想象你站在一个微观世界的实验室里，周围是无数忙碌的分子。它们中的一种，蛋白质，正带着神秘的电荷，在溶液中翩翩起舞。你好奇地问自己：为什么蛋白质会带负电荷？这背后隐藏着怎样的分子故事？今天，就让我们一起揭开蛋白质电荷的秘密，探索这个充满奇迹的微观世界。
蛋白质是由氨基酸组成的复杂分子，它们通过肽键连接成长链。每个氨基酸都包含一个氨基（-NH2）和一个羧基（-COOH），这两个基团在不同的pH条件下会发生解离。当pH值高于蛋白质的等电点时，氨基会失去质子，变成-NH2，而羧基会失去一个氢离子，变成-COO-。这时，蛋白质分子就会带上负电荷。
蛋白质的电荷还与其侧链氨基酸有关。有些氨基酸的侧链也含有可解离的基团，比如天冬氨酸和谷氨酸的侧链羧基，以及赖氨酸和精氨酸的侧链氨基。这些侧链基团也会在不同的pH条件下发生解离，从而影响蛋白质的总电荷。
pH值是衡量溶液酸碱度的指标，它决定了溶液中氢离子的浓度。当pH值低于蛋白质的等电点时，溶液呈酸性，蛋白质分子会带上正电荷。这是因为酸性溶液中的氢离子会与蛋白质分子上的氨基和羧基结合，使它们失去负电荷。
当pH值高于蛋白质的等电点时，溶液呈碱性，蛋白质分子会带上负电荷。这是因为碱性溶液中的氢氧根离子会与蛋白质分子上的氨基结合，使其失去正电荷，同时羧基也会失去一个氢离子，变成-COO-。
等电点是指蛋白质分子所带正负电荷数目相等时的pH值。在这个pH值下，蛋白质的净电荷为零。每个蛋白质都有其特定的等电点，取决于其氨基酸组成和序列。等电点的确定对于理解蛋白质的物理化学性质以及结构和功能等方面具有重要意义。
蛋白质的等电点可以通过测定其电泳迁移率或者利用物理化学计算方法得到。一般来说，蛋白质的等电点与其氨基酸残基中具有可电离性的功能团有关。这些功能团包括氨基（-NH2）和羧基（-COOH），它们在不同的pH值下会失去或者获得质子，使得蛋白质分子带有正负电荷。
蛋白质分子颗粒大小在1～10nm胶体范围之内，这使得它们能够在水中形成胶体溶液。蛋白质溶液具有胶体溶液的典型性质，如丁达尔现象、布朗运动等。由于胶体溶液中的蛋白质不能通过半透膜，因此可以应用透析法将非蛋白的小分子杂质除去。
蛋白质的胶体性质与其电荷密切相关。在等电点时，蛋白质的溶解度最低，容易发生沉淀。这是因为此时蛋白质分子带有同种电荷，相互之间会发生静电排斥，使得蛋白质分子容易发生聚集和沉淀。
在某些物理和化学因素（如加热、强酸、强碱、有机溶剂、重金属离子及生物碱等）作用下，蛋白质的特定空间构象被破坏，从而导致其理化性质的改变和生物活性的丧失，称为蛋白质的变性。变性的实质是空间结构的破坏，不涉及一级结构的改变。
变性的蛋白质，只要其一级结构仍完好，可在一定条件下恢复其空间结构，随之理化性质和生物学性质也重现，这称为复性。蛋白质的变性与复性与其电荷密切相关。在变性过程中，蛋白质分子上的电荷分布会发生改变，从而影响其溶解度和稳定性。
蛋白质分子中含有色氨酸和酪氨酸，因此在280nm波长处有特征性吸收峰，可作蛋白质定量测定。蛋白质的紫外吸收与其电荷也有关。当蛋白质分子带有负电荷时，其紫外吸收光谱会发生红移，即吸收峰向长波方向移动。
蛋白质的呈色反应与其电荷密切相关。例如，茚三酮反应是检测氨基酸和蛋白质的经典方法。在茚三酮存在下，蛋白质分子上的氨基酸残基会发生氧化反应，生成蓝色的物质。这个反应与蛋白质的电荷密切相关，因为氨基酸的侧链基团在不同的pH条件下会发生解离，从而影响其与茚三酮的反应。
回到我们最初的问题：为什么蛋白质会带负电荷？通过探索蛋白质的电荷来源、pH值与蛋白质电荷的关系、等电点、胶体性质、变性与复性、紫外吸收和呈色反应，我们逐渐揭开了蛋白质电荷的秘密。蛋白质的电荷与其氨基酸组成、pH值和空间结构密切相关
微信扫一扫
访问手机端