在某些物理和化学因素作用下,蛋白质特定的空间结构被破坏,即有序的空间结构变成无序的空间结构,导致其理化性质改变,如溶解度降低、黏度增加、结晶能力消失、易被蛋白酶水解、生物学活性丧失,称为蛋白质变性(denaturation)。蛋白质变性时主要发生非共价键和二硫键的破坏,常不涉及一级结构中氨基酸序列的改变。常见的蛋白质变性因素有加热、乙醇等有机溶剂,以及强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等。在临床工作中,变性因素常被应用来消毒及灭菌。防止蛋白质变性是有效保存生物制品(如疫苗、血浆蛋白、胰岛素针剂等)活性的必要条件。
蛋白质变性后,疏水侧链暴露在外,肽链相互缠绕进而聚集,从溶液中析出,这一现象被称为蛋白质沉淀。变性的蛋白质易于沉淀,有时蛋白质发生沉淀,但并不变性。
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(renaturation)。如图1-17所示,在核糖核酸酶溶液中加入尿素和β-巯基乙醇,可解除其分子中的4对二硫键和氢键,使空间构象遭到破坏,丧失生物学活性。变性后如经透析方法去除尿素和β-巯基乙醇,并设法使巯基氧化成二硫键,核糖核酸酶又恢复其原有构象,生物学活性也几乎全部重现。如果蛋白质变性后,空间构象被严重破坏,不能复原,称为不可逆性变性。
蛋白质经强酸、强碱作用发生变性后,仍能溶解于强酸或强碱溶液中,若将pH调至等电点,则变性蛋白质立即形成絮状的不溶解物,此絮状物仍可溶解于强酸和强碱中。如再加热,则絮状物可变成比较坚固的凝块,此凝块不易再溶于强酸和强碱中,这种现象称为蛋白质的凝固作用(protein coagulation)。实际上凝固是蛋白质变性后进一步发展的不可逆的结果。
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