蛋白质热诱导凝胶形成机制蛋白质形成凝胶的两种类型和机理是什么

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2020-05-13 11:18:43 来源：朵拉利品网

1, 蛋白质形成凝胶的两种类型和机理是什么

蛋白质凝胶的形成可以定义为蛋白质分子的聚集现象，在这种聚集过程中，吸引力和排斥力处于平衡，以至于形成能保持大量水分的高度有序的三维网络结构或基体。
如果吸引力占主导，则形成凝结物，水分从凝胶基体排除出来。
如果排斥力占主导，便难以形成网络结构。
蛋白质凝胶的类型主要决定于蛋白质分子的形状。由于凝胶过程是一个动态过程，也受外界环境的pH、离子强度及加热的温度和时间的影响。纤维状蛋白质分子，如明胶和肌浆球蛋白凝胶的网络结构由随机的或螺旋结构的多肽链组成。明胶的凝胶网络为线性分子通过形成连接区而形成凝胶网络。科学家观测到肌浆球蛋白凝胶是由线性分子间形成连接点而构建成三维网络。
球蛋白的热凝胶是由仍保持球形结构的蛋白质分子首尾聚集而形成的。专家认为球蛋白形成两种类型的凝胶：高度定向有序的“念珠串状”网络结构和随机聚集的网络结构。“念珠串状”凝胶外观透明或半透明，大豆蛋白具有这种凝胶的网络结构。这种凝胶是在低离子强度和远离蛋白质等电点pI的条件下形成的。当环境的离子强度较高及pH接近等电点pI时，则形成随机聚集的凝胶。然而大多数球蛋白凝胶都具有这两种类型的凝胶网络，这决定于蛋白质的浓度、环境的pH与离子强度及加热的温度和时间。
蛋白质分子构象的变化是蛋白质分子聚集的先决条件，球蛋白更是如此。在串状网络结构中发现蛋白质分子仍保持球形构象。经典的球形蛋白质分子展开的“两种状态”理论，认为仅存住两种状态的蛋白质：未变性的蛋白质和高度变性的无序蛋白质一现在已经证明，存从无序状态向未变性状态展开的路径中明显存在一动态的中间体。已经发现相似的中间体状态存在于低pH（或高pH）的平衡条件下、适当浓度变性剂的条件下和高温度的条件下。这种中间体状态被称为“熔融球蛋白状态”，它被定义为含有与未变性状态相似的二级结构而三级结构展开的紧凑的球形分子。
从受热时的未变性状态到熔融球蛋白的转变及这种部分变性的形式主要与热凝胶的形成有关。

2, 简述蛋白质凝胶吸水溶胀的原理和机理

一、蛋白质凝胶作用原理
1、定义
蛋白质凝胶的形成可以定义为蛋白质分子的聚集现象，在这种聚集过程中，吸引力和排斥力处于平衡，以至于形成能保持大量水分的高度有序的三维网络结构或基体。
2、原理
蛋白质凝胶是变性的蛋白质分子间排斥和吸引相互作用力相平衡的结果。一般认为，形成和维持蛋白质凝胶的作用力主要是疏水相互作用、氢键、静电相互作用等物理作用力，但含有巯基的蛋白质分子间SH-SS交换反应也可能对蛋白质的凝胶作用有贡献。
(1)疏水相互作用
蛋白质受热时包埋的非极性多肽暴露出来，从而增强了临近多肽非极十牛片段的疏水相互作用：因而，平均疏水性（例如蛋白质中疏水氨基酸的比率）应该影响凝胶的形成过程。
(2)氢键
有关氢键对蛋白质凝胶形成的作用，不同的研究者得到的结论相似。氢键和疏水相互作用是形成凝胶的主要作用力。但是高浓度的尿素可能导致蛋白质严重变性，破坏了蛋白质的二级结构。
(3)静电相互作用
静电相互作用通常在蛋白质聚集过程中表现为相互排斥力，特别是在体系仅含有一种蛋白质或含有相似等电点的不同种蛋白质的情况下。pI时蛋白质的净电荷为零，当环境的pH接近pI时，蛋白质分子快速随机的聚集，因而很容易形成凝结块在pH条件远离pI时，由于存在较高的净负电荷，静电排斥力占主导，蛋白质分子的聚集不会发生。
(4)二硫键
由凝胶的溶解性试验表明，通过形成分子间的二硫键可以获得凝胶网络的物理完整性。二硫键是否在凝胶网络的连接区形成或它们仅仅有助于增加多肽的有效链长目前还不清楚。但实验表明，长的多肽链很容易缠绕在一起，因而在凝胶网络内加强了非共价键的形成。
二、影响蛋白质凝胶电泳的因素
1、PH值的影响： pH值的改变会影响蛋白质分子的离子化作用和净电荷值.从而改变蛋白质分子的吸引力和排斥力以及蛋白质分子与水分子结合的能力。
2、氢键的影响：氢键是影响大豆分离蛋白凝胶特性的主要作用力.氢键增强了凝胶的硬度和破裂强度，但降低了内聚性和弹性.削弱氢键作用导致凝胶硬度和破裂强度下降，但内聚性和弹性却增加.较高浓度的尿素导致凝胶不能形成，尤其在较高pH值的情况下更为明显.
3、加热时间的影响：加热时间影响到成熟、坚硬凝胶的形成.不同浓度的蛋白溶液，形成凝胶所需的最短时间不同，蛋白浓度越大，所需时间越短.
4、中性盐的影响：向蛋白质水溶液中加入中性盐，可产生2种影响：一是盐离子与蛋白质分子中的极性和离子基团作用.降低蛋白质分子的活度系数，使其溶解度增加.在盐浓度较低时以这种情形为主，蛋白质表现为易于溶解，称为盐溶现象：二是盐离子也与水这种偶极分子作用，使水的活度系数降低，导致蛋白质水合程度降低，使蛋白质溶解度减少.在盐浓度较高时这种情况起决定作用，蛋白质会沉淀的现象称为盐析现象.蛋白质的凝胶过程是一个复杂的过程，同时中性盐对凝胶的影响也不仅仅是盐溶与盐析的影响，它受体系的pH值、温度、溶液浓度等其他因素的影响.
5、品种的影响：品种差异对蛋白质亚基比例的变化影响较明显，7S/1IS比值越小的品种，其制得的凝胶网络越细密.

名词解释

凝胶

凝胶是一种固体的、类似果冻的材料，是一种特殊的分散体系，它没有流动性，内部常含有大量液体。凝胶可分为弹性凝胶和脆性凝胶，弹性凝胶失去分散介质后，体积显著缩小，而当重新吸收分散介质时，体积又重新膨胀，例如明胶等；脆性凝胶失去或重新吸收分散介质时，形状和体积都不改变，例如硅胶等。

蛋白质

蛋白质（protein）是大型生物分子，或高分子，它由一个或多个由α-氨基酸残基组成的长链条组成。蛋白质是组成人体一切细胞、组织的重要成分。机体所有重要的组成部分都需要有蛋白质的参与。一般说，蛋白质约占人体全部质量的18%，最重要的还是其与生命现象有关。蛋白质（protein）是生命的物质基础，是有机大分子，是构成细胞的基本有机物，是生命活动的主要承担者。没有蛋白质就没有生命。氨基酸是蛋白质的基本组成单位。它是与生命及与各种形式的生命活动紧密联系在一起的物质。机体中的每一个细胞和所有重要组成部分都有蛋白质参与。蛋白质占人体重量的16%~20%，即一个60kg重的成年人其体内约有蛋白质9.6~12kg。人体内蛋白质的种类很多，性质、功能各异，但都是由20多种氨基酸（Amino acid）按不同比例组合而成的，并在体内不断进行代谢与更新。

网络结构

网络结构指计算机网络的结构。计算机网络由计算机系统、通信链路和网络结点组成，它是计算机技术和通信技术紧密结合的领域，承担着数据通信和数据处理两类工作。从逻辑功能看，网络又可分为资源子网和通信子网。资源子网提供访问网络和处理数据的能力，它由主计算机系统、终端控制器和终端组成。通信子网提供网络通信功能，它由网络结点、通信链路和信号变换设备组成。而网络中通信子网的结构直接影响网络结构。通信子网按其传送数据的技术可分为点-点通信信道和广播通信信道两种。局域网中常用的结构有星型、环型、总线型和树形等。