蛋白质带电，这个看似简单的概念，却隐藏着生物体内无数复杂的相互作用。想象在微观的世界里，蛋白质就像是一群穿着不同电荷衣服的小精灵，它们在细胞中穿梭，相互作用，共同维持着生命的运转。蛋白质带电特性不仅影响着它们的结构和功能，还与许多生物过程密切相关，比如蛋白质的折叠、稳定性、相互作用以及分离纯化等。今天，就让我们一起深入探索蛋白质带电的奥秘，看看它是如何影响生命的奇迹。
蛋白质是由氨基酸组成的生物大分子，而氨基酸中的侧链基团往往带有电荷。这些电荷的存在，使得蛋白质在溶液中表现出两性电离特性。当溶液的pH值等于蛋白质的等电点（pI）时，蛋白质的正电荷与负电荷相等，整个分子净电荷为零。这个特性对于理解蛋白质的行为至关重要，因为pH值的变化会直接影响蛋白质的带电状态。
蛋白质的等电点取决于其氨基酸组成和结构，是一个固定的特性。当溶液的pH值高于蛋白质的pI值时，蛋白质会带负电荷；反之，当pH值低于蛋白质的pI值时，蛋白质则带正电荷。这种带电状态的变化，不仅影响着蛋白质的溶解度，还影响着其在电场中的迁移速率。例如，在蛋白质电泳中，不同带电性质的蛋白质分子会根据其电荷量和分子量在电场中迁移，从而实现分离和鉴定。
蛋白质的稳定性是指蛋白质在特定条件下保持其天然构象的能力。表面残基在蛋白质稳定性中的作用，长期以来被认为并不重要。研究表明，表面带电的残基对蛋白质稳定性有着重要影响。表面电荷-电荷相互作用，特别是表面残基之间的静电相互作用，是决定蛋白质稳定性的重要因素之一。
通过计算重新设计的蛋白质序列，研究人员发现，优化表面电荷-电荷相互作用的蛋白质，相对于其亲本蛋白质表现出显著的稳定性。这一发现挑战了传统观念，表明表面电荷-电荷相互作用对于蛋白质稳定性至关重要。合理优化蛋白质表面上的电荷分布，不仅可以提高蛋白质的稳定性，还可能增强其功能。
盐离子对蛋白质带电特性的影响也是一个重要的研究领域。研究表明，由于蛋白质与阴离子的结合，距离蛋白质表面附近处的阴离子被吸附在了蛋白质表面，而在距离蛋白质表面较远区域，阴离子分布较少。这种分布不均，导致在距离蛋白质表面附近，静电势呈现较大的负值。
带正电荷的阳离子感受到静电吸引，会出现在距离蛋白质表面附近的区域，这会使得在距离蛋白质表面附近的区域，阳离子数目增多。不同阴离子浓度以及阴离子与蛋白质不同结合能条件下，阴离子会在不同程度上影响蛋白质的带电特性，影响体系中的静电特性。较大的结合能会使得阴离子与蛋白质结合增快，蛋白质表面会呈现从正电荷态向负电荷态的转变。
蛋白质的电子吸收光谱，特别是在紫外-可见光区域，可以提供关于蛋白质结构和电荷状态的重要信息。研究表明，源自带电氨基酸的电荷转移跃迁，在蛋白质中300-800 nm的紫外-可见电子吸收光谱中占有一席之地。蛋白质折叠的电子吸收光谱主要在紫外区域（180 nm至320 nm）上表征，具有归因于肽键（~190 nm）和芳香族氨基酸（~270 nm）的独特吸收特征。
在富含赖氨酸的蛋白质中，吸收超过320 nm的现象，其确切的起源/性质一直难以捉摸。研究发现，在320 nm以外对占蛋白质序列50%以上的带电氨基酸有显着吸收。这种吸收特征源于涉及Lys/Glu氨基酸的电荷转移（CT）跃迁。Lys/Glu侧链的带电氨基（NH3）/羧酸根（COO-）头基充当光诱导电荷受体/供体，用于从/向多肽骨架的电子转移。
蛋白质电泳是一种重要的分离和鉴定蛋白质的技术。在电泳过程中，带电物质在电场中朝着与其自身电荷相反的电极迁移。带电物质的迁移速度与其自身的带电荷量、分子量以及形状等因素密切相关。因此，不同的蛋白质或DNA样品通过电泳可以进行分离、鉴定。
根据电泳有无支持介质和支持介质种类，可以将电泳技术分为琼脂糖凝胶电泳（AGE）、十二烷基硫酸钠聚丙烯酰氨凝胶电泳（SDS-PAGE）、醋酸纤维素薄膜电泳、自由流电泳、等电聚焦电泳（IEF）、亲和电泳、免疫电泳、对流电泳和毛细管电泳等。其中，IEF与SDS-PAGE可以结合使用，称为二维凝胶
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