蛋白质的变性

蛋白质变性是指蛋白质受到某些理化因素的作用，其特有的三维结构受到破坏、生物活性随之丧失的现象。

蛋白质变性理论早在1931年就由当时旅美的中国生化学家吴宪提出。吴宪认为，蛋白质的构象直接决定其功能，某些外界因素改变了蛋白质的独特构象，因而使其生物活性丧失，发生变性。

蛋白质之所以容易发生变性，是因为维持蛋白质三维结构的作用力主要是次级键。当维系蛋白质三维结构的次级键受到严重破坏时，蛋白质必然发生变性。

蛋白质变性的条件还没有强大到打破共价键，因此与蛋白质水解不同的是，蛋白质变性后一级结构没有发生任何变化，只是三维结构发生了变化，而水解则导致了肽键的断裂。如果一种因素破坏了蛋白质的三维结构，但同时还造成了共价键的断裂（肽键和二硫键），那这样的过程就已超出了单纯的变性范畴了。

变性机理

导致蛋白质变性的常见理化因素有加热、强酸、强碱、去垢剂、尿素、重金属盐、疏水分子和有机溶剂。此外，机械作用、流体压力和辐射等因素也可以导致蛋白质变性。

加热增加了蛋白质分子的平均动能，让蛋白质分子快速又剧烈的震动，使各种次级键被破坏，从而导致蛋白质变性。

冷却可以减弱疏水作用，因而也可能导致蛋白质发生变性。

强酸和强碱主要是因为破坏盐键而导致蛋白质变性的。极端的pH可改变碱性和酸性氨基酸残基侧链及肽链两端氨基和羧基的带电状况，从而直接影响到一个碱性的基团和一个酸性的基团之间能否形成离子键。动物消化道分泌的胃酸就是这样让食物中的蛋白质变性的。

乙醇和丙酮这样的极性有机溶剂主要是通过破坏亲水氨基酸残基侧链之间的氢键而导致蛋白质变性的，因为它们带有氢键供体或受体，可与亲水氨基酸侧链上的氢键供体和受体形成氢键，而影响到它们之间形成氢键。尿素也是主要通过破坏氢键而导致蛋白质变性的。

重金属盐的作用方式与强酸和强碱相似，也主要是通过破坏盐键而导致蛋白质变性的。因为这些重金属离子带有正电荷，可以和蛋白质分子上带负电荷的侧链基团形成离子键。疏水分子通过扰乱蛋白质分子内的疏水作用而导致变性。例如，长链脂肪酸的碳氢链不仅能与蛋白质疏水口袋非特异性结合，还能破坏蛋白质分子内部的疏水作用，从而抑制多种酶的活性。为了防止这种情况在细胞内发生，体内的长链脂肪酸和其他高度疏水性分子都有专门的结合蛋白与之结合。

蛋白质变性是一个复杂的过程，其中可能会出现一些不稳定的中间物C少数蛋白质的变性是可逆的，即在变性因素解除以后可以恢复到原来的构象，其生物活性也随之恢复，这就是蛋白质的复性。但大多数蛋白质的变性是不可逆的。

不过，越来越多的研究者在尝试一些能让蛋白质复性的方法，但迄今为止，还缺乏一种通用的能让绝大多数变性蛋白质复性的有效方法。

理化性质的改变

蛋白质变性以后，其理化性质也发生一系列的变化。这些变化可以作为检测蛋白质变性的指标。主要的变化包括，

①生物活性丧失。例如，酶变性后丧失催化功能。这是蛋白质变性最重要的标志。

②水溶性下降。这是因为变性导致蛋白质内部的疏水基团外露。但变性蛋白质不一定都沉降，而沉降出的蛋白质也不一定变性。

③更容易被水解。这是因为多肽链构象变得更为松散和伸展，肽键更容易受到酸、碱或蛋白酶的作用。胃酸除了能让微生物体内的蛋白质变性，从而杀死微生物以外，还能让食物中的蛋白质变性，以利于消化道内各种蛋白酶对蛋白质的消化。至于烹调食物，显然具有同样的效果。

④黏度增加。这是因为蛋白质变性以后，肽链变得更加伸张，使长宽比提高。

⑤结晶行为发生变化，通常是让蛋白质丧失结晶能力。这是因为蛋白质变性以后，其三维结构已经变得高度无序，很难聚合在一起形成高度有序的晶体结构。

特殊情况

蛋白质折叠状态与去折叠状态的能量差异比较小，因此有时仅仅一个点突变就能显著改变一种蛋白质对热的稳定性。蛋白质的温度敏感型突变体更容易发生热变性，而使用这样的突变体可以帮助鉴定一种蛋白质在细胞内的功能。

某些蛋白质经突变以后热稳定性可能会提高。另外，从一些生存在极端环境中的微生物体内，如嗜热、嗜酸、嗜碱或嗜盐微生物，可以得到一些能抵抗极端因素作用的蛋白质。

例如，从一种嗜热菌中提取出的DNA聚合酶能抵抗100℃的高温，在72℃活性最高，该酶现在被广泛用于聚合酶链式反应。这些蛋白质之所以能够抵抗极端因素作用，是因为有更多的次级键在稳定着它们的三维结构。

临床意义

蛋白质变性在现实生活中具有重要意义。在临床上或工作中经常使用加热、某些重金属盐、乙醇等来消毒、杀菌，这实际上就是使病毒和细菌因蛋白质变性而失去致病性和繁殖能力。

在急救重金属盐中毒时，也常常利用这一特性。例如，汞中毒时，早期可以服用大量富含蛋白质的乳制品或鸡蛋清，以使摄入的蛋白质在消化道与汞盐结合，形成变性的不溶物，从而阻止有毒的汞离子被消化道吸收，然后再通过洗胃等方法将不溶物洗出。