对蛋白质变性中一些问题的探究

对蛋白质变性中一些问题的探究 董素英 � 马红勇 � 王笃年 (北京市十一学校 � 100039) 摘 � 要 � 蛋白质变性的主要标志是其生理活性的消失, 有时会伴有蛋白质的沉淀; 蛋白质的变 性有时是可逆的,且蛋白质变性是否可逆取决于引起变性的条件。 关键词 � 蛋白质变性 � 沉淀 � 可逆 � 盐析 � 重金属盐 1 � 问题提出 高中化学对蛋白质性质的研究,通常是讨论蛋 白质的两性、水解、盐析、变性、颜色反应及灼烧特性。 而在研究蛋白质变性时,通常采用的条件是重金属 盐、强酸、强碱、有机溶剂,观察到的现象是蛋白质沉 淀且不溶于过量的水。所以,学生长期以来一直有如 下认识: ( 1)蛋白质变性后就会沉淀, 并且, 因变性而 沉淀的蛋白不会溶于过量的水。( 2)蛋白质的变性是 不可逆的[ 1] ,所以,可以通过观察沉淀的蛋白质是否 溶于过量蒸馏水来判断蛋白质发生了盐析还是变 性。然而这种观点却可能并不客观。 2 � 变性的蛋白质未必沉淀 教材中对于蛋白质变性的定义是: 在某些外界 的物理、化学因素的影响下, 蛋白质的理化性质和 生理功能发生改变的现象 [ 1]。蛋白质变性的实质是 外界的物理、化学因素作用于蛋白质并导致蛋白质 原有的严格的、有高度规律性的空间结构受到破 坏[ 2, 3] , 从而引起蛋白质理化性质和生物活性的改 变。变性蛋白质的主要标志是生物功能的丧失[ 2] 而 非沉淀。因此, 蛋白质变性后会失去其生物活性。 另外,蛋白质变性后还可能现出理化性质的变 化,如溶解度减低[ 2]。生物学中,常通过检测蛋白质 的活性来确定蛋白质是否变性; 生物物理学中, 常 通过测定变性蛋白质(溶液)的圆二色光谱来确定 其结构,从而了解蛋白质的结构在蛋白质变性时如 何发生变化 [ 4~ 6] , 而利用此方法验证蛋白质是否变 性时,变性蛋白质通常要求不沉淀。另外, 我们也 曾经对重金属盐使蛋白质变性进行过详细研究: 高 浓度重金属盐使蛋白变性后, 变性的蛋白只在 pH 接近等电点附近时沉淀,当体系的 pH 远离蛋白等 电点后,变性沉淀的蛋白又能溶解[ 7] 。所以,蛋白质 变性后并不一定发生沉淀, 蛋白质变性后是否沉淀 还取决于体系的 pH 等因素。 因此,在�蛋白质变性因素 存在的条件下, 可 通过测定蛋白质的活性或圆二色光谱来确定蛋白 质是否变性。而仅通过蛋白质是否沉淀来判断蛋 白质是否变性所得出的结论可能并不可靠 [ 8] : 即便 在某些条件下, 甲醛不能引起蛋白质沉淀, 这也不 能说明蛋白质一定不变性, 可能在这种条件下, 蛋 白质发生变性但却没有沉淀而已。 3 � 变性条件与蛋白质变性的关系 中学化学中认为�蛋白质变性是一个不可逆过 程 。然而, 蛋白质的变性作用, 如不过于剧烈, 是 一种可逆反应[ 2]。也就是说, 有些蛋白质在一定条 件下变性,但如去除变性因素, 蛋白质仍能恢复或 部分恢复其原来的构象及功能。人们曾经对于牛 奶中的 ��乳白蛋白和 ��乳球蛋白的可逆热变性及 不可逆热变性进行了较为详尽的研究 [ 4~ 6, 9~ 11]。所 以, 蛋白质的变性是否可逆主要取决于引起变性的 条件。 教材中提到了能够使蛋白质变性的物理及化 学因素。但是需要注意的是, 这些因素并不是一定 能够使所有的蛋白质变性。例如, 在极端生物体内 发现的极端蛋白 [ 12, 13] 可以在� 很强的变性条件 下 不变性: 嗜酸、嗜碱、嗜热、嗜冷、嗜盐蛋白可以分别 在很强的酸性、碱性、极高温、极低温、高浓度盐的 条件保持生理活性。 4 � 结论 综上所述, 蛋白质的变性起因于其结构的改 变。蛋白质变性主要表现为生理活性的丧失, 而与 蛋白质是否沉淀没有必然的联系。并且,蛋白质变 性是否可逆与引起蛋白质变性的条件有关。所以, 我们认为仅仅通过蛋白质沉淀来判断蛋白质是否 发生变性并不科学。另外, 更不能不考虑蛋白质的 变性条件而笼统地说蛋白质的变性是不可逆的。 参 � 考 � 文 � 献 [ 1] � 宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书! 化学 1 (必修) . 北京:人民教育出版社, 2007: 90 [ 2] � 聂剑初等.生物化学简明.第 3版,北京:高等教育出版社, 2007: 30- 34 [ 3] � 陈光旭.有机化学 2.北京:北京师范大学出版社, 1990, 350 [ 4] � Chang J Y, Li L. J. Biol. Ch em. , 2001, 276: 9705- 9712 [ 5] � Dong S Y,M a H M, Duan X J e t al . J. Proteom e Res. , 2005, 4 ( 1) : 161- 166 [ 6] � Dong S Y, Zhao Z W, Ma H M. J. Proteom e Res. , 2006, 5( 1) : 26- 31 [ 7] � 董素英.化学教育, 2009, 30( 7) : 68- 69 [ 8] � 张晓巍.化学教育, 2008, 29( 6) : 60 [ 9] � Iamet ti S, De Gregori B, Vecchio G et a l . Eur. J. Biochem. , 1996, 237: 106- 112 [ 10] � Jayat D, Gaudin J C, C hobert J M et al . Biochemist ry, 2004, 43: 6312- 6321 [ 11] � Palazolo G, Rodr�guez F, Far ruggia B et al . J. Agric. Food� Chem. , 2000, 48: 3817- 3822 [ 12] � 苏苗赏,李昌崇,罗运春等.浙江临床医学, 2005, 7( 12) : 1247 - 1248 [ 13] � 郭德军,孙爱民,纪振杰.中国乳品工业, 2006, 34( 8) : 46- 49 !68! 化 � 学 � 教 � 育 � � � � � � � � � � � � � � 2009年第 8期