蛋白質(zhì)是由氨基酸組成的大分子化合物，其理化性質(zhì)一部分與氨基酸相似，如兩性電離、等電點(diǎn)、呈色反應(yīng)、成鹽反應(yīng)等，也有一部分又不同于氨基酸，如高分子量、膠體性、變性等。
蛋白質(zhì)分子量頗大，介于一萬(wàn)到百萬(wàn)之間，故其分子的大小已達(dá)到膠粒1～100nm范圍之內(nèi)。球狀蛋白質(zhì)的表面多親水基團(tuán)，具有強(qiáng)烈地吸引水分子作用，使蛋白質(zhì)分子表面常為多層水分子所包圍，稱水化膜，從而阻止蛋白質(zhì)顆粒的相互聚集。
與低分子物質(zhì)比較，蛋白質(zhì)分子擴(kuò)散速度慢，不易透過(guò)半透膜，粘度大，在分離提純蛋白質(zhì)過(guò)程中，我們可利用蛋白質(zhì)的這一性質(zhì)，將混有小分子雜質(zhì)的蛋白質(zhì)溶液放于半透膜制成的囊內(nèi)，置于流動(dòng)水或適宜的緩沖液中，小分子雜質(zhì)皆易從囊中透出，保留了比較純化的囊內(nèi)蛋白質(zhì)，這種方法稱為透析(dialysis)。
蛋白質(zhì)大分子溶液在一定溶劑中超速離心時(shí)可發(fā)生沉降。沉降速度與向心加速度之比值即為蛋白質(zhì)的沉降系數(shù)S。校正溶劑為水，溫度20℃時(shí)的沉降系數(shù)S20·w可按下式計(jì)算：
.jpg)
式中X為沉降界面至轉(zhuǎn)軸中心的距離，W為轉(zhuǎn)子角速度，W2X為向心加速度，dX/dt為沉降速度。單位用S，即Svedberg單位，為1×1013秒，分子愈大，沉降系數(shù)愈高，故可根據(jù)沉降系數(shù)來(lái)分離和檢定蛋白質(zhì)。
蛋白質(zhì)是由氨基酸組成的，其分子中除兩端的游離氨基和羧基外，側(cè)鏈中尚有一些解離基，如谷氨酸、天門冬氨酸殘基中的γ和β-羧基，賴氨酸殘基中的ε-氨基，精氨酸殘基的胍基和組氨酸的咪唑基。作為帶電顆粒它可以在電場(chǎng)中移動(dòng)，移動(dòng)方向取決于蛋白質(zhì)分子所帶的電荷。蛋白質(zhì)顆粒在溶液中所帶的電荷，既取決于其分子組成中堿性和酸性氨基酸的含量，gydjdsj.org.cn/jianyan/又受所處溶液的pH影響。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH時(shí)，蛋白質(zhì)游離成正、負(fù)離子的趨勢(shì)相等，即成為兼性離子(zwitterion,凈電荷為O)，此時(shí)溶液的pH值稱為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)(isoelectric point,簡(jiǎn)寫pI)。處于等電點(diǎn)的蛋白質(zhì)顆粒，在電場(chǎng)中并不移動(dòng)。蛋白質(zhì)溶液的pH大于等電點(diǎn)，該蛋白質(zhì)顆粒帶負(fù)電荷，反之則帶正電荷。
.jpg)
各種蛋白質(zhì)分子由于所含的堿性氨基酸和酸性氨基酸的數(shù)目不同，因而有各自的等電點(diǎn)。
凡堿性氨基酸含量較多的蛋白質(zhì)，等電點(diǎn)就偏堿性，如組蛋白、精蛋白等。反之，凡酸性氨基酸含量較多的蛋白質(zhì)，等電點(diǎn)就偏酸性，人體體液中許多蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)在pH5.0左右，所以在體液中以負(fù)離子形式存在。
天然蛋白質(zhì)的嚴(yán)密結(jié)構(gòu)在某些物理或化學(xué)因素作用下，其特定的空間結(jié)構(gòu)被破壞，從而導(dǎo)致理化性質(zhì)改變和生物學(xué)活性的喪失，如酶失去催化活力，激素喪失活性稱之為蛋白質(zhì)的變性作用(denaturation)。變性蛋白質(zhì)只有空間構(gòu)象的破壞，一般認(rèn)為蛋白質(zhì)變性本質(zhì)是次級(jí)鍵，二硫鍵的破壞，并不涉及一級(jí)結(jié)構(gòu)的變化。
變性蛋白質(zhì)和天然蛋白質(zhì)最明顯的區(qū)別是溶解度降低，同時(shí)蛋白質(zhì)的粘度增加，結(jié)晶性破壞，生物學(xué)活性喪失，易被蛋白酶分解。
引起蛋白質(zhì)變性的原因可分為物理和化學(xué)因素兩類。物理因素可以是加熱、加壓、脫水、攪拌、振蕩、紫外線照射、超聲波的作用等；化學(xué)因素有強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、尿素、重金屬鹽、十二烷基磺酸鈉(SDS)等。在臨床醫(yī)學(xué)上，變性因素常被應(yīng)用于消毒及滅菌。反之，注意防止蛋白質(zhì)變性就能有效地保存蛋白質(zhì)制劑。
變性并非是不可逆的變化，當(dāng)變性程度較輕時(shí)，如去除變性因素，有的蛋白質(zhì)仍能恢復(fù)或部分恢復(fù)其原來(lái)的構(gòu)象及功能，變性的可逆變化稱為復(fù)性。例如，前述的核糖核酸酶中四對(duì)二硫鍵及其氫鍵。在β巰基乙醇和8M尿素作用下，發(fā)生變性，失去生物學(xué)活性，變性后如經(jīng)過(guò)透析去除尿素，β巰基乙醇，并設(shè)法使疏基氧化成二硫鍵，酶蛋白又可恢復(fù)其原來(lái)的構(gòu)象，生物學(xué)活性也幾乎全部恢復(fù)，此稱變性核糖核酸酶的復(fù)性。
許多蛋白質(zhì)變性時(shí)被破壞嚴(yán)重，不能恢復(fù)，稱為不可逆性變性。
蛋白質(zhì)分子凝聚從溶液中析出的現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)沉淀(precipitation)，變性蛋白質(zhì)一般易于沉淀，但也可不變性而使蛋白質(zhì)沉淀，在一定條件下，變性的蛋白質(zhì)也可不發(fā)生沉淀。
蛋白質(zhì)所形成的親水膠體顆粒具有兩種穩(wěn)定因素，即顆粒表面的水化層和電荷。若無(wú)外加條件，不致互相凝集。然而除掉這兩個(gè)穩(wěn)定因素(如調(diào)節(jié)溶液pH至等電點(diǎn)和加入脫水劑)蛋白質(zhì)便容易凝集析出。
.jpg)
圖1-20 蛋白質(zhì)膠體顆粒的沉淀
從圖1-0可以看出，如將蛋白質(zhì)溶液pH調(diào)節(jié)到等電點(diǎn)，蛋白質(zhì)分子呈等電狀態(tài)，雖然分子間同性電荷相互排斥作用消失了。但是還有水化膜起保護(hù)作用，一般不致于發(fā)生凝聚作用，如果這時(shí)再加入某種脫水劑，除去蛋白質(zhì)分子的水化膜，則蛋白質(zhì)分子就會(huì)互相凝聚而析出沉淀；反之，若先使蛋白質(zhì)脫水，然后再調(diào)節(jié)pH到等電點(diǎn)，也同樣可使蛋白質(zhì)沉淀析出。
引起蛋白質(zhì)沉淀的主要方法有下述幾種：
(一)鹽析(Salting Out)
在蛋白質(zhì)溶液中加入大量的中性鹽以破壞蛋白質(zhì)的膠體穩(wěn)定性而使其析出，這種方法稱為鹽析。常用的中性鹽有硫酸銨、硫酸鈉、氯化鈉等。各種蛋白質(zhì)鹽析時(shí)所需的鹽濃度及pH不同，故可用于對(duì)混和蛋白質(zhì)組分的分離。例如用半飽和的硫酸銨來(lái)沉淀出血清中的球蛋白，飽和硫酸銨可以使血清中的白蛋白、球蛋白都沉淀出來(lái)，鹽析沉淀的蛋白質(zhì)，經(jīng)透析除鹽，仍保證蛋白質(zhì)的活性。調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)溶液的pH至等電點(diǎn)后，再用鹽析法則蛋白質(zhì)沉淀的效果更好。
(二)重金屬鹽沉淀蛋白質(zhì)
蛋白質(zhì)可以與重金屬離子如汞、鉛、銅、銀等結(jié)合成鹽沉淀，沉淀的條件以pH稍大于等電點(diǎn)為宜。因?yàn)榇藭r(shí)蛋白質(zhì)分子有較多的負(fù)離子易與重金屬離子結(jié)合成鹽。重金屬沉淀的蛋白質(zhì)常是變性的，但若在低溫條件下，并控制重金屬離子濃度，也可用于分離制備不變性的蛋白質(zhì)。
臨床上利用蛋白質(zhì)能與重金屬鹽結(jié)合的這種性質(zhì)，搶救誤服重金屬鹽中毒的病人，給病人口服大量蛋白質(zhì)，然后用催吐劑將結(jié)合的重金屬鹽嘔吐出來(lái)解毒。
(三)生物堿試劑以及某些酸類沉淀蛋白質(zhì)
蛋白質(zhì)又可與生物堿試劑(如苦味酸、鎢酸、鞣酸)以及某些酸(如三氯醋酸、過(guò)氯酸、硝酸)結(jié)合成不溶性的鹽沉淀，沉淀的條件應(yīng)當(dāng)是pH小于等電點(diǎn)，這樣蛋白質(zhì)帶正電荷易于與酸根負(fù)離子結(jié)合成鹽。
臨床血液化學(xué)分析時(shí)常利用此原理除去血液中的蛋白質(zhì)，此類沉淀反應(yīng)也可用于檢驗(yàn)?zāi)蛑械鞍踪|(zhì)。
(四)有機(jī)溶劑沉淀蛋白質(zhì)
可與水混合的有機(jī)溶劑，如酒精、甲醇、丙酮等，對(duì)水的親和力很大，能破壞蛋白質(zhì)顆粒的水化膜，在等電點(diǎn)時(shí)使蛋白質(zhì)沉淀。在常溫下，有機(jī)溶劑沉淀蛋白質(zhì)往往引起變性。例如酒精消毒滅菌就是如此，但若在低溫條件下，則變性進(jìn)行較緩慢，可用于分離制備各種血漿蛋白質(zhì)。
(五)加熱凝固
將接近于等電點(diǎn)附近的蛋白質(zhì)溶液加熱，可使蛋白質(zhì)發(fā)生凝固(coagulation)而沉淀。加熱首先是加熱使蛋白質(zhì)變性，有規(guī)則的肽鏈結(jié)構(gòu)被打開呈松散狀不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，分子的不對(duì)稱性增加，疏水基團(tuán)暴露，進(jìn)而凝聚成凝膠狀的蛋白塊。如煮熟的雞蛋，蛋黃和蛋清都凝固。
蛋白質(zhì)的變性、沉淀，凝固相互之間有很密切的關(guān)系。但蛋白質(zhì)變性后并不一定沉淀，變性蛋白質(zhì)只在等電點(diǎn)附近才沉淀，沉淀的變性蛋白質(zhì)也不一定凝固。例如，蛋白質(zhì)被強(qiáng)酸、強(qiáng)堿變性后由于蛋白質(zhì)顆粒帶著大量電荷，故仍溶于強(qiáng)酸或強(qiáng)減之中。但若將強(qiáng)堿和強(qiáng)酸溶液的pH調(diào)節(jié)到等電點(diǎn)，則變性蛋白質(zhì)凝集成絮狀沉淀物，若將此絮狀物加熱，則分子間相互盤纏而變成較為堅(jiān)固的凝塊。
(一)茚三酮反應(yīng)(Ninhydrin Reaction)
α－氨基酸與水化茚三酮(苯丙環(huán)三酮戊烴)作用時(shí)，gydjdsj.org.cn/shiti/產(chǎn)生藍(lán)色反應(yīng)，由于蛋白質(zhì)是由許多α－氨基酸組成的，所以也呈此顏色反應(yīng)。
(二)雙縮脲反應(yīng)(Biuret Reaction)
蛋白質(zhì)在堿性溶液中與硫酸銅作用呈現(xiàn)紫紅色，稱雙縮脲反應(yīng)。凡分子中含有兩個(gè)以上－CO－NH－鍵的化合物都呈此反應(yīng)，蛋白質(zhì)分子中氨基酸是以肽鍵相連，因此，所有蛋白質(zhì)都能與雙縮脲試劑發(fā)生反應(yīng)。
(三)米倫反應(yīng)(Millon Reaction)
蛋白質(zhì)溶液中加入米倫試劑(亞硝酸汞、硝酸汞及硝酸的混和液)，蛋白質(zhì)首先沉淀，加熱則變?yōu)榧t色沉淀，此為酪氨酸的酚核所特有的反應(yīng)，因此含有酪氨酸的蛋白質(zhì)均呈米倫反應(yīng)。
此外，蛋白質(zhì)溶液還可與酚試劑、乙醛酸試劑、濃硝酸等發(fā)生顏色反應(yīng)。
