[科普中国]-蛋白质可逆变性

简介

蛋白质的变性分为可逆和不可逆两种。

可逆的变性，指在一定条件下，蛋白质沉淀，但是空间结构不改变，当撤去变性条件后，蛋白恢复活性。例如盐析，在高浓度盐中蛋白质变性沉淀，但加入适量水使盐溶液浓度降低时，蛋白质又溶解，恢复活性。

不可逆的变性，指在一定条件下蛋白质的空间结构改变，即使撤去了变性条件，蛋白活性依然无法恢复。例如高温加热使蛋白失活后，降低温度蛋白仍然无活性。1

可逆热变性天然蛋白质溶液的变性作用以及蛋白质分子在伸展及折叠过程中肽链构象的转变是当今蛋白质溶液构象研究中的重要课题之一。天然蛋白质溶液的热变性作用通常包括分子内肤链的伸展及分子间肤链的聚合。为便于研究蛋白质分子内肤链的伸展及重折叠，就要避免因分子间肤链的聚合而导致变性蛋白质的沉淀及不可逆性。本实验通过改变蛋白质溶液的浓度和pH，达到防止热变性后分子间肤链的聚合，从而使蛋白质溶液实现完全可逆的热变性。同时用远紫外圆二色谱观察在完全可逆热变性时肤链的伸展状况。实验结果表明，蛋白质溶液宏观上的热变性并不意味着微观上蛋白质分子肤链的完全伸展。

如果采取措施避免蛋白质分子热伸展后的聚合，就有可能实现完全可逆的热变性。已知溶菌酶的等电点是在碱性区域，因此降低蛋白质溶液的pH值可使溶菌酶分子带有相同的净正电荷，由于分子间静电排斥的结果会减少分子间的聚合。另外通过降低蛋白质溶液的浓度也会由于分子间距离的增大而大大减少分子间的相互作用，从而达到减少分子间聚合的目的。本实验通过将pH值降到3、浓度降到0.04%，从而实现了完全可逆的热变性。在本实验的浓度范围内(0.1%及0.05%)因蛋白质分子的构象及周围的水合结构相同，所以它们在热伸展时的变性温度及变性焓与浓度无关。而pH值的变化则显著影响变性焓与变性温度。这主要是由于蛋白质溶液的pH值降低后，由于蛋白质分子具有净正电荷从而使蛋白质周围的紧密结合水部分增加，即使蛋白质分子周围的水合结构增强，因此蛋白质分子在伸展时需要使更多的氢键断裂造成变性焓的增加。同样是因为具有净正电荷的分子之间存在内在的排斥力致使蛋白质分子的热稳定性降低即变性温度降低，半高宽也随之降低表明热变性的协同性随pH值的降低而增强。2