第六章化学物质与蛋白质的相互作用

1、第二节第二节 化学物质对蛋白质的稳定作用化学物质对蛋白质的稳定作用 f许多蛋白质在一般缓冲溶液中的稳定性相当低，许多蛋白质在一般缓冲溶液中的稳定性相当低，某些酶蛋白溶液在某些酶蛋白溶液在37C37C 放置的半衰期仅几个小时。放置的半衰期仅几个小时。f这种稳定性降低的原因常常是某些物理或化学因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。为蛋白质的变性。 一、蛋白质不可逆失活的化学因素一、蛋白质不可逆失活的化学

2、因素f强的无机酸碱及有机酸碱都可以改变蛋白质溶液的强的无机酸碱及有机酸碱都可以改变蛋白质溶液的pHpH，引起蛋白质表面必需基团的电离，由于各氨基酸残基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。较大变化，造成蛋白质分子聚集，导致不可逆失活。f另外，在强酸、强碱条件下，肽键也容易被水解断裂，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

3、蛋白质构象重新排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。布，结果导致蛋白质失去活性。1 1、强酸和强碱强酸和强碱2 2、氧化剂氧化剂f各种氧化剂能够氧化芳香族侧链的氨基酸以及甲硫氨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、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，半胱氨酸可以被下，半胱氨酸可以被CuCu2+2+氧化成次磺酸

4、或亚磺酸或磺氧化成次磺酸或亚磺酸或磺酸半胱氨酸。酸半胱氨酸。f分子氧、分子氧、H H2 2O O2 2以及过氧化物（如过氧甲酸）、氧自由以及过氧化物（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。用主要也是造成蛋白质失活。3 3、去污剂和表面活性剂去污剂和表面活性剂f去污剂一般分为离子型和非离子型两大类，都具有去污剂一般分

5、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，剂（如十二烷基硫酸钠，SDS SDS ）单体加入到蛋白质）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，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，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，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

6、到饱和为止，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。从而使蛋白质发生不可逆变性。4 4、变性剂变性剂f高浓度脲（高浓度脲（8-10mol/L8-10mol/L）和盐酸胍（）和盐酸胍（6 mol/L6 mol/L）常常用于蛋白质变性和复）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。持其二级结构和高级结构的氢键，引起蛋白质不可逆失活。 （1 1）脲和盐酸胍）脲和盐酸胍（2 2）有机溶剂）有机溶剂f水互溶有机溶剂可以

7、使酶、蛋白质失去活性，是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数，从而影响维持蛋白质天然构象的非共价力的平衡平衡 （3 3）螯合剂）螯合剂f结合金属离子的试剂，如结合金属离子的试剂，如EDTAEDTA等可以使金属酶、金属蛋白失等可以使金属酶、金属蛋白失活，这是因为活，这是因为EDTAEDTA与金属离子形成配位复合物，从而使酶失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。

8、去金属辅助因子造成的。f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。大改变，导致蛋白质活力不可逆的丧失。f但是，螯合剂可以螯合对蛋白质有害的金属离子，使那些不但是，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。需要金属离子的蛋白质稳定。 5 5、重金属离子和巯基试剂重金属离子和巯基试剂f在金属离子对蛋白质的沉淀作用中，一些重金属离在金属离子对蛋白质的沉淀作用中，一些重金属离子，如子，如HgHg2+2+、CdCd2+2+、PbPb2+2+能与蛋白质分子中的半胱氨能与蛋白质分子

9、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。应，使蛋白质不可逆沉淀而变性失活。f巯基试剂，如巯基乙醇等通过还原蛋白质分子内的巯基试剂，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。生变化，导致其失活。 一、一、蛋白质不可逆失活的化学因素蛋白

10、质不可逆失活的化学因素 强酸和强碱强酸和强碱 强的酸碱可强的酸碱可以改变蛋白以改变蛋白质溶液的质溶液的pHpH引起蛋白质引起蛋白质表面必需基表面必需基团的电离，团的电离，使蛋白质的使蛋白质的空间结构发空间结构发生变化，造生变化，造成蛋白质分成蛋白质分子聚集，导子聚集，导致变性。致变性。 氧化剂氧化剂 氧化剂甲硫氧化剂甲硫氨酸、半胱氨酸、半胱氨酸和胱氨氨酸和胱氨酸残基。酪酸残基。酪氨酸侧链的氨酸侧链的酚羟基可以酚羟基可以被氧化成醌被氧化成醌再与巯基、再与巯基、氨基发生迈氨基发生迈克尔加成反克尔加成反应形成交联应形成交联产物。产物。 表面活性剂表面活性剂变性剂变性剂 重金属离子重金属离子去污剂与蛋

11、去污剂与蛋白质表面的白质表面的疏水区域结疏水区域结合，导致蛋合，导致蛋白质伸展，白质伸展，分子内部的分子内部的疏水性氨基疏水性氨基酸残基暴露酸残基暴露从而使蛋白从而使蛋白质发生不可质发生不可逆变性。逆变性。 脲或盐酸胍脲或盐酸胍与蛋白质多与蛋白质多肽链作用，肽链作用，破坏了蛋白破坏了蛋白质分子内维质分子内维持其二级结持其二级结构和高级结构和高级结构的氢键。构的氢键。有机溶剂也有机溶剂也会会引起蛋白引起蛋白质变性失活质变性失活HgHg2+2+、CdCd2+2+、PbPb2+2+能与蛋能与蛋白质分子中白质分子中的半胱氨酸的半胱氨酸的巯基、组的巯基、组氨酸的咪唑氨酸的咪唑基以及色氨基以及色氨酸的吲哚

12、基酸的吲哚基反应，使蛋反应，使蛋白质不可逆白质不可逆沉淀而变性沉淀而变性失活。失活。 化学物质对蛋白质的稳定作用化学物质对蛋白质的稳定作用三、化学物质对蛋白质的稳定作用三、化学物质对蛋白质的稳定作用 f蛋白质的稳定性是指蛋白质抵抗各种因素的影响，保持其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。白质在体外的应用。f通过研究蛋白质的变性及稳定性，可以了解蛋白质的结构通过研究蛋

13、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。功能与稳定性的关系等。 f在蛋白质（酶）分离、纯化、储藏和应用中，可在蛋白质（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通过化学方法使蛋白质稳定。其中常用的方法有以下几种：以下几种：f固定化：将酶或蛋白质多点连接于载体上（无机固定化：将酶或蛋白质多点连接于载体上（无机载体、高分子载体）；载体、高分子载体）；f添加剂：保护蛋白质（酶）不受氧化剂氧化、不添加剂：保护蛋白质（酶）不受氧化剂氧化、不受变性剂变性等受变性剂变性等f化学修饰：共价交联，使蛋白质构象固化。化学修饰：共价交联，使蛋白质构象固化。 稳定剂稳定剂共溶剂共溶剂 糖类，醇糖类，醇氨基酸及氨基酸及其衍生物其衍生物无机盐，无机盐，甘油，聚甘油，聚乙二醇等乙二醇等常用常用1-4M1-4M浓度共溶浓度共溶剂来稳定剂来稳定蛋白质和蛋白质和细胞器。细胞器。抗氧化剂抗氧化剂 底物、辅酶底物、辅酶金属离子金属离子 化学交联剂化学交联剂半胱氨酸，半胱氨酸，2-2-巯基乙醇巯基乙醇还原谷胱甘还原谷胱甘肽，二巯基肽，二巯基赤藓醇等巯赤藓醇等巯基试剂可防基试剂可防止巯基氧化止巯基氧化植物抗氧化植物抗氧化剂如儿茶酚剂如儿茶酚黄酮等也具黄酮等也具有保护作用有保护作用酶可被底酶可被底物辅酶、物辅酶、竞争性抑竞争性抑制剂及反制剂及反应产物等应产物等所稳