蛋白质相关概念汇总

numbrg · 发表于 2014-11-19 11:35

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蛋白质相关

1. 蛋白质的电性。

氨基酸pH＜PI酸性带正电荷，pH＞PI带负电荷，pH=PI整体不带电荷，蛋白整体电性是氨基酸电性综合的结果。

20种蛋白质氨基酸在结构上的差别取决于侧链基团R的不同。通常根据R基团的化学结构或性质将20种氨基酸进行分类。

根据侧链基团的极性

1、非极性氨基酸（疏水氨基酸）8种

丙氨酸（Ala）缬氨酸（Val）亮氨酸（Leu）异亮氨酸（Ile）脯氨酸（Pro）苯丙氨酸（Phe）色氨酸（Trp）蛋氨酸（Met）

2、极性氨基酸（亲水氨基酸）：

1）极性不带电荷，7种：甘氨酸（Gly）丝氨酸（Ser）苏氨酸（Thr）半胱氨酸（Cys）酪氨酸（Tyr）天冬酰胺（Asn）谷氨酰胺（Gln）

2）极性带正电荷的氨基酸（碱性氨基酸），3种：赖氨酸（Lys，9.74），精氨酸（Arg，10.76），组氨酸（His，7.59）。

3）极性带负电荷的氨基酸（酸性氨基酸），2种：天冬氨酸（Asp，2.97），谷氨酸（Glu，3.22）。

蛋白质结构中有羧基和氨基，羧基在碱性环境中失去h离子，氨基在酸性环境中得到h离子，而当ph达到某个值时，蛋白质所带的净电荷为零，则pi>ph时，蛋白质结构中的氨基得到h离子而带正电荷，当pi<ph时，蛋白质结构中的羧基失去H离子而带负电荷。（酸性条件NH2得H变NH3+，碱性条件COOH失H变COO-）

3、含硫氨基酸共有蛋氨酸（又名甲硫氨酸）、半胱氨酸和胱氨酸三种。

2. 蛋白质等电点的性质。

在等电点时，蛋白质分子以两性离子形式存在，其分子净电荷为零(即正负电荷相等)，此时蛋白质分子颗粒在溶液中因没有相同电荷的相互排斥，分子相互之间的作用力减弱，其颗粒极易碰撞、凝聚而产生沉淀，所以蛋白质在等电点时，其溶解度最小，最易形成沉淀物。

使蛋白质溶液稳定的因素有二，即水化膜和电荷。蛋白质处于等电点时不带电荷，所以就不很稳定了，只是因为有水化膜的保护作用，所以一般不致沉淀。

蛋白质在变性的时候生物活性丧失，最明显的理化性质改变就是溶解度降低。这是因为蛋白质的空间结构被破坏，原来朝向分子内部的疏水基团趋向表面，使蛋白质的水合作用减少，分子表面构成水膜的程度下降。这也算是不稳定的一个表现。

变性程度比较轻微的，如果运气好的话可能有可能会复性，蛋白质的空间结构，尤其是结构域的空间结构有可能会随着氢离子浓度的变化而恢复。

影响蛋白质等电点最直接的因素就是它的一级结构，因为一级结构决定了有多少R基带电基团和疏水氨基酸的数量。但是在实验操作中，有很多因素可以影响蛋白质的等电点，并可以根据这个原理对蛋白质进行分离。

影响蛋白质稳定的因素：

①PH：在等电点以上或以下PH值时，蛋白质携带同种符号的静电荷相互排斥，阻止了单个分子聚集成沉淀，因此在等电点时，蛋白相对最不稳定，倾向于沉淀析出。

②盐的浓度：盐溶、盐析。

③有机溶剂：例如聚乙二醇，改变介电常数。共沉淀剂甲醇、异丙醇等。

有机溶剂能降低溶液的电解常数，从而增加蛋白质分子上不同电荷的引力，导至溶解度的降低；另外，有机溶剂与水的作用，能破坏蛋白质的水化膜，故蛋白质在一定浓度的有机溶剂中的溶解度差异而分离的方法，称有机溶剂分段沉淀法，它常用于蛋白质或酶的提纯。使用的有机溶剂多为乙醇和丙酮。高浓度有机溶剂易引起蛋白质变性失活，操作必须在低温下进行，并在加入有机溶剂时注意搅拌均匀以避免局部浓度过大。

④温度：越大分子热运动越强，越容易聚集。

numbrg · 发表于 2014-11-19 11:36

本帖最后由 numbrg 于 2014-11-19 11:37 编辑

3. 盐效应

往弱电解质的溶液中加入与弱电解质没有相同离子的强电解质时，由于溶液中离子总浓度增大，离子间相互牵制作用增强，使得弱电解质解离的阴、阳离子结合形成分子的机会减小，从而使弱电解质分子浓度减小，离子浓度相应增大，解离度增大，这种效应称为盐效应(salt effect)。当溶解度降低时为盐析效应(saltingout)；反之为盐溶效应(saltingin)。在难溶电解质溶液中加入具有不同离子的可溶性强电解质后，使难溶电解质溶解度增大的效应，也叫做盐效应。

在0.1mol/LHAc溶液中加入0.1mol/LNaCl溶液，氯化钠完全电离成Na和Cl-，使溶液中的离子总数骤增，离子之间的静电作用增强。这时Ac-和H被众多异号离子（Na和Cl-）包围，Ac-跟H结合成HAc的机会减少，使HAc的电离度增大（可从1.34%增大到1.68%），此为盐溶效应。这里必须注意：在发生同离子效应时，由于也外加了强电解质，所以也伴随有盐效应的发生，只是这时同离子效应远大于盐效应，所以可以忽略盐效应的影响。

盐析效应主要是由离子的静电作用引起的，可以简单地认为，离子和水分子（为偶极子）因静电作用而产生水化，减少了可以作为“自由”溶剂的水分子，从而降低了非电解质的溶解度。盐析效应常用来促进物质的分离，如蛋白质溶液加盐发生沉淀；脂肪水解后加食盐促使肥皂与甘油水溶液的分离等。盐析效应较少见，主要是含有大离子的盐类对较大非电解质分子的作用，此时静电力已非主导。

蛋白质的盐溶：“高中教材：在蛋白质水溶液中，加入少量的中性盐，如硫酸铵、硫酸钠、氯化钠等，会增加蛋白质分子表面的电荷，增强蛋白质分子与水分子的作用，从而使蛋白质在水中溶解度增大。”另一说法，强电离子包裹蛋白质的弱电离子，使其倾向于解离，从而增大溶解度。

蛋白质的盐析：“高中教材：向蛋白质溶液中加入高浓度的中性盐，以硫酸铵最常用，以破坏胶体性质，从而降低溶解度。原因有两点：1是破坏水化层，盐离子强电解质抢夺水化层。2是破坏电荷，解离作用强，抑制蛋白质的解离，使其带电荷减少，易聚集”。另一说法：蛋白质在水溶液中的溶解度是由蛋白质周围亲水基团与水形成水化膜的程度，以及蛋白质分子带有电荷的情况决定的。当用中性盐加入蛋白质溶液，中性盐对水分子的亲和力大于蛋白质，于是蛋白质分子周围的水化膜层减弱乃至消失。同时，中性盐加入蛋白质溶液后，由于离子强度发生改变，蛋白质表面电荷大量被中和，更加导至蛋白斥力降低，使蛋白质分子之间聚集而沉淀。加入浓酸和浓碱是不行的，苛性的环境将使蛋白质变性。

4. 水化

水分子的正、负电荷中心并不重合，是偶极子。它又有很强的的氢键作用，故水有特殊的结构。当盐类溶于水中生成电解质溶液时，离子的静电力破坏了原来的水结构，在盐离子周围形成一定的水分子层，称为水化。水溶液中离子一般均以水化离子的形式存在。

这层水分子的数目称为水化数（hydration number）。这是一种“溶剂化”过程，任何物质的溶解必定伴随有溶剂化（solvation），即溶质分子或离子通过静电作用、氢键、范氏引力、甚至配键与溶剂分子作用产生溶剂化粒子，促进了溶解过程。许多物质能溶于水，是与水有很强的水化能力分不开的。水化是静电作用的结果，与化学结合不同。有些离子能通过配键与水分子结合，形成固定的配位水，如Cu(H2O)42+，可存在于水溶液以至气态和离子晶体中，称为水合离子。

根据X射线衍射分析，液态水是微观晶体，在短程和短时间内具有与冰相似的结构，即1个中心水分子周围有4个水分子占在四面体的顶角包围着它，四面体结构是通过氢键形成的。离子溶入水中后，当水分子与离子间相互作用能大于水分子间的氢键能时，水的结构就遭到破坏，在离子周围形成水化膜。紧靠离子的第一层水分子定向地与离子牢固结合，与离子一起移动，不受温度变化的影响，这样的水化作用称原水化或化学水化。第一层以外的水分子也受到离子的吸引作用，使水的原有结构遭到败坏，但由于距离稍远，吸引较弱，与离子联系较松，这部分水化作用称二级水化或物理水化。它所包含的水分子数随温度的变化而改变，不是固定值。

离子半径小，电荷数大的离子水化数大，在它周围的水分子多，这些水分子都定向地牢固地与离子结合，失去了独立运动的能力。离子周围的第一层水分子数虽然不变，但并不是同一个水分子永久地无限期地留在离子周围，而是与外界的水分子不断地相互交换，只是保持水化数不变。离子水化作用产生两种影响，一是离子水化作用减少溶液“自由”水分子的数量，增加离子体积，因而改变电解质溶液中电解质的活度系数（使Y±增大）和电导性质。这是溶剂对溶质的影响；二是离子水化往往破坏附近水层中的正四面体结构。降低离子邻近水分子层的相对介电常数，这是溶质对溶剂的影响。