第三节 蛋白质的理化性质和分类
一、蛋白质的理化性质
（一）蛋白质的两性电离和等电点
蛋白质分子既含有氨基、胍基、咪唑基等碱性基团，能结合H+而解离成正离子；又含有羧基等酸性基团，能释放H+而解离成负离子，所以蛋白质是两性电解质。蛋白质在溶液中以何种离子的形式存在，取决于分子中碱性与酸性基团数量、比例及溶液的pH值。当蛋白质溶液处于某一pH值时，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的pH值称为该蛋白质的等电点（pI）。蛋白质溶液的pH值大于等电点时，该蛋白质颗粒带负电荷，反之则带正电荷。
不同蛋白质因其所含氨基酸种类和数量不同，其等电点也不同，含酸性氨基酸较多的蛋白质，其等电点较低，如胃蛋白酶（pI=2.75～3.0）；含碱性氨基酸较多的蛋白质，其等电点较高，如鱼精蛋白（pI=12.0～12.4）。人体中大多数蛋白质的等电点在5.0左右，而体液pH=7.4，故这些蛋白质以负阴离子形式存在。
溶液中带电粒子在电场中向电性相反的电极移动的现象称电泳。蛋白质在高于或低于其pI的溶液中为带电的颗粒，在电场中能向正极或负极移动。由于各种蛋白质所带电荷数量及分子量大小不同，它们在同一电场中移动的速率不同。利用这一特性，可将混合蛋白质通过电泳方法分离、纯化。
（二）蛋白质的胶体性质
蛋白质是生物大分子，其分子量很大，在1万至百万之间，有的可达数千万。其分子颗粒大小已达到胶体颗粒范围（即1～100nm），故蛋白质具有胶体性质。
蛋白质颗粒表面有很多亲水基团，可吸引水分子，使颗粒表面形成一层水化膜，从而阻止蛋白质颗粒的相互聚集。在非等电点状态下蛋白质颗粒表面带有一定量同种电荷，由于同种电荷相斥，使颗粒相互隔开而不易沉淀，故蛋白质溶液成为稳定的胶体溶液。
蛋白质胶体的颗粒大，不能透过半透膜。利用这一特性，可将混杂有低分子物质的蛋白质溶液放于半透膜构成的透析袋内，经过透析，除去低分子杂质，以达到纯化蛋白质的目的。
（三）蛋白质的变性
蛋白质在某些理化因素的作用下，其空间构象破坏，从而导致其理化性质的改变和生物活性丧失，称为蛋白质的变性。能使蛋白质变性的物理因素有加热、高压、振荡或搅拌、紫外线照射、超声波及X射线等；化学因素有强酸、强碱、重金属离子和尿素、乙醇、丙酮、生物碱制剂等。
蛋白质变性的实质是理化因素破坏了维持和稳定其空间构象的各种次级键，使其原有的特定空间构象被改变或破坏。但变性过程中，肽键并未断裂、其化学组成没有改变。有些蛋白质在变性后，去除变性因素后仍可恢复其活性，称为可逆变性。但是大多数蛋白质变性后其空间结构破坏严重，不能复原，称为不可逆变性。
蛋白质变性后溶解度降低，易发生沉淀，黏度增加，易被蛋白酶水解消化，失去原有的生物学活性，如酶失去其催化活性、激素失去其调节活性、抗体失去其生物活性、细菌蛋白失去其致病性。
在临床上，用75%乙醇、高温、高压和紫外线等消毒灭菌，用热凝法检查尿蛋白，都是应用蛋白质变性的原理。而制备和保存酶、疫苗、免疫血清等蛋白质制剂时应选择适当条件，以防其变性而失去活性。
（四）蛋白质的沉淀
蛋白质从溶液中析出的现象，称为沉淀。破坏蛋白质胶体溶液的两个稳定因素——颗粒表面的水化膜和电荷即可使蛋白质颗粒凝聚而沉淀（图2-9）。常用的方法有以下几种。
图2-9 蛋白质沉淀示意图
1．盐析法 向蛋白质溶液中加入高浓度的中性盐可使蛋白质沉淀称为盐析。常用的中性盐有硫酸铵、硫酸钠、亚硫酸钠和氯化钠等。盐析是由于中性盐能破坏蛋白质的水化膜，中和其所带的电荷，从而引起沉淀。各种蛋白质的亲水性及所带电荷均有差别，因此盐析时所需中性盐的浓度不同。故用逐渐加大中性盐浓度的方法，可使溶液中不同蛋白质从溶液中逐个析出，这种方法称为分段盐析。盐析法一般不引起蛋白质变性，是分离纯化蛋白质的常用方法之一。用盐析法制备的蛋白质，可用透析法除去盐分进行纯化。
2．加入有机溶剂 乙醇、甲醇、丙酮等有机溶剂是脱水剂，能破坏蛋白质颗粒的水化膜，降低蛋白质电离程度使蛋白质沉淀。此法易引起蛋白质变性失去生物活性，但在低温下进行，往往仍可保留原有活性。
3．加入某些酸类 苦味酸、钨酸、鞣酸、三氯乙酸、磺柳酸等的酸根，可与蛋白质的正离子结合成不溶性的蛋白盐而沉淀。沉淀的条件是pH＜pI。此法常引起蛋白质变性。临床上常用这类方法检查尿蛋白、制备无蛋白血滤液等。
4．加入重金属盐 铅、汞、银、铜等重金属离子，可与蛋白质的负离子结合，生成不溶性蛋白盐而沉淀。沉淀的条件为pH＞pI。此法易使蛋白质变性。临床上抢救重金属盐中毒病人，常先给病人口服大量乳品或鸡蛋清，然后再用催吐剂将重金属沉淀物呕出以解毒。
（五）蛋白质的紫外吸收性质及呈色反应
由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨酸和色氨酸残基，它们在280nm波长处有特征性吸收峰。在此波长处，蛋白质的吸光度值与其浓度成正比关系，利用此特性可测量蛋白质的含量。
蛋白质分子能与某些试剂反应而生成有色物质。这些呈色反应常用于蛋白质的定性、定量分析。如在碱性溶液中能与铜离子作用生成紫红色络合物的双缩脲反应；与茚三酮反应生成蓝色化合物；在碱性条件下，与酚试剂（磷钨酸和磷钼酸）反应生成蓝色化合物。
二、蛋白质的分类
蛋白质结构复杂，种类繁多，分类方法也较多。目前多根据其分子形状、组成分类。
（一）按分子形状分类
1．球状蛋白质 分子形状呈球状或椭球状。生物界多数蛋白质属球状蛋白，一般可溶于水，具有特异生物活性，如酶、免疫球蛋白、胰岛素等。
2．纤维状蛋白质 蛋白质分子的长短轴之比大于10，呈长纤维状。一般难溶于水，多为结构蛋白质，如毛发中角蛋白、结缔组织的胶原蛋白和弹性蛋白等。
（二）按组成分类
1．单纯蛋白质 其完全水解产物仅为氨基酸，如清蛋白、球蛋白、组蛋白、精蛋白、硬蛋白和植物谷蛋白等。
2．结合蛋白质 由蛋白质部分与非蛋白质部分组成。非蛋白部分称为辅基，根据辅基不同可分为糖蛋白、核蛋白、脂蛋白、磷蛋白、色蛋白、金属蛋白等（表2-2）。
表2-2 结合蛋白质的种类
复习思考题
1．名词解释：肽键、蛋白质的一级结构、蛋白质的等电点、蛋白质的变性、蛋白质的沉淀。
2．蛋白质有哪些功能？为什么说蛋白质是生命的物质基础？
3．组成蛋白质基本单位是什么？其结构特点是什么？
4．蛋白质分子结构可分为几级？维持各级结构的作用力（或键）是什么？
5．哪些因素可引起蛋白质变性？变性后的蛋白质性质有哪些改变？
6．使蛋白质发生沉淀常用的方法有哪些？各有何特点？
（李长瑜）