发布时间:2020-07-22 14:15 原文链接: 揭秘蛋白质盐析盐溶

  盐析盐溶的原理

  从表面的现象看来,『盐溶』是加盐使蛋白质融入水中,『盐析』是加盐使蛋白质沉淀出来。两者所加的盐类不同,其作用机制也毫无关系。但这两者是最简单的蛋白质分离方法,不但经济而且方便,可以应用在很多实验。

   与盐溶刚好相反,在蛋白质溶液中加入硫酸铵,会使得蛋白质的溶解度下降,因而沉淀出来。因为硫酸铵所解离的离子容很大,所带的电子数也多(NH4+ , SO4 2 -),因此当其溶入水中时,会吸引大量水分子与这些离子水合。

   蛋白质分子表面多少有一些较不具极性的区域,水分子会在这些非极性区的表面聚集,形成类似『水笼』的构造,以便把蛋白质溶入水中。一旦蛋白质溶液加入硫酸铵,后者吸引了大量水分子,使水笼无法有效隔离蛋白质的非极性区,造成这些非极性区之间的吸引,因而沉淀下来。 因此,分子表面上若有越多的非极性区域,就越容易用硫酸铵沉淀下来。

   若非极性物质硬是要溶入水溶液中,则水分子会在这些非极性物质的表面,形成一层比较不活动的隔离层,把非极性物质隔离起来,称为clathrate (水笼)。通常水分子之间,也会以氢键互相连结,这些氢键会不断断裂,然后又很快形成。而水笼的水分子之间所形成的氢键,则较为固定,无法自由去除或生成。

   每个蛋白质分子表面所裸露出来的氨基酸机团,会影响到整个蛋白质的性质,也会决定我们如何去纯化此一蛋白质。通常,其表面上有极性区域,也有非极性区域;而极性区域又可能带有正或负电荷,通常这些带电性基团,对蛋白质的活性都有很大的重要性。

   质子proton是宇宙中的奇妙粒子,这是一颗光溜溜的带正电粒子;当氢丢掉一个电子后,即可得到质子,因此写作H+。质子可以随时附着到一个带有电子密度的基团(如氨基),使该基团多带了一个正电(-NH3+)。质子也很容易由某一个基团脱出(如羧基),而使该基团成为带负电(-COO-)。

   在水环境中,质子数量的多寡就是酸碱度的指标(pH),会影响分子上各种基团的带电性质。而巨分子上这些电荷性质的变化,就是生物化学里许多反应机制的根本肇因。

  通常一个蛋白质分子上都会带有电荷,有正电荷、也有副电荷,这些正、负电荷的净值,即为此蛋白质所带的净电荷;蛋白质的净电荷可能为正、也可能为负,在某pH下蛋白质的净电荷可能为零,则此pH称为此蛋白质的『等电点』(isoelectric point, pI),一个蛋白质的pI通常不会改变。

   当环境的pH大于某蛋白质的的pI (如上图某蛋白质的pI = 6,环境pH = 9),则此蛋白质的净电荷为负;反之则为正值。另外,环境的pH离其pI越远,则其所带的净电荷数目将会越大;越接近pI时,所带净电荷变小,最后在其pI处净电荷为零。因此,蛋白质溶液的pH要很小心选择,以便使该蛋白质带有我们所需要的净电荷,或者不带有净电荷。 蛋白质的带电性质决定于其环境的酸碱度,当环境的pH = 6时,则某pI = 5的蛋白质将会带负电,因为环境的pH高于其pI。这几乎是蛋白质最重要的性质,将会影响其分子构形、酵素活性,以及很多实验上的操作,如离子交换法、电泳、等电焦集法、盐溶等。

   若环境的pH = pI,则此蛋白质的净电荷将为零,因为没有来自相同电荷的斥力,此种蛋白质间将会互相凝聚起来,渐渐沉淀下来。因此,有些蛋白质可以在其自身的等电点下沉淀,也是一种纯化的方法;但须注意,也有些蛋白质在其pI下沉淀之后,就不容易再溶解回来,也会因此而损失;蔗糖合成脢就是如此。

   当溶液中的酸碱度逐渐接近某蛋白质的等电点(例如5.2)时,此蛋白质的溶解度会渐渐下降,这是因为蛋白质分子上的净电荷渐渐趋向零,蛋白质分子之间的互斥力降低所致;此外,这个净电荷为零的蛋白质分子上,事实上还是有数目相同的正负电荷,这些正负电荷对互相吸引也有贡献。可以利用这种特性,来沉淀出某已知等电点的蛋白质。

   但若溶液中的盐浓度渐渐提高,则蛋白质的溶解度也会提高,这是因为盐所解析出来的大量正负离子,会阻断上述正负电荷间的相吸,因而使得蛋白质溶入水中。当然,越远离此蛋白质的等电点,这种溶入现象越是显著。

   蛋白质有时会以离子键吸引在一起,因而降低其溶解度;尤其当蛋白质溶在与其pI相当的pH中。但若提高盐浓度,Na+或Cl-离子会把蛋白质间的离子键隔离开来,因而增加蛋白质的溶解度。


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