第六章化学物质与蛋白质的相互作用辩析.ppt

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。 一、蛋白质不可逆失活的化学因素 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。 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。 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。 4、变性剂 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）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。 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。 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： 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。 * * * 1、强酸和强碱 （1）脲和盐酸胍 一、蛋白质不可逆失活的化学因素 强酸和强碱 强的酸碱可 以改变蛋白 质溶液的pH 引起蛋白质 表面必需基 团的电离， 使蛋白质的 空间结构发 生变化，造 成蛋白质分 子聚集，导 致变性。 氧化剂 氧化剂甲硫 氨酸、半胱 氨酸和胱氨 酸残基。酪 氨酸侧链的 酚羟基可以 被氧化成醌 再与巯基、 氨基发生迈 克尔加成反 应形成交联 产物。 表面活性剂 变性剂 重金属离子 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