基团，如氨基、羧基、羟基、巯基、酰胺基等，能与水分子形成水化层，把蛋白质分子颗粒分隔开来。
此外，蛋白质在一定pH溶液中都带有相同电荷，因而使颗粒相互排斥。
水化层的外围，还可有被带相反电荷的离子所包围形成双电层，这些因素都是防止蛋白质颗粒的互相聚沉，促使蛋白质成为稳定胶体溶液的因素。
蛋白质分子不能透过生物膜的特点，在生物学上有重要意义，它能使各种蛋白质分别存在于细胞内外不同的部位，对维持细胞内外水和电解质分布的平衡、物质代谢的调节都起着非常重要的作用。
另外，利用蛋白质不能透过半透膜的特性，将含有小分子杂质的蛋白质溶液放入半透膜袋内，然后将袋浸于蒸馏水中，小分子物质由袋内移至袋外水中，蛋白质仍留在袋内，这种方法叫做透析。
透析是纯化蛋白质的方法之一。
二、蛋白质的两性性质蛋白质和氨基酸一样，均是两性电解质，在溶液中可呈阳离子、阴离子或兼性离子，这取决于溶液的pH值、蛋白质游离基团的性质与数量。
当蛋白质在某溶液中，带有等量的正电荷和负电荷时，此溶液的pH值即为该蛋白质的等电点(pI)。
当pH偏酸时，蛋白质分子带正电荷。
相反，pH偏碱，蛋白质分子带负电荷（图2-2-1）图2-2-1 蛋白质的两性电离蛋白质溶液的pH值在等电点时，蛋白质的溶解度、黏度、渗透压、膨胀性及导电能力均最小，胶体溶液呈最不稳定状态。
凡碱性氨基酸含量较多的蛋白质，等电点往往偏碱，如组蛋白和精蛋白。
反之，含酸性氨基酸较多的蛋白质如酪蛋白、胃蛋白酶等，其等电点往往偏酸。
人体内血浆蛋白质的等电点大多是pH 5.0左右。
蛋白质的理化性质
五、蛋白质的紫外吸收
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 氨基酸的在280nm 附近有最大吸收值。因此，大多数蛋白质在280nm 附近显示强的吸收。利用这个性质，可以对蛋白质进行定性鉴定。
COO- H+ P
NH3+
COOH P
Cl3CCOO-
COOH P
NH3+
NH3+¡¤- OOC CCl3
蛋白质复合盐
生化检验工作中。常用此类试剂沉淀蛋白质。
（5）热凝固沉淀蛋白质
蛋白质受热变性后，在有少量盐类存在或将pH调至等电点，则很容
易发生凝固沉淀。
原因可能由于变性蛋白质的空间结构解体，疏水基团外露，水膜破 坏，同时由于等电点破坏了带电状态等而发生絮结沉淀。
天然蛋白质分子由于受各种物理和化学因素的影响，有序的空间结构 被破坏，致使蛋白质的理化性质和生物学性质都有所改变，但并不导致蛋 白质一级结构的破坏。这种现象称为蛋白质的变性作用。变性的蛋白质叫 做变性蛋白质，变性蛋白质的分子量不变。 2、变性因素
⑴物理因素。如：加热、紫外线照射、X射线照射、超声波、高压、剧烈 摇荡、搅拌、表面起泡等。
⑵化学因素。如：强酸、强碱、脲素、重金属盐、三氯醋酸、乙醇、胍、表 面活性剂、生物碱试剂等，都可引起蛋白质的变性。
3、变性的原因 可概括如下： ⑴蛋白质分子的副键破坏，致使其空间结构发生变化。 ⑵蛋白、-NH2等与某些化学试剂发生反应。
分离提取蛋白质常用硫酸铵[（NH4）2SO4]、硫酸钠(Na2SO4)、氯化钠( NaCl)、硫酸镁(MgSO4)等中性盐来沉淀蛋白质，这种沉淀蛋白质的方法 叫盐析法。
蛋白质的理化性质教学内容
蛋白质的理化性质第四节蛋白质的理化性质一、两性离解和等电点蛋白质是由氨基酸组成的，在其分子表面带有很多可解离基团，如羧基、氨基、酚羟基、咪唑基、胍基等。
此外，在肽链两端还有游离的α-氨基和α-羧基，因此蛋白质是两性电解质，可以与酸或碱相互作用。
溶液中蛋白质的带电状况与其所处环境的pH 有关。
当溶液在某一特定的pH 条件下，蛋白质分子所带的正电荷数与负电荷数相等，即净电荷数为零，此时蛋白质分子在电场中不移动，这时溶液的pH 称为该蛋白质的等电点，此时蛋白质的溶解度最小。
由于不同蛋白质的氨基酸组成不同，所以蛋白质都有其特定的等电点，在同一pH 条件下所带净电荷数不同。
如果蛋白质中碱性氨基酸较多，则等电点偏碱，如果酸性氨基酸较多，等电点偏酸。
酸碱氨基酸比例相近的蛋白质其等电点大多为中性偏酸，约在5.0 左右。
1、两性解离蛋白质可以在酸性环境中与酸中和成盐，而游离成正离子，即蛋白质分子带正电，在电场中向阴极移动；在碱性环境中与碱中和成盐而游离成负离子，即蛋白质分子带负电，在电场中向阳极移动。
以“P”代表收集于网络，如有侵权请联系管理员删除收集于网络，如有侵权请联系管理员删除蛋白质分子，以―NH 2 和―COOH 分别代表其碱性和酸性解离基团，随pH 变化，蛋白质的解离反应可简示如下：（pH>pI ） （pH=pI ） （pH<pI ）移向阳极 不移动 移向阴极2、等电点沉淀和电泳①等电点沉淀蛋白质在等电点时，以两性离子的形式存在，其总电荷数为零，这样的蛋白质颗粒在溶液中因为没有相同电荷而相互排斥的影响，所以极易借静电引力迅速结合成较大的聚集体，因而易发生沉淀析出。
这一性质常在蛋白质分离、提纯时应用。
在等电点时，除了蛋白质的溶解度最小外，其导电性、粘度、渗透压以及膨胀性均为最小。
②电泳蛋白质颗粒在溶液中解离成带电的颗粒，在直流电场中向其所带电荷相反的电极移动。
这种大分子化合物在电场中定向移动的现象称为电蛋白质的阴离子蛋白质的阳离子蛋白质的兼性离子（等电点）NH 3+COO -P NH 3+P COOHNH 2COO-P泳。
生物化学 第7章 蛋白质理化性质及其分离纯化
蛋白质的沉淀可分为
不变性沉淀∶用于分离活性的天然蛋白质产品。 如：酶、抗体等。
变性沉淀∶用于生物制品中除去蛋白质。
变性后的蛋白质由于 疏水基团的暴露而易 于沉淀，但沉淀的蛋 白质不一定都是变性 后的蛋白质。
变性不一定沉淀，沉淀也不一定变性
使蛋白质沉淀的方法
1. 等电点沉淀 2. 盐析 3. 有机溶剂沉淀 4. 重金属盐沉淀 5. 生物碱试剂沉淀 6. 热变性沉淀
去除尿素 β-巯基乙醇
有活性
无活性
/biochemistry/gif/1.jpg
P300
四、蛋白质的沉淀
当破坏了维持蛋白质胶体稳定的水化膜和表面
电荷，蛋白质胶体失去稳定性，从溶液中析出，这 种现象称为蛋白质的沉淀（precipitation）。
应用:
（1）蛋白质分离纯化 （2）解毒 （3）临床检验 （4）低温贮存
根据蛋白质电离性质，可利用电泳的实 验方法，将蛋白质进行分离、纯化和鉴 定。
电泳（electrophosesis) 带电粒子在电场中向电性相反的电
极移动的现象。
蛋白质在等电点pH条件下，不发生电泳 现象。
电泳（electrophosesis)
二、蛋白质的胶体性质
真溶液的溶质分子的颗粒大小<1nm； 胶体溶液中溶质分子的颗粒大小在1-100nm； 蛋白质分子的相对分子量在1-100万，其颗粒大
盐析（NH4）2SO4
盐析
向蛋白质溶液中加入大量硫酸铵后蛋白质会 沉淀析出
蛋白质分子表面的疏水区域，聚集了许多水分子，高 盐浓度使水化层被破坏，暴露出的疏水区域，它们发 生相互作用而沉淀
蛋白质是两性电解质。在溶液中的带 电状况主要取决于溶液的pH值。
第三章 第二节蛋白质理化性质
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Tab. Weak acid groups of the amino acids present in proteins
α-Carboxyl
Conjugate Acid R-COOH
Conjugate Approximate pKa
R-COO-
2.1±0.5
Non-α-carboxyl (Asp,Glu)
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热变性： 50-60℃以上加热引起的蛋白质变性。 可逆、不可逆；多数为凝聚和沉淀的不可逆变性。 次级键变化。
• 酸和碱变性：酸和碱与蛋白质上的碱性或酸性氨基酸残基相互作用，
使维持蛋白质构型的分子内有利的荷电吸引力变成静电排斥作用，因 而导致结构松散。
• 蛋白质一般在pH 4-10范围内稳定（等电点附近比较稳定），超过这
生物化学性质改变：蛋白质变性后，分子结构 伸展松散，易为蛋白质水解酶所分解。
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变性蛋白质
变性的可逆性 可逆变性：除去变性因素，蛋白质空间结构
可以恢复原状。 不可逆变性：除去变性因素，蛋白质空间结
构不能恢复原状。
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4．变性的可逆性
轻度变性可逆，过度变性不可逆。
胃蛋白酶加热至80℃－90℃时，变性、 无消化蛋白质的能力，失去溶解性。如 将温度下降到37℃，就复性，又恢复溶 解性和消化蛋白质的能力。但如变性时 间加长，条件加剧，变性程度加深，就 成为不可逆变性。
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3．等电点的测定
9
4. 等离子点 等离子点是蛋白质在不含其它溶质的纯水中，蛋白质
所带净电荷为零时的溶液的pH值。等离子点是一个特 征常数。
蛋白质在纯水中的等电点为等离子点.
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（三 ）电泳
蛋白质的理化性质(一)
蛋白质的理化性质(一)关键词：蛋白质蛋白质是由氨基酸组成的大分子化合物，其理化性质一部分与氨基酸相似，如两性电离、等电点、呈色反应、成盐反应等，也有一部分又不同于氨基酸，如高分子量、胶体性、变性等。
一、蛋白质的胶体性质蛋白质分子量颇大，介于一万到百万之间，故其分子的大小已达到胶粒1～100nm范围之内。
球状蛋白质的表面多亲水基团，具有强烈地吸引水分子作用，使蛋白质分子表面常为多层水分子所包围，称水化膜，从而阻止蛋白质颗粒的相互聚集。
与低分子物质比较，蛋白质分子扩散速度慢，不易透过半透膜，粘度大，在分离提纯蛋白质过程中，我们可利用蛋白质的这一性质，将混有小分子杂质的蛋白质溶液放于半透膜制成的囊内，置于流动水或适宜的缓冲液中，小分子杂质皆易从囊中透出，保留了比较纯化的囊内蛋白质，这种方法称为透析(dialysis)。
蛋白质大分子溶液在一定溶剂中超速离心时可发生沉降。
沉降速度与向心加速度之比值即为蛋白质的沉降系数S。
校正溶剂为水，温度20℃时的沉降系数S20·w可按下式计算：式中X 为沉降界面至转轴中心的距离，W为转子角速度，W2X为向心加速度，dX/dt为沉降速度。
单位用S，即Svedberg单位，为1×1013秒，分子愈大，沉降系数愈高，故可根据沉降系数来分离和检定蛋白质。
二、蛋白质的两性电离和等电点蛋白质是由氨基酸组成的，其分子中除两端的游离氨基和羧基外，侧链中尚有一些解离基，如谷氨酸、天门冬氨酸残基中的γ和β-羧基，赖氨酸残基中的ε-氨基，精氨酸残基的胍基和组氨酸的咪唑基。
作为带电颗粒它可以在电场中移动，移动方向取决于蛋白质分子所带的电荷。
蛋白质颗粒在溶液中所带的电荷，既取决于其分子组成中碱性和酸性氨基酸的含量，又受所处溶液的pH影响。
当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质游离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子(zwitterion,净电荷为O)，此时溶液的pH值称为蛋白质的等电点(isoelectricpoint,简写pI)。
蛋白质的理化性质PPT课件
蛋白质的理化性质
一、两性性质及等电点 二、胶体性质 三、变性与复性作用 四、蛋白质的沉淀作用 五、蛋白质的颜色反应 六、蛋白质的紫外吸收性质
一、蛋白质的两性解离与等电点
蛋白质分子中氨基酸残基的侧链上存在游离的 氨基和羧基，因此蛋白质与氨基酸一样具有两 性解离性质，具有特定的等电点（pI）。 溶液pH＝pI时，蛋白质所带正负电荷相等； pH＞pI时，蛋白质带净负电荷； pH＜pI时，蛋白质带净正电荷。
2.沉淀种类：可逆与不可逆
3.沉淀方法：
沉淀后蛋白质仍能保持生物活性的沉淀方 法
沉淀后蛋白质失去生物活性的沉淀方法
四、蛋白质的沉淀作用
2.沉淀种类：可逆与不可逆 3.沉淀方法：
沉淀后蛋白质仍能保持生物活性的沉淀方 法
（1）盐析－中性盐沉淀法 （2）有机溶剂沉淀法 （3）酸沉淀法
蛋白质仍能保持生物活性的沉淀方法
等电点时特点：
（1）净电荷为零 （2）一定离子强度的缓冲液：等离子点特征常数 （3）多数蛋白质在水中等电点偏酸（较低） 碱性AA/酸性AA 胃蛋白酶 0.2 等电点 1.0
血红蛋白
细胞色素C 菊糖酶
1.7
2.9 0.34
6.7
10.7 8.2
（4）导电性、溶解度、黏度及渗透压都最小。
蛋白质分子在一定pH的溶液中可带净的负电 荷或正电荷，故可在电场中发生移动。 不同蛋白质分子所带电荷量不同，且分子大 小也不同，故在电场中的移动速度也不同，
蛋白质仍能保持生物活性的沉淀方法
（1）盐析—中性盐沉淀
常用的中性盐：硫酸铵、氯化钠、硫酸钠等。
盐析时，pH在蛋白质的等电点处效果最好。
盐析沉淀蛋白质通常不会引起蛋白质的变性。 优点 盐析应用举例
蛋白质的理化性质课件参考.ppt
精选课件
4
练习
• 下列哪种蛋白质在pH5.0的溶液 中带负电荷？
• A．pI为5.5的蛋白质 B．pI为4.0的蛋白质 C．pI为7.0的蛋白质 D．pI为5.0的蛋白质
精选课件
5
体内大多数蛋白质的等电点在pH5.0 左右，
因而在生理条件下以阴离子形式存在 。
精选课件
6
3.电泳
定义： 带电粒子在电场中向电性相反的电极移动的现象。
若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素，有些
可恢复其天然构象和生物活性,称为蛋白质的复性。
精选课件
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核糖核酸酶的变性与复性示意图
8M尿素或 β-巯基乙醇
透析
精选课件
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（五）、变性与复性
过核 程糖
核 酸 酶 的 变 性
精选课件
27
蛋白质沉淀
概念 蛋白质从溶液中析出的现象称为沉淀。
方法 盐析法、有机溶剂的沉淀、重金属盐沉淀、
蛋白质在带电场中泳动的速度和方向与其所 带电荷的性质、数量及分子的大小、形状有关。
带电荷多，分子小的泳动速度较快；反之则泳动 较慢，从而达到分离蛋白质的目的。
血清蛋白醋酸纤维素薄膜电泳可将血清蛋白
分为清蛋白、α1球蛋白、α2球蛋白、β球蛋白
、γ球蛋白。
精选课件
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精选课件
8
A：染色后显示的蛋白质区带 B：光密度扫描定量分析
精选课件
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精选课件
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精选课件
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正常
肝硬化
精选课件
12
精选课件
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二、蛋白质的胶体性 质
1.蛋白质有胶体性质
蛋白质是生物大分子，分子量在1万～10万 kD（千道尔顿）之间，分子直径在胶体颗粒 的范围（1—100nm）
第三节 蛋白质的理化性质 PPT课件
蛋白质具有稳定性。 原因：蛋白质与水亲和
蛋 白 质 亲水基团 分 子
羟基：-OH 水
溶于水 化
羧基：-COOH
膜
氨基：-NH2
稳定性增加
故蛋白质溶液具有胶体溶液的典型性 质，如
（1）稳定性 （2）丁达尔现象 （3）电泳现象 （4）布郎运动 （5）不能通过半透膜等。
3、蛋白质的沉淀作用
在适当的条件下，蛋白质能够 从溶液中沉淀出来。
作用： 蛋白质的两性解离性质使其成
为人体及动物体中的重要缓冲剂， 调节体液正常pH。
2、蛋白质具有胶体性质
• 蛋白质属于生物大分子，分子量可自1万至 100万之巨，其分子的直径可达1～100nm， 为胶粒范围之内。因此，它在水中能够形成
胶体溶液。
故蛋白质溶液具有胶体溶液的典 型性质，如
（1）稳定性 （2）丁达尔现象 （3）电泳现象 （4）布郎运动 （5）不能通过半透膜等。
蛋白质 酒精
蛋白质沉淀
高温会变性，低温不会。
3、酸类沉淀法
用硝酸 苦味酸、三氯乙酸、目酸、钨酸
蛋白质
浓硝酸
蛋白盐沉淀
蛋白质已经失去活性
应用：在临床检验中，除去血液中的干扰蛋白质
（三）重金属盐沉淀
重金属盐：Cu2+ 、Hg2+、Ag+、Pb2+
蛋白质 铜离子
蛋白盐沉淀
蛋白质已经失去活性
应用：重金属盐中毒的解毒
1、硝酸与蛋白质反应
硝酸+蛋白质
蛋白质变黄
这是蛋白质的特征反应之一。 常用来鉴别部分蛋白质。
2、双缩脲反应
尿素 + 尿素
双缩脲
双缩脲+Cu2+ 碱性 紫红色配合物
【生物知识点】简述蛋白质的理化性质
【生物知识点】简述蛋白质的理化性质1、具有两性；2、可发生水解反应；3、溶水具有胶体的性质；4、加入电解质可产生盐析作用；5、蛋白质的变性；6、颜色反应，蛋白质可以跟许多试剂发生颜色反应；7、气味反应。
两性蛋白质是由α-氨基酸通过肽键构成的高分子化合物，在蛋白质分子中存在着氨基和羧基，因此跟氨基酸相似，蛋白质也是两性物质。
水解反应蛋白质在酸、碱或酶的作用下发生水解反应，经过多肽，最后得到多种α-氨基酸。
蛋白质水解时，应找准结构中键的“断裂点”，水解时肽键部分或全部断裂。
胶体性质有些蛋白质能够溶解在水里（例如鸡蛋白能溶解在水里）形成溶液。
蛋白质的分子直径达到了胶体微粒的大小（10－9～10－7m）时，所以蛋白质具有胶体的性质。
沉淀原因：加入高浓度的中性盐、加入有机溶剂、加入重金属、加入生物碱或酸类、热变性少量的盐（如硫酸铵、硫酸钠等）能促进蛋白质的溶解。
如果向蛋白质水溶液中加入浓的无机盐溶液，可使蛋白质的溶解度降低，而从溶液中析出，这种作用叫做盐析。
这样盐析出的蛋白质仍旧可以溶解在水中，而不影响原来蛋白质的性质，因此盐析是个可逆过程。
利用这个性质，采用分段盐析方法可以分离提纯蛋白质。
变性在热、酸、碱、重金属盐、紫外线等作用下，蛋白质会发生性质上的改变而凝结起来。
这种凝结是不可逆的，不能再使它们恢复成原来的蛋白质。
蛋白质的这种变化叫做变性，蛋白质变性之后，紫外吸收，化学活性以及粘度都会上升，变得容易水解，但溶解度会下降。
蛋白质变性后，就失去了原有的可溶性，也就失去了它们生理上的作用。
因此蛋白质的变性凝固是个不可逆过程。
造成蛋白质变性的原因物理因素包括：加热、加压、搅拌、振荡、紫外线照射、X射线、超声波等。
化学因素包括：强酸、强碱、重金属盐、三氯乙酸、乙醇、丙酮等。
颜色反应例如在鸡蛋白溶液中滴入浓硝酸，则鸡蛋白溶液呈黄色。
这是由于蛋白质（含苯环结构）与浓硝酸发生了颜色反应的缘故。
还可以用双缩脲试剂对其进行检验，该试剂遇蛋白质生成紫色络合物。
蛋白质的理化性质及其分离纯化
• 复性(renaturation)：蛋白质的变性 程度较轻，去除变性因素后，又恢 复了原有的空间构象和生物活性。 • 不可逆变性 2. 沉淀 (precipitation) • 蛋白质的沉淀：蛋白质的肽链相互 聚集而从溶液中析出的现象。
+ + +
+
+ + + +---
- -
（疏水胶体）
（沉淀） 蛋白质胶体颗粒的沉淀
溶液中的稳定因素，而使之从溶
液中沉淀析出的现象。
（二）电泳（electrophoresis）
蛋白质在电场中可向其所带电荷相反的 方向移动，这种现象叫电泳。 由于不同的蛋白质带电多少、分子量大 小及分子形状不同，因此在电场中泳动 的速度就不同，从而可将蛋白质分离开 来。 应用：分离蛋白质和测分子量
多肽链AA序列分析 改进的Sanger法
1. 2. 3. 4. 5. 分析已纯化蛋白质的氨基酸残基组成。 测定多肽链的N-端与C-端的氨基酸残基。 把肽链水解成肽段，再分离纯化肽段。 测各肽段的氨基酸排列顺序。 经过组合排列对比，得出完整肽链中氨 基酸顺序。
水解肽链的方法及特征
裂解剂 胰蛋白酶 弹性蛋白酶 裂解位点 Lys、Arg（C） Ala、Gly、Ser、Val（C）
天然状态， 二硫键恢复， 而且正确配对
• 变性因素：
物理因素：加热、加压、超声波、 紫外线 化学因素：胍、脲、有机溶剂、 强酸强碱、 SDS -巯基乙醇、 重金属离子 生物碱试剂
• 蛋白质变性后的理化和生物学性质 改变： 溶解度↓ 生物活性丧失及易被蛋白酶水解 粘度↑ 结晶能力消失、 • 应用：消毒灭菌 低温保存生物制剂
• pI是蛋白质的特征性常数。
蛋白质的理化性质
蛋白质的理化性质【摘要】蛋白质是生物体内功能最为复杂的大分子，其理化性质直接影响着其功能和应用。
氨基酸的组成和序列决定了蛋白质的结构和功能，不同的氨基酸序列会导致蛋白质不同的理化性质。
分子量也会影响蛋白质的溶解性和折叠状态，从而影响其功能。
蛋白质的溶解性和聚集态受多种因素影响，包括pH、温度等。
而蛋白质的热稳定性和折叠状态直接关系到其功能的稳定性。
深入研究蛋白质的理化性质有助于了解其功能和应用，同时也为蛋白质工程和药物设计提供重要依据。
对蛋白质的理化性质进行细致研究，有助于揭示其内在机制，进而推动相关领域的发展和应用。
【关键词】蛋白质、理化性质、氨基酸、分子量、溶解性、聚集态、构象、热稳定性、折叠状态、结构、功能、应用。
1. 引言1.1 蛋白质的理化性质概述蛋白质是生物体内最重要的大分子有机化合物之一，具有多样的生物学功能。
蛋白质的理化性质涉及其组成、结构及行为特性等方面，对于揭示蛋白质在生物体内的功能和作用具有重要意义。
蛋白质的理化性质受到多种因素的影响，包括氨基酸组成和序列、分子量、溶解性、聚集态和构象以及热稳定性等。
氨基酸是构成蛋白质的基本单元，不同氨基酸的组成和排列方式决定了蛋白质的结构和功能。
蛋白质的氨基酸序列对其理化性质有重要影响，不同氨基酸的性质可以影响蛋白质的溶解性、稳定性等特性。
分子量是影响蛋白质理化性质的重要因素之一。
分子量较大的蛋白质通常具有较高的溶解性和稳定性，同时也可能对其聚集态和构象造成影响。
蛋白质的溶解性受到多种因素的影响，包括pH 值、离子强度、温度等。
溶解性的变化可能导致蛋白质结构的改变，从而影响其功能和生物学活性。
蛋白质的热稳定性与其折叠状态密切相关。
蛋白质在特定温度范围内保持特定的折叠状态，一旦超出该范围可能导致蛋白质失去功能。
研究蛋白质的热稳定性可以为其在生物学的应用提供重要参考。
蛋白质的理化性质是与其结构密切相关的，深入研究蛋白质的理化性质有助于了解其功能和应用，为生物学和药物研究提供重要参考。
蛋白质的理化性质
14.2.3 蛋白质的理化性质 Physical and Chemical Properties of Proteins讨论蛋白质的性质,一定要理解蛋白质分子的结构.蛋白质分子是具有生物活 性的大分子化合物,分子量很大.蛋白质分子具有一、二、三、四级结构，一级结构是蛋白质分子结构的基础。
蛋白质分子除主链（肽链）外，还有各种不同的侧链。
在这些侧链中，既有各种烃基，也有活泼的羧基、氨基、巯基、醇羟基和酚羟基等。
这些侧链基团有些是亲水基团；有些是疏水基团；有些是酸性基团；有些是碱性基团；有些裸露在二、三级结构外面；有些是掩蔽在二、三级结构的内部。
蛋白质分子内除主键（肽键）外，还有很多副键维持它的空间结构。
蛋白质的性质主要有如下几个方面： （1）蛋白质的两性性质和等电点。
蛋白质多肽链的N ―端有氨基，C ―端有 羧基，其侧链上也常有碱性基团和酸性基团。
因此，蛋白质和氨基酸相似，也具有两性性质和等电点。
调节溶液到某一pH 值时，蛋白质分子所带的正、负电荷相等，分子可成为两性离子，此时溶液的pH 值称为该蛋白质的等电点（pI ）。
如果溶液的pH 值在等电点的酸侧，溶液中的H +会抑制羧基电离，并有利于氨基与H +结合，因而蛋白质的净电荷为正。
如果溶液的pH 值在等电点的碱侧，OH - 有利于羧基的电离，不利于氨基与H +结合，故蛋白质的净电荷为负。
因此，蛋白质和α―氨基酸溶液相似，也存在下列平衡关系。
如用H 2N ―Pr ―COOH 表示蛋白质分子，羧基代表分子中所有的酸性基团，氨基代表所有的碱性基团，Pr 代表其它部分，则： H2N Pr COO −H 3N COO -H 3N COOH ++pH>pI 等电点（pI ）pH<pI 阴离子两性离子阳离子++ 不同的蛋白质具有不同的等电点，多数蛋白质的等电点小于7。
在动植物组织液中，pH 值一般在7―7.4之间，蛋白质大都以阴离子形式存在，并与两性离子达成平衡。
蛋白质理化性质
教案续页
教学步骤及主要内容教学过程
一、蛋白质的两性解离和等电点
当蛋白质处于某一PH溶液时，蛋白质分子上正、负电荷相等，净电荷为零，蛋白质为兼性离子，此时PH之称为该蛋白质的等电点。
含碱性氨基酸，PI高；含酸性氨基酸PI低。
二、蛋白质的高分子性质
蛋白质分子量从一万到十万。
蛋白质亲水胶体溶液的稳定是分子表面水化层和电荷层。
三、蛋白质的变性与凝固
1、蛋白质的变性
蛋白质在某些理化因素影响下，其特定空间结构破坏而导致理提出重点、难点，等电点。
举临床实例分离蛋白质
教案续页
教案续页。
蛋白质的理化性质
三级结构是指整条肽链的折叠 和盘绕方式，形成具有特定空 间构象的完整蛋白质分子。
蛋白质的高级结构决定了其生 物学活性和功能，是蛋白质发
挥生物学功能的基础。
Байду номын сангаас2
蛋白质的理化性质
溶解性
蛋白质的溶解性主要取决于其氨基酸组成和分子结构。一些氨基酸如极性氨基酸可以增加蛋白质的水溶性，而疏水性氨基酸 则会使蛋白质更难溶于水。此外，蛋白质的溶解度还受到pH值、离子强度和温度等因素的影响。
蛋白质的溶解度对其功能性质有重要影响，如形成凝胶、乳化和稳定性等。在食品加工过程中，蛋白质的溶解度决定了其在 不同条件下的行为和功能表现。
黏度
蛋白质的黏度主要取决于其分子大小、形状和浓度。蛋白质 分子在溶液中会形成网状结构，从而产生黏度。此外，蛋白 质的黏度还受到温度、pH值和离子强度等因素的影响。
03
蛋白质的分类
按功能分类
结构蛋白
主要参与细胞和组织的结构组 成，如胶原蛋白和角蛋白。
酶蛋白
具有催化生物化学反应的功能 ，如羧基酶和脱氢酶。
运输蛋白
负责运输分子和离子，如血红 蛋白和转运蛋白。
免疫蛋白
参与免疫应答，如抗体和免疫 球蛋白。
按分子量分类
低分子量蛋白质
相对分子质量较小，通常在 10,000-50,000之间，如肌红蛋 白和细胞色素C。
酶的活性受温度、pH值、激活 剂和抑制剂等多种因素影响，需 要在适宜的条件下才能发挥最佳
效果。
酶在生物体内发挥着广泛的作用， 如消化、代谢、免疫等，对于生 物的生长、发育和繁殖至关重要。
激素活性
激素活性是指蛋白质在生物体 内作为激素的能力，能够调节 生物体的代谢、生长和发育等
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杨学习
一、热力学和动力学基础
热力学
研究热现象中物质系统在平衡时的性质和建 立能量的平衡关系，以及状态发生变化时系 统与外界相互作用的学科。
动力学基础
研究作用于物体的力与物体运动的关系
世界处于永恒的运动变化之中：
地壳： 人生： 植物： 气象：
沧海桑田 生老病死 花开花落 风雨雷电
2.中间体
在蛋白质从变性态折叠成天然态的过程 中，通常要经历若干个中间的分子构象 状态，即蛋白折叠中间体，也叫做部分 折叠态。它们具通常具有部分天然蛋白 的结构，相对分子量相同，是分子构象 不同的同一种蛋白质。
熔球态 (melton globule)
熔球态是折叠的中间体，快速步骤，在折 叠途径中第一个可观测的、柔性无序的未 折叠多肽链卷折成局部有组织的球状态， 称为熔球体。 熔球体的形成的驱动力：疏水侧链的包埋
有生物活性的蛋白质而形成不溶解的包含体或
被降解。
这一“瓶颈”问题的彻底解决有待于对新生肽 链折叠更多的认识。
体外分子伴侣的实际应用
★分子伴侣GroEL相当于无活性蛋白的亲
合配基；
★利用固定化小分子伴侣对体外无活性蛋
白进行复性；
★利用人工合成分子伴侣。
2.与折叠有关的疾病(“构象 病”)
“分子病”:由于基因突变造成蛋白质分子中仅仅
2.热力学第二定律的经典表述
1.克劳修斯：不可能将热从低温物体转到 高温物体，而不引起其它的变化。
2．开尔文：不可能从单一的热源取出热使 之完全转化为功，而不发生其它的变化。
2.1热力学第二定律 之熵判据
热力学将不能做功的随机和无
序状态的能定义为熵，以S表 示
宇宙或系统的各种过程总向着 熵增大的方向进行
守恒定律
宇宙的能量是一个常数，
能量可以不断被转化和
转移，但不可能被创造， 也不可能被消灭
热力学第二定律
人们曾试图用热力学第一定律所建立的状态 函数判断：在一定的条件下，一化学变化或物 理变化能否自发的进行？进行到何种程度？
其中比较著名的是汤姆逊—塞罗规则：
在没有外来能量的干预下，一切化学变化都是朝着放出能量最多的方向 进行。即，凡放热反应能自动进行，而吸热反应均不能自动进行。
折叠机制的理论模型
2.疏水塌缩模型（Hydrophobic Collapse Model）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
在疏水塌缩模型中，疏水作用力被 认为是在蛋白质折叠过程中起决定性 作用的力的因素。在形成任何二级结 构和三级结构之前首先发生很快的非 特异性的疏水塌缩。——疏水内核包 埋
折叠机制的理论模型
3.扩散-碰撞-粘合机制 （Diffusion-Collision-Adhesion
帕金森氏症（Parkinson disease）
折叠机制的理论模型
5.拼版模型（Jig-Saw Puzzle Model） 此模型的中心思想就是多肽链可以沿多条不同的途径进行折叠, 在沿每条途 径折叠的过程中都是天然结构越来越多, 最终都能形成天然构象, 而且沿每条 途径的折叠速度都较快, 与单一途径折叠方式相比, 多肽链速度较快, 另一方面, 外界生理生化环境的微小变化或突变等因素可能会给单一折叠途径造成较大的 影响，而对具有多条途径的折叠方式而言, 这些变化可能给某条折叠途径带来
万事万物变化的规律是什么？
一切自然界的过程是有方向性的。 如： 热的传递：总是从高温物体自动传向低 温物体，直至平衡（即温度均一）。
气体的流动：从高压处自动流向低压处， 直至各处压强相等。
电流：总是从高电势自发的流向低电势处， 直至各处的电势相等，等等。
1.热力学第一定律
热力学第一定律即能量
未折叠的状态包含很多具有 不同构象的分子。
疏水作用是熵驱动的自发过程
当疏水化合物或基团进入水中，它周围的水分子 将排列成刚性的有序结构，即形成所谓笼形结构， 最常见的就是五角形十二面体笼形结构，这种结 构比冰更为有序。 但当疏水作用发生时，笼型结构被破坏，这部分 水分子被排入自由水中，使得体系的混乱度增加， 即熵值增加。 同时，疏水基团的聚集是有序化的过程，熵值减 少，但其变化值不大，一般对蛋白质折叠不起主 要作用。
一个氨基酸残基的变化就引起疾病的情况，如地 中海镰刀状红血球贫血症 “折叠病”:蛋白质分子的氨基酸序列没有改变， 只是其结构或者说构象有所改变引起的疾病。
由于蛋白质折叠异常而造成分子聚集甚至沉淀或
不能正常转运到位
常见“折叠病”
老年性痴呆症(Alzheimer syndrome)
病人脑中充满了由错误折叠蛋白形成的杂乱的蛋白质 簇。主要分为两类：含有沉淀样β 蛋白（A β ）的沉淀 样斑，tau蛋白引起的神经细胞内自损伤。 主要是由于蛋白质的错误折叠，病人随意运动的控制 能力逐渐丧失，因为能产生多巴胺的神经细胞逐步被 破坏，其原因和发生机制尚不清楚。 抑癌基因突变造成抑癌基因编码的蛋白质稳定性改变 引起的一些癌症的发生。p53稳定性的降低导致癌症的 发生。
折叠态蛋白质与伸展态相比,是一种高度有序化 的结构, 因此ΔS链是负数, 则-TΔS链为正值。 ΔH链对疏水侧链为正值,从而有利于伸展态。
ΔH溶剂对疏水侧链是负值,有利于折叠态。这是因为蛋白质处于 折叠态时,许多水分子之间的相互作用将代替水分子和疏水侧链的 相互作用。 ΔH链与ΔH溶剂值都不大,一般对折叠不起主要作用。 蛋白质折叠过程中会打破水的有序化,则ΔS溶剂为较大的正值,因 而有利于折叠态。
疏水作用是熵驱动的自发过程
疏水作用是多肽链折叠的主要驱动力，疏水 作用的主要动力来自于蛋白质溶液体系的 熵值的增加。
2.吉布斯自由能判据和蛋白质折叠
ΔG= ΔH- TΔS
吉布斯自由能变化应同时考虑多肽链和溶剂两 者对体系焓值变化和熵值变化的贡献
ΔG总=ΔH链+ΔH溶剂- TΔS链- TΔS溶剂
不仅仅受“热力学”控制，也受到“动力学” 的控制。
快过程 毫秒内 二级结构 疏水塌缩 一级结构
慢过程，从100 ms到几 分钟，几小时不等。 前熔球态 高度有序的熔球态 天然态
疏水塌缩、氢键的形成 和二级结构单元的堆积
在折叠过程中脯氨酰从非天然的反式构象向天然 态的顺式构象转变的慢异构化过程导致了折叠的 慢相反应
1.The Levinthal Paradox
当蛋白折叠是构象搜索时，将会有太多的构象需 要尝试。 仅仅考虑蛋白的主链，每个残基在未折叠时假设 只有3个构象，对一个有100AA的多肽来说将有 3100 构象。 如果构象搜索的速度是 1012 构象/s，需要5 x 1035 s (1.6 x 1028 y) 蛋白质折叠不是随机的，而是有捷径的。
Model）
该模型认为蛋白质的折叠起始于伸展肽链上的几个位点，在这 些位点上生成不稳定的二级结构单元或者疏水簇，主要依靠局部 序列的近程或中程（3-4个残基）相互作用来维系。它们以非特异 性布朗运动的方式扩散、碰撞、相互黏附，导致大的结构生成并 因此而增加了稳定性。进一步的碰撞形成具有疏水核心和二级结 构的类熔球态中间体的球状结构。球形中间体调整为致密的、无 活性的类似天然结构的高度有序熔球态结构。最后无活性的高度 有序熔球态转变为完整的有活力的天然态。
折叠机制的理论模型
4.成核-凝聚-生长模型（Nuclear-Condensation-Growth Model） 根据这种模型，肽链中的某一区域可以形成“折叠晶核”，以 它们为核心，整个肽链继续折叠进而获得天然构象。所谓“晶核” 实际上是由一些特殊的氨基酸残基形成的类似于天然态相互作用的 网络结构，这些残基间不是以非特异的疏水作用维系的，而是由特 异的相互作用使这些残基形成了紧密堆积。晶核的形成是折叠起始 阶段限速步骤。
分子伴侣和折叠酶帮助越过能障
折叠能量“地貌”原理图
未折叠的蛋白具有高的构
象熵和高的能量。
折叠过程中漏斗变窄表示 构象的种类下降。
两边的低洼处表示半稳定
的中间体，这些中间体可
以减慢折叠过程。
底部表示所有的中间体都 到达了天然结构。
有人提出
若某一多肽链具有2种低能量状态：一种 是天然构象，一种是非天然构象，而且 处于这2种能量状态的多肽链的相互转变 由于要克服较高的能垒而难以实现，那 么在蛋白折叠过程中会有2种途径相互竞 争，一种是正确折叠成天然构象的途径， 另一种是错误折叠成稳定的非天然构象 途径。
影响, 但不会影响另外的折叠途径, 因而不会从总体上干扰多肽链的折叠, 除非
这些因素造成的变化太大以致于从根本上影响多肽链的折叠。
五、蛋白质折叠研究意义
生物工程应用
认识与折叠有关的疾病
蛋白质分子设计
。。。。。。
目前生物制药大多采用大肠杆菌作为宿主细胞
效率高、产量大 周期短、成本低 工艺稳定、质量可控
缺点是易形成包含体
大肠杆菌表达的重组蛋白易形成包含体
• 高效表达的目的蛋白
在大肠杆菌内形成大
• 因无法有效的解决复
性问题，在美国每年 造成的经济损失就达 几十亿美元
包含体电镜图
量无活性包含体。
1、生物工程应用
“瓶颈”问题：在简单的微生物细胞内引入异体
DNA后所合成的多肽链往往不能正确折叠成为
对于典型的蛋白质来说,对折叠结构的稳定性做出单项最大贡献的 是疏水残基引起的ΔS溶剂。
在不同类型的蛋白质中,总熵变化和总焓变化所做的贡献是不同的, 但结果一样,蛋白质折叠结构是生理条件下自由能最低的构象。因 此,从吉布斯自由能的变化值来考虑,多肽链的折叠是热力学中的 自发过程