蛋白质的稳定性和稳定化.ppt

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1、第四章蛋白质的稳定性和稳定化第一节:蛋白质的稳定性一.蛋白质稳定性的分子原因蛋白质的稳定性:蛋白质抵抗各种因素的影响,保持其生物活力的能力。维持蛋白质结构稳定的主要因素:1.金属离子、底物、辅因子和其他相对低分子质量配体的结合作用金属离子由于结合到多肽链的不稳定部分（特别是弯曲处），因而可以显著增加蛋白质的稳定性。当酶与底物、辅因子和其他低相对分子质量配体相互作用时，也会看到蛋白质稳定性的增加。2蛋白质-蛋白质和蛋白质-脂的作用由于蛋白质分子表面上既有疏水簇，也有极性和带电基团。从热力学上看，疏水簇与水的接触对蛋白质稳定性是不利的。所以当蛋白

2、质形成复合物时，脂分子或蛋白质分子稳定到疏水簇上，因而防止疏水簇与溶剂的接触，屏蔽了蛋白质表面的疏水区域。3.盐桥和氢键盐桥：当一个氨基酸的氨基和与它空间相邻的另一个氨基酸的羧基互相靠近时，形成盐桥。-COO.......H3N-蛋白质中盐桥的数目较少，但对蛋白质的稳定性作用很显著。氢键：是通过氢原子参与成键的特殊形式的化学键。当一个电负性较强的原子与氢键合后，继续与另一个电负性较强的原子键合：氢键能维持二级结构(如α-螺旋，β-片层，β-转角等）。但是氢键对蛋白质稳定性的重要性不应估计过高。4.二硫键二硫键：即S－S键，是2个巯基被氧化而形

3、成的-S-S-形式的硫原子间的共价键。链内二硫键和链间二硫键：由于交联即蛋白质中形成二硫键，伸展蛋白质的熵急剧降低，从而增加蛋白质的稳定性。与此类似，用双功能试剂实现分子内交联，也能使蛋白质构象稳定化。日常生活中的烫发和发型保持，主要原理是操纵毛发角蛋白二硫键的还原和再氧化，即二硫键的断开和重新键合。5.对氧化修饰敏感的氨基酸含量较低蛋白质中一些结构比较重要的氨基酸残基（如活性部位的氨基酸）的氧化作用是蛋白质失活的重要原因。因此要减少这类对氧化修饰敏感的氨基酸含量，从而提高蛋白质的稳定性。6.氨基酸残基的坚实装配溶液中的蛋白质似乎装配紧密，其

4、紧密程度类似于低相对分子质量化合物的晶体状态，尽管如此，蛋白质结构中仍有空隙。空隙中充满水分子，会导致蛋白质不稳定，因此除去孔隙中的水分子，蛋白质结构变得更坚实，稳定性也增加。7.疏水相互作用疏水性大小与稳定性没有必然的联系非极性氨基酸在蛋白质球体内的规则的排列是稳定性的原因之一增加疏水作用是稳定蛋白质的实用方法:1.降低蛋白质表面的疏水性；2.增加蛋白质内部的疏水性有3个主要因素不利于疏水相互作用：1.蛋白质球体中的氨基酸必须相当紧密地堆积；2.影响氨基酸几何形状和能量的微环境；3.蛋白质多肽链折叠时需要疏水簇仍保持在蛋白质表面，因为在体内

5、，疏水簇负责蛋白质与其他分子的疏水相互作用。二.测定蛋白质稳定性的方法比较蛋白质稳定性的准则包括:1.熔化温度Tm;蛋白质伸展一半时的变性剂浓度2.蛋白质自由能;3.最大稳定性温度(Ts);4.在特定温度下蛋白质功能活性维持时间.熔化温度Tm和蛋白质伸展50%时的变性剂浓度是预测酶稳定性的最有用参数;1.Tm:蛋白质受热伸展过渡中点时的温度;2.变性剂浓度:蛋白质加变性剂伸展过程中使蛋白质伸展一半时所需要的变性剂浓度;第二节：蛋白质失活的原因和机理一.蛋白水解酶和自溶作用1.酶在使用和贮存过程中的失活常是由于微生物和外源蛋白水解酶作用的结果。

6、蛋白水解酶可催化肽键水解。2.当蛋白质底物也是一种蛋白水解酶时，就会发生自我降解现象，叫做自溶。二.聚合作用：蛋白质发生可逆性伸展→→伸展的蛋白质分子彼此缔合→→可能发生蛋白质分子间二硫键的形成从而使蛋白质沉淀析出.蛋白质的聚合作用和沉淀的区别：1.蛋白质的聚合作用可能是可逆的,并不一定是不可逆的.2.沉淀作用意味着蛋白质并未发生显著的构象变化即从溶液中析出。因此，沉淀很容易再溶于水溶液中，并恢复其全部天然特性。三、极端pH:极端pH下引起蛋白质变性的重要因素是：一旦远离了蛋白质的等电点的，那么蛋白质分子内相同电荷间的静电斥力会导致蛋白质伸展

7、。从而使埋藏在蛋白质内部非电离残基发生电离，导致失活。pH的变化可以引起蛋白质的伸展,这个过程原则上是可逆的,但这些变化常能导致不可逆的聚合或酶的自溶,引起不可逆失活.四、氧化作用:各种氧化剂能氧化带芳香族侧链的氨基酸以及蛋氨酸、半胱氨酸和胱氨酸残基，从而使蛋白质变性。分子氧、H2O2和氧自由基是常见的蛋白质氧化剂。五、表面活性剂和去污剂表面活性剂在很低浓度下能使蛋白质发生强烈的相互作用,导致蛋白质不可逆变性.其中阴离子去污剂的作用比阳离子和非离子去污剂强烈.六、变性剂：1.脲和盐酸胍:机制尚不明确,可能是消除了维持三级结构的疏水作用力或直接

8、与蛋白质分子作用.2.高浓度盐：高浓度盐既有稳定作用也有变性作用，这要看盐的性质和浓度。3.螯合：常常不可逆地失活需要金属辅因子的酶，但可稳定不需要金属辅因子的酶；