第六章化学物质与蛋白质的相互作用讲解

2、氧化剂
各种氧化剂能够氧化芳香族侧链的氨基酸以及甲硫氨 酸、半胱氨酸和胱氨酸残基。其中酪氨酸侧链的酚羟 基可以被氧化成醌，后者可以与蛋白质表面的巯基、 氨基发生迈克尔加成反应形成交联产物。在碱性条件 下，半胱氨酸可以被Cu2+氧化成次磺酸或亚磺酸或磺 酸半胱氨酸。
分子氧、H2O2以及过氧化物（如过氧甲酸）、氧自由 基等是最常见的氧化剂，在生物体内，蛋白质的氧化 失活主要是通过活性氧（羟基自由基、超氧离子、过 氧化氢、过氧化物）来完成的。这些氧化剂的杀菌作 用主要也是造成蛋白质失活。
固定化：将酶或蛋白质多点连接于载体上（无机载 体、高分子载体）；
添加剂：保护蛋白质（酶）不受氧化剂氧化、不受 变性剂变性等
化学修饰：共价交联，使蛋白质构象固化。
பைடு நூலகம்溶剂
稳定剂
抗氧化剂 底物、辅酶 金属离子 化学交联剂
糖类，醇 半胱氨酸， 氨基酸及 2-巯基乙醇 其衍生物 还原谷胱甘 无机盐， 肽，二巯基 甘油，聚 赤藓醇等巯 乙二醇等 基试剂可防 常用1-4M 止巯基氧化 浓度共溶 植物抗氧化 剂来稳定 剂如儿茶酚 蛋白质和 黄酮等也具 细胞器。 有保护作用
三、化学物质对蛋白质的稳定作用
蛋白质的稳定性是指蛋白质抵抗各种因素的影响，保持其 生物活性的能力。根据生物体内蛋白质等存在的状态，可 以利用化学物质或化学方法使蛋白质稳定化，以有利于蛋 白质在体外的应用。
通过研究蛋白质的变性及稳定性，可以了解蛋白质的结构 功能与稳定性的关系等。
在蛋白质（酶）分离、纯化、储藏和应用中，可以 通过化学方法使蛋白质稳定。其中常用的方法有以 下几种：
化学物质对蛋白质的稳定作用
一、蛋白质不可逆失活的化学因素
强酸和强碱 氧化剂 表面活性剂 变性剂 重金属离子
强的酸碱可 氧化剂甲硫 以改变蛋白 氨酸、半胱 质溶液的pH 氨酸和胱氨 引起蛋白质 酸残基。酪 表面必需基 氨酸侧链的 团的电离， 酚羟基可以 使蛋白质的 被氧化成醌 空间结构发 再与巯基、 生变化，造 氨基发生迈 成蛋白质分 克尔加成反 子聚集，导 应形成交联 致变性。 产物。
酶可被底 物辅酶、 竞争性抑 制剂及反 应产物等 所稳定。
金属离子不 仅可以影响 酶的活性， 还可以影响 酶的稳定性 如Ca2+多位 点结合使得 蛋白质分子 成为紧密的 活性形式。
交联剂可在 相隔较近的 两个氨基酸 残基之间， 或蛋白质与 其他分子之 间（如固定 化载体）发 生交联反应 使蛋白质的 构象稳定。
4、变性剂
（1）脲和盐酸胍
高浓度脲（8-10mol/L）和盐酸胍（6 mol/L）常常用于蛋白质变性和 复性研究，由于脲或盐酸胍与蛋白质多肽链作用，破坏了蛋白质分子内 维持其二级结构和高级结构的氢键，引起蛋白质不可逆失活。
（2）有机溶剂
水互溶有机溶剂可以使酶、蛋白质失去活性，是 因为有机溶剂取代了蛋白质表面的结合水，并通 过疏水作用与蛋白质结合，改变了溶液的介电常 数，从而影响维持蛋白质天然构象的非共价力的 平衡
3、去污剂和表面活性剂
去污剂一般分为离子型和非离子型两大类，都具有 长链疏水尾和亲水的极性头。当少量的阴离子去污 剂（如十二烷基硫酸钠，SDS ）单体加入到蛋白质 溶液中时，去污剂与蛋白质表面的疏水区域结合， 随着加入量增加，与蛋白质的结合位点达到饱和， 这时去污剂则以协同方式结合于蛋白质其它位点， 导致蛋白质伸展，分子内部的疏水性氨基酸残基暴 露，并进一步与去污剂结合，直到达到饱和为止， 从而使蛋白质发生不可逆变性。
一、蛋白质不可逆失活的化学因素
1、强酸和强碱
强的无机酸碱及有机酸碱都可以改变蛋白质溶液的pH， 引起蛋白质表面必需基团的电离，由于各氨基酸残基 所带电荷的相互吸引或排斥使蛋白质的空间结构发生 较大变化，造成蛋白质分子聚集，导致不可逆失活。
另外，在强酸、强碱条件下，肽键也容易被水解断裂， 天冬酰胺和谷酰胺侧链的酰胺会发生脱氨作用，改变 了原来蛋白质表面的电荷分布，使蛋白质构象重新排 布，结果导致蛋白质失去活性。
第二节 化学物质对蛋白质的稳定作用
许 多 蛋 白 质 在 一 般 缓 冲 溶 液 中 的 稳 定 性 相 当 低 ， 某些酶蛋白溶液在37C放置的半衰期仅几个小时。
这种稳定性降低的原因常常是某些物理或化学因 素破坏了维持蛋白质结构的天然状态，引起蛋白 质理化性质改变并导致其生理活性丧失，这种现 象称为蛋白质的变性。
去污剂与蛋 白质表面的 疏水区域结 合，导致蛋 白质伸展， 分子内部的 疏水性氨基 酸残基暴露 从而使蛋白 质发生不可 逆变性。
脲或盐酸胍 与蛋白质多 肽链作用， 破坏了蛋白 质分子内维 持其二级结 构和高级结 构的氢键。 有机溶剂也 会引起蛋白 质变性失活
Hg2+、Cd2+、 Pb2+能与蛋 白质分子中 的半胱氨酸 的巯基、组 氨酸的咪唑 基以及色氨 酸的吲哚基 反应，使蛋 白质不可逆 沉淀而变性 失活。
5、重金属离子和巯基试剂
在金属离子对蛋白质的沉淀作用中，一些重金属离 子，如Hg2+、Cd2+、Pb2+能与蛋白质分子中的半 胱氨酸的巯基、组氨酸的咪唑基以及色氨酸的吲哚 基反应，使蛋白质不可逆沉淀而变性失活。
巯基试剂，如巯基乙醇等通过还原蛋白质分子内的 二硫键而使蛋白质失去活性，但这个过程一般是可 逆的。而低分子量的含二硫键的试剂可与蛋白质中 的巯基作用，形成混合二硫键，造成蛋白质结构发 生变化，导致其失活。
（3）螯合剂
结合金属离子的试剂，如EDTA等可以使金属酶、金属蛋白 失活，这是因为EDTA与金属离子形成配位复合物，从而使 酶失去金属辅助因子造成的。
失去金属辅助因子的酶或蛋白质可以引起蛋白质构象发生较 大改变，导致蛋白质活力不可逆的丧失。
但是，螯合剂可以螯合对蛋白质有害的金属离子，使那些不 需要金属离子的蛋白质稳定。