第三節 蛋白質的理化性質和分類

一、蛋白質的理化性質

（一）蛋白質的兩性電離和等電點

蛋白質分子既含有氨基、胍基、咪唑基等堿性基團，能結合H+而解離成正離子；又含有羧基等酸性基團，能釋放H+而解離成負離子，所以蛋白質是兩性電解質。蛋白質在溶液中以何種離子的形式存在，取決于分子中堿性與酸性基團數量、比例及溶液的pH值。當蛋白質溶液處于某一pH值時，蛋白質解離成正、負離子的趨勢相等，即成為兼性離子，凈電荷為零，此時溶液的pH值稱為該蛋白質的等電點（pI）。蛋白質溶液的pH值大于等電點時，該蛋白質顆粒帶負電荷，反之則帶正電荷。

不同蛋白質因其所含氨基酸種類和數量不同，其等電點也不同，含酸性氨基酸較多的蛋白質，其等電點較低，如胃蛋白酶（pI=2.75～3.0）；含堿性氨基酸較多的蛋白質，其等電點較高，如魚精蛋白（pI=12.0～12.4）。人體中大多數蛋白質的等電點在5.0左右，而體液pH=7.4，故這些蛋白質以負陰離子形式存在。

溶液中帶電粒子在電場中向電性相反的電極移動的現象稱電泳。蛋白質在高于或低于其pI的溶液中為帶電的顆粒，在電場中能向正極或負極移動。由于各種蛋白質所帶電荷數量及分子量大小不同，它們在同一電場中移動的速率不同。利用這一特性，可將混合蛋白質通過電泳方法分離、純化。

（二）蛋白質的膠體性質

蛋白質是生物大分子，其分子量很大，在1萬至百萬之間，有的可達數千萬。其分子顆粒大小已達到膠體顆粒范圍（即1～100nm），故蛋白質具有膠體性質。

蛋白質顆粒表面有很多親水基團，可吸引水分子，使顆粒表面形成一層水化膜，從而阻止蛋白質顆粒的相互聚集。在非等電點狀態下蛋白質顆粒表面帶有一定量同種電荷，由于同種電荷相斥，使顆粒相互隔開而不易沉淀，故蛋白質溶液成為穩定的膠體溶液。

蛋白質膠體的顆粒大，不能透過半透膜。利用這一特性，可將混雜有低分子物質的蛋白質溶液放于半透膜構成的透析袋內，經過透析，除去低分子雜質，以達到純化蛋白質的目的。

（三）蛋白質的變性

蛋白質在某些理化因素的作用下，其空間構象破壞，從而導致其理化性質的改變和生物活性喪失，稱為蛋白質的變性。能使蛋白質變性的物理因素有加熱、高壓、振蕩或攪拌、紫外線照射、超聲波及X射線等；化學因素有強酸、強堿、重金屬離子和尿素、乙醇、丙酮、生物堿制劑等。

蛋白質變性的實質是理化因素破壞了維持和穩定其空間構象的各種次級鍵，使其原有的特定空間構象被改變或破壞。但變性過程中，肽鍵并未斷裂、其化學組成沒有改變。有些蛋白質在變性后，去除變性因素后仍可恢復其活性，稱為可逆變性。但是大多數蛋白質變性后其空間結構破壞嚴重，不能復原，稱為不可逆變性。

蛋白質變性后溶解度降低，易發生沉淀，黏度增加，易被蛋白酶水解消化，失去原有的生物學活性，如酶失去其催化活性、激素失去其調節活性、抗體失去其生物活性、細菌蛋白失去其致病性。

在臨床上，用75%乙醇、高溫、高壓和紫外線等消毒滅菌，用熱凝法檢查尿蛋白，都是應用蛋白質變性的原理。而制備和保存酶、疫苗、免疫血清等蛋白質制劑時應選擇適當條件，以防其變性而失去活性。

（四）蛋白質的沉淀

蛋白質從溶液中析出的現象，稱為沉淀。破壞蛋白質膠體溶液的兩個穩定因素——顆粒表面的水化膜和電荷即可使蛋白質顆粒凝聚而沉淀（圖2-9）。常用的方法有以下幾種。

1．鹽析法 向蛋白質溶液中加入高濃度的中性鹽可使蛋白質沉淀稱為鹽析。常用的中性鹽有硫酸銨、硫酸鈉、亞硫酸鈉和氯化鈉等。鹽析是由于中性鹽能破壞蛋白質的水化膜，中和其所帶的電荷，從而引起沉淀。各種蛋白質的親水性及所帶電荷均有差別，因此鹽析時所需中性鹽的濃度不同。故用逐漸加大中性鹽濃度的方法，可使溶液中不同蛋白質從溶液中逐個析出，這種方法稱為分段鹽析。鹽析法一般不引起蛋白質變性，是分離純化蛋白質的常用方法之一。用鹽析法制備的蛋白質，可用透析法除去鹽分進行純化。

2．加入有機溶劑 乙醇、甲醇、丙酮等有機溶劑是脫水劑，能破壞蛋白質顆粒的水化膜，降低蛋白質電離程度使蛋白質沉淀。此法易引起蛋白質變性失去生物活性，但在低溫下進行，往往仍可保留原有活性。

3．加入某些酸類 苦味酸、鎢酸、鞣酸、三氯乙酸、磺柳酸等的酸根，可與蛋白質的正離子結合成不溶性的蛋白鹽而沉淀。沉淀的條件是pH＜pI。此法常引起蛋白質變性。臨床上常用這類方法檢查尿蛋白、制備無蛋白血濾液等。

4．加入重金屬鹽 鉛、汞、銀、銅等重金屬離子，可與蛋白質的負離子結合，生成不溶性蛋白鹽而沉淀。沉淀的條件為pH＞pI。此法易使蛋白質變性。臨床上搶救重金屬鹽中毒病人，常先給病人口服大量乳品或雞蛋清，然后再用催吐劑將重金屬沉淀物嘔出以解毒。

（五）蛋白質的紫外吸收性質及呈色反應

由于蛋白質分子中含有共軛雙鍵的酪氨酸和色氨酸殘基，它們在280nm波長處有特征性吸收峰。在此波長處，蛋白質的吸光度值與其濃度成正比關系，利用此特性可測量蛋白質的含量。

蛋白質分子能與某些試劑反應而生成有色物質。這些呈色反應常用于蛋白質的定性、定量分析。如在堿性溶液中能與銅離子作用生成紫紅色絡合物的雙縮脲反應；與茚三酮反應生成藍色化合物；在堿性條件下，與酚試劑（磷鎢酸和磷鉬酸）反應生成藍色化合物。

二、蛋白質的分類

蛋白質結構復雜，種類繁多，分類方法也較多。目前多根據其分子形狀、組成分類。

（一）按分子形狀分類

1．球狀蛋白質 分子形狀呈球狀或橢球狀。生物界多數蛋白質屬球狀蛋白，一般可溶于水，具有特異生物活性，如酶、免疫球蛋白、胰島素等。

2．纖維狀蛋白質 蛋白質分子的長短軸之比大于10，呈長纖維狀。一般難溶于水，多為結構蛋白質，如毛發中角蛋白、結締組織的膠原蛋白和彈性蛋白等。

（二）按組成分類

1．單純蛋白質 其完全水解產物僅為氨基酸，如清蛋白、球蛋白、組蛋白、精蛋白、硬蛋白和植物谷蛋白等。

2．結合蛋白質 由蛋白質部分與非蛋白質部分組成。非蛋白部分稱為輔基，根據輔基不同可分為糖蛋白、核蛋白、脂蛋白、磷蛋白、色蛋白、金屬蛋白等（表2-2）。

復習思考題

1．名詞解釋：肽鍵、蛋白質的一級結構、蛋白質的等電點、蛋白質的變性、蛋白質的沉淀。

2．蛋白質有哪些功能？為什么說蛋白質是生命的物質基礎？

3．組成蛋白質基本單位是什么？其結構特點是什么？

4．蛋白質分子結構可分為幾級？維持各級結構的作用力（或鍵）是什么？

5．哪些因素可引起蛋白質變性？變性后的蛋白質性質有哪些改變？

6．使蛋白質發生沉淀常用的方法有哪些？各有何特點？

（李長瑜）