化学物质与蛋白质的相互作用3
尿素对蛋白质的变性作用(denaturation of protein)
尿素对蛋白质的变性作用(denaturation of protein)尿素是一种常见的化学物质，也是一种强力的变性剂，可以对蛋白质进行变性作用。
蛋白质是生命体内最重要的生物大分子之一，其结构和功能与其在生命过程中起到的作用密切相关。
在现实生活中，尿素的变性作用对于许多生物学研究非常重要，尤其是在蛋白质结构和功能的研究中起到关键的作用。
尿素对蛋白质的变性作用主要是通过破坏蛋白质的三维结构来实现的。
蛋白质的结构可以分为四个层次：一级结构是指蛋白质的氨基酸序列，二级结构是指氢键和静电相互作用形成的螺旋和折叠，三级结构是指蛋白质的立体构型和空间排列，四级结构是指由两个或多个多肽链组合而成的函数蛋白质的结构。
尿素对蛋白质的一级结构没有明显的作用，因为尿素无法破坏氨基酸之间的共价键。
但是，尿素可以破坏蛋白质的二级、三级和四级结构。
尿素的变性机制主要包括以下几个方面：1. 尿素可以破坏蛋白质的氢键和静电相互作用。
蛋白质的二级结构是由氢键和静电相互作用稳定的，这种稳定性可以使蛋白质在生理环境中保持其特定的空间结构。
然而，尿素可以与水形成氢键，从而与蛋白质二级结构的氢键和静电相互作用竞争，破坏二级结构的稳定性。
这样一来，蛋白质的二级结构就会解开，导致蛋白质的变性。
2. 尿素可以解除疏水效应。
蛋白质的三级结构和四级结构的稳定性主要依赖于疏水效应。
疏水效应是指水分子在蛋白质表面形成一个水合层，从而使蛋白质的脂肪酸基团聚集在一起。
这种聚集可以形成疏水核心，进一步稳定蛋白质的空间结构。
但是，尿素可以与水分子形成氢键，从而破坏疏水效应。
尿素使水分子更容易与蛋白质表面的疏水基团形成氢键，导致疏水核心的解散，蛋白质的空间结构失去稳定性，发生变性。
3. 尿素可以解除电荷屏蔽效应。
蛋白质中的一些极性氨基酸残基具有电荷，表面带有正负电荷。
这些电荷在生理环境中可以与水分子形成静电相互作用，进一步稳定蛋白质的三维结构。
然而，尿素可以与水分子形成氢键，从而与蛋白质表面的电荷相互作用竞争，打破电荷屏蔽效应。
化学生物学化学物质与蛋白质的相互作用
化学生物学化学物质与蛋白质的相互作用化学生物学是一个交叉学科，涵盖了化学和生物学的知识，旨在研究和解释生物体中生化过程中发生的化学反应及其相互作用。
其中一个重要的研究领域是化学物质与蛋白质的相互作用。
本文将讨论这种相互作用的不同形式以及对生物体的影响。
化学物质与蛋白质之间的相互作用可以发生在多个层面上。
首先，化学物质可以与蛋白质的氨基酸残基之间形成共价键。
这种共价键的形成可以通过氨基酸侧链上的官能团参与，如硫化毒素与蛋白质中的半胱氨酸残基之间形成的二硫键。
此外，一些药物可能与蛋白质的氨基酸残基之间形成相似于共价键的结构，从而对蛋白质的功能产生影响。
这些共价键的形成通常是可逆的，因此当化学物质与蛋白质结合后，可以通过逆反应将其解除。
另一种常见的化学物质与蛋白质的相互作用形式是非共价键的结合。
这种结合通常是通过疏水相互作用、氢键、离子键或静电相互作用等进行的。
这些相互作用在形成和解离上相对较弱，因此它们的形成和解离通常是动态的。
这意味着化学物质和蛋白质之间的相互作用可以在不同的条件下发生改变，例如通过改变温度、pH值或离子浓度。
化学物质与蛋白质之间的相互作用可能对生物体产生多种影响。
首先，这些相互作用可以影响蛋白质的结构和稳定性。
当化学物质与蛋白质结合时，它们可能改变蛋白质的构象，使其从天然状态发生改变。
这种改变可能使蛋白质失去功能，或者导致蛋白质的结构变得不稳定，易于降解。
另外，相互作用可能影响蛋白质的活性。
化学物质与蛋白质结合后，可能阻断蛋白质与其底物或配体的结合，从而影响蛋白质的催化活性或信号传导能力。
化学物质与蛋白质的相互作用也可以用于生物医学研究和药物开发。
根据化合物与蛋白质之间的结合模式，可以设计和合成针对特定蛋白质的药物。
这些药物可以通过与蛋白质的相互作用来调节生物体内的生化过程，以达到治疗疾病的目的。
同时，研究化学物质与蛋白质的相互作用机制可以帮助我们更好地理解生化反应的基本原理，并为生物技术的开发提供新的思路。
第六章化学物质与蛋白质的相互作用
疫功能的基础。
二、沉淀剂类型
盐析 1、无机物沉淀
金属离子沉淀法
2、等电点沉淀
3、有机物沉淀 4、聚合物沉淀
有机溶剂 酚类化合物及其有机酸 非离子型聚合物沉淀法 聚电解质沉淀法
1、无机物沉淀
当向蛋白质溶液中逐渐加入无机盐时， （1）盐析
开始，蛋白质的溶解增大，这是由于
蛋白质的活度系数降低的缘故，这种 大量溶
在生物体内，这些构象变化，往往是该蛋白质分子与 配基相互作用引起的，配基包括酶的小分子底物、受 体的小分子激素和神经介质、血红蛋白的O2等。因此， 生物体内的蛋白质是处于一种可以相互转变的多种构 象的平衡态.
球状蛋白质分子表面并不是光滑的，经常会出现一些 “裂隙”或“洞穴”，在“裂隙”或“洞穴’’的周 围常常是疏水性的：这些“裂隙”或“洞穴”可能是 蛋白质(酶)的活性部位所在。
有机溶剂沉淀法的优点是溶剂容易蒸发除去，不会残留 在成品中，因此适用于制备食品蛋白质。而且有机溶剂 密度低，与沉淀物密度差大，便于离心分离。有机溶剂 沉淀法的缺点是容易使蛋白质变性失活，且有机溶剂易 燃、易爆、安全要求较高。
一般所选择的溶剂必须能和水互溶，而和蛋白质不发生 化学反应，最常用的溶剂是乙醇和丙酮，加量在20%50%（V/V））之间。当蛋白质的溶液pH接近等电点时， 引起沉淀所需加入有机溶剂的量较少。
第三类为Ag+，Hg2+和Pb2+能和蛋白质分子表面的 巯基相结合。
金属离子沉淀法的优点是它们在稀溶液中对蛋白质 有效强的沉淀能力。处理后残余的金属离子可用离 子交换树脂或螯合剂除去。
在这些离子中，应用较广的是Zn2+，Ca2+，Mg2+， Ba2+和Mn2+，而Cu2+，Fe2+，Pb2+，Hg2+等较 少应用，因为它们会使产品损失和引起污染。如 Zn2+可用于沉淀杆菌肽(作用于第4个组氨酸残基 上)和胰岛素；Ca2+(CaCO3)用于分离乳酸，血清 清蛋白等。
蛋白沉淀方法
蛋白沉淀方法蛋白沉淀是蛋白质分离与纯化的一种常用方法，通过加入化学物质使目标蛋白质与其它蛋白质或者杂质分离，并沉淀于溶液底部或者浮于溶液表面。
本文将从蛋白沉淀的原理、化学物质的选择、实验操作、蛋白沉淀后处理等方面进行介绍。
一、蛋白沉淀的原理蛋白质的沉淀是基于化学物质与蛋白质之间的物理或者化学相互作用，包括：1. 盐析沉淀在高浓度盐溶液中，蛋白质远离其同样带电的水分子，而形成大分子团聚，从而沉淀。
在酸性环境下，大多数蛋白质通过质子化而失去电荷，降低了疏水性，从而沉淀。
在碱性环境下，蛋白质通常解离出一个氨基酸残基的羧基，从而带有负电荷，易于被阳离子与之形成沉淀。
4. 有机溶剂沉淀如乙醇、丙酮、甲醇等，可与蛋白质形成复合物，使其聚合而沉淀。
以上几种原理可单独或结合使用，根据情况进行选择。
二、化学物质的选择常用的盐类有氯化铵、硫酸铵、硫酸钠等。
浓度通常在10-60%之间，具体浓度根据具体实验条件进行选择。
2. 酸类常用的酸包括二元酸、有机酸等。
浓度为0.1-1M之间，酸性度通常为pH 4-6。
3. 碱类常用的有机溶剂包括乙醇、丙酮、甲醇等。
浓度通常为50-90%之间，根据实验要求进行选择。
三、实验操作1. 样品制备待分离的蛋白质必须经过预处理，通常包括离心、裂解、过滤等步骤。
裂解方式可以使用生理盐水、水、甲醇等，使蛋白质从细胞中释放出来。
过滤可以使用滤纸、滤膜、分子筛等方式，去除杂质。
2. 化学物质的加入将选择好的化学物质加入样品中，此时需注意化学物质前后也要进行科学操作，如一些电解质类物质可能带有杂质，需要先进行过滤；有机溶剂可能会引起蛋白质的变性，需加入适量的缓冲液进行保护。
将混合物小心地混合均匀后，离心使混合物分层，此时目标蛋白沉在沉淀层，上清液中还有一些蛋白，需要将其过滤或沉淀以去除杂质。
4. 纯化将沉淀分解，得到的产物通过离心、层析等步骤进行纯化，最终得到目标蛋白。
沉淀后需要进行洗涤，以去除杂质，保证目标蛋白的纯度和酶效。
多酚与蛋白质相互作用研究方法进展
多酚与蛋白质相互作用研究方法进展张莉;刘倩倩;吴长玲;王鹏;徐幸莲;韩敏义【摘要】多酚因其独特的化学结构而具有抗氧化、抗肿瘤、抑菌等多种生理功效,在食药领域得到广泛应用.多酚与蛋白相结合形成复合物,改变了两者的营养特性与功能结构,利用不同的实验方法和技术可以获得两者之间的结合常数、结合部位、作用力类型、结合位点数、多酚与蛋白结合后引起蛋白构象与生理功能变化以及外界条件对多酚-蛋白结合的影响等信息.本文主要综述了多酚与蛋白质相互作用研究方法进展,包括分子对接技术、紫外-可见吸收光谱法、荧光光谱法、圆二色谱法、傅里叶变换红外光谱法、等温滴定量热法、拉曼光谱法和核磁共振波谱法.综述发现每种方法都有一定的优势与局限性,使用多种方法结合分析可以更加全面的了解多酚与蛋白质的相互作用关系.【期刊名称】《食品工业科技》【年(卷),期】2018(039)024【总页数】6页(P340-345)【关键词】多酚;蛋白质;相互作用;研究方法【作者】张莉;刘倩倩;吴长玲;王鹏;徐幸莲;韩敏义【作者单位】肉品加工与质量控制教育部重点实验室,南京农业大学食品科技学院,江苏南京210095;肉品加工与质量控制教育部重点实验室,南京农业大学食品科技学院,江苏南京210095;肉品加工与质量控制教育部重点实验室,南京农业大学食品科技学院,江苏南京210095;肉品加工与质量控制教育部重点实验室,南京农业大学食品科技学院,江苏南京210095;肉品加工与质量控制教育部重点实验室,南京农业大学食品科技学院,江苏南京210095;肉品加工与质量控制教育部重点实验室,南京农业大学食品科技学院,江苏南京210095【正文语种】中文【中图分类】TS255.1多酚是植物体内复杂酚类的次生代谢产物,广泛存在于各种植物中,具有抗氧化、降血压、抗癌、抑菌消炎、抗辐射、预防动脉粥样硬化等生理功能[1-4],现已成为科学界研究热点。
研究表明:多酚能与多糖、蛋白质、生物碱等多种化合物结合,其中蛋白质作为生命活动的物质基础,是生物体内功能性高分子物质,几乎在所有的生命活动中都发挥着重要作用。
蛋白质与多酚相互作用研究进展
蛋白质与多酚相互作用研究进展刘夫国;马翠翠;王迪;高彦祥【摘要】植物多酚因其独特的化学结构而具有抗肿瘤、抗氧化、抑菌、抗病毒等多种生理功能,在农业、食品、医药等领域得到了广泛应用.多酚可以与蛋白质形成复合物从而导致2种化合物的结构、功能和营养特性的变化.影响蛋白质与多酚非共价相互作用的因素包括温度、pH、蛋白质的类型和浓度,以及酚类化合物的类型和结构.与非共价相互作用相比,蛋白质与多酚共价相互作用将不可逆地改变2种分子的理化性质和功能特性.文中介绍了蛋白质和多酚之间相互作用的生化机制,讨论了用于研究蛋白质与多酚相互作用的方法及所面临的主要挑战.同时,指出了分析蛋白质-多酚产物应考虑的主要问题.【期刊名称】《食品与发酵工业》【年(卷),期】2016(042)002【总页数】7页(P282-288)【关键词】蛋白质;多酚;相互作用;机理;功能特性【作者】刘夫国;马翠翠;王迪;高彦祥【作者单位】中国农业大学食品科学与营养工程学院,北京,100083;中国农业大学食品科学与营养工程学院,北京,100083;中国农业大学食品科学与营养工程学院,北京,100083;中国农业大学食品科学与营养工程学院,北京,100083【正文语种】中文酚类化合物是植物体内一类最重要的次生代谢产物，具有较强的抗氧化作用，以及明显的抑菌、抗癌、抗衰老和抑制胆固醇升高等功效。
摄取一定量的植物多酚能够有效地预防和抑制疾病的发生。
随着现代分离提取技术的迅猛发展，大量植物多酚已从植物中分离鉴定出来。
科学研究表明，多元酚结构具有独特的理化性质，如能与蛋白质、多糖、生物碱等结合，能与金属离子络合，具有还原性，能清除羟自由基等[1]。
在食品加工及人体消化过程中，多酚能与多种化合物发生相互作用，其中蛋白质是最主要的化合物。
蛋白质与多酚通过可逆和不可逆的方式发生相互作用。
可逆的复合过程通常涉及非共价相互作用，而大分子和多酚之间形成共价键的过程是不可逆的。
金属离子与蛋白质的相互作用
金属离子与蛋白质的相互作用一、实验目的：测定过渡金属离子对蛋白质功能的影响二、实验原理：金属离子在许多生命过程中发挥关键作用，研究金属离子与蛋白质的结合作用是生命科学的重要内容，是化学和生命科学研究的前沿领域。
血清白蛋白是哺乳动物血浆中含量最丰富的蛋白质，它能够储存和转运众多的内源性和外源性物质。
由于血清白蛋白在生理上的重要性和易于分离、提纯，从上世纪50年度（国内80年代末）开始，人们对血清白蛋白与金属离子（和药物分子等）的相互作用展开了大量研究，以期在分子水平上揭示相关生命过程的奥秘。
许多蛋白质含有金属离子，金属离子对蛋白质发挥生物学功能起着关键性的作用。
在人体基因组编码的蛋白质中，超过30%的蛋白质含有一个或多个金属离子；所有酶中，超过40%的蛋白质含有金属离子，它们在生命活动过程中发挥着各样的生物学功能。
许多人类的疾病与金属离子-蛋白质的异常相互作用相关。
目前用于研究金属离子与蛋白质相互作用的研究方法主要有：（1）紫外-可见吸收光谱法；（2）荧光光谱法；（3）平衡透析法；（4）毛细管电泳法；（5）电泳法等。
（一）紫外-可见光谱法蛋白质通常有3个明显不同的紫外吸收带：（1）210nm以下的吸收来自肽键的吸收以及许多构象因素；（2）210-250nm为芳香族和其他残基的吸收、某些氢键的吸收、与其他构象和螺旋相关的相互作用等多种因素；（3）250-290nm附近为芳香族的残基，其中酪氨酸残基在278nm （Tyr，260-290nm）附近有强吸收，色氨酸残基（Trp）在290nm附近有强吸收，而苯丙氨酸（Phe，250-260nm）的吸收较弱。
外界因素如溶剂极性以及pH等会影响吸收光谱。
当金属离子与蛋白质结合时，蛋白质或金属离子吸收光谱的强度或者谱带位置会发生变化，可分为两种情况：（1）蛋白质微扰的金属离子光谱变化，可以推断金属离子的配位环境；（2）金属离子微扰的蛋白质光谱变化，可以推断生色基微环境及蛋白质结构的变化。
PartII化学小分子与生物大分子的相互作用
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蛋白质荧光探针：
蛋白质中存在着Tyr、Trp、Phe残基能吸收270-300nm的紫外 光而发出紫外荧光，当加入的小分子配体与蛋白质发生相互 作用时，会导致蛋白质内源荧光淬灭。利用这一现象确定蛋 白质与小分子配体的作用类型及结合部位.但仅此内源荧光还 是不够的，需要通过外源荧光性质才可获得更多信息，因此 荧光探针的发展对蛋白质的分析意义及其重要。 荧光探针满足条件: 1)探针分子与蛋白质分子的某微区有特异性结合且牢固结合 2)探针荧光须对环境敏感 3)蛋白质分子与探针结合后不影响原来的结构和特性
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• 例如， α-葡糖苷酶抑制剂如阿卡波糖(acarbose)、伏 格列波糖（voglibose）和米格列醇（Miglitol）
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• 黄嘌呤氧化酶催化次黄嘌呤氧化成黄嘌呤，进而被氧化成尿 酸，黄嘌呤氧化酶抑制剂--别嘌呤醇治疗痛风病就是通过抑 制黄嘌呤氧化酶，降低尿酸的生物合成。
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②过渡态类似物
1 km [I ] 1 1 [I ] = (1 + ) + (1 + ) v V max Ki [ S ] V max Ki '
在不同的抑制作用中，仅在于Ki和Ki’两个数值的不同，一般可 分为4种类型：即竞争性抑制、非竞争性抑制、反竞争性抑制和 混合性抑制。
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(1).竞争性抑制作用
• 竞争性抑制作用中I只与自由酶结合，因而阻止S与酶结合。而 S又不能与EI结合，I也不能与ES结合，所以EIS不存在；EI亦 不能分解成产物。
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• 例如， 乙酰胆碱酯酶 (AChE) 的羟基与酯酶的酯解部位形成共
价键，其四价氮上的强正电荷与酯酶的阴离子部位呈静电联接。 酶的乙酰化很快导致酯键断裂和胆碱的消除，乙酰化酶随即与 水反应而使酶再生并放出乙酸。
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3、羧基的化学修饰
水溶性的碳化二亚胺类特定修饰蛋白质分子的 羧基基团，目前已成为一种应用最普遍的标准 方法，它在比较温和的条件下就可以进行。
有机汞试剂是最早使用的巯基修饰试剂之一，其中最常用的是对 氯汞苯甲酸，该化合物溶于水中形成羟基衍生物，与巯基相互作 用时在255nm处光吸收具有较大的增强效应。
2、氨基的化学修饰
有许多化合物都可用来修饰赖氨酸残基，三硝基苯磺酸 (TNBS)就是其中非常有效的一种。TNBS与赖氨酸残基 反应，在420 nm和367nm能够产生特定的光吸收。
4、咪唑基的化合修饰
焦碳酸二乙酯(DPC)是最常用的修饰组氨酸残基 的试剂。该试剂在接近中性的情况下表现出比较 好的专一性，与组氨酸残基反应使咪唑基上的1个 氮羧乙基化，并且使得在240 nm处的光吸收增 加。该取代反应在碱性条件下是可逆的，可以重 新生成组氨酸残基。
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当外源化合物的活性代谢产物与细胞内重要生物大分 子，如核酸、蛋白质、脂质等共价结合，发生烷基化 或芳基化，即导致DNA损伤、蛋白质正常功能丧失， 乃至细胞的损伤或死亡、外源化合物与生物大分子相 互作用主要有两种方式：非共价结合和共价结合。
1、可与蛋白质发生反应的化合物
除少数烷化剂外，绝大多数外源化合物需经体内代谢活化， 转变成亲电子的活性代谢物，再与细胞内生物大分子中的 亲核部位和基团发生共价结合，例如蛋白质分子中的亲核 基团、DNA、RNA及一些小分子物质如谷胱甘肽等的亲 核部位等。
第三节、化学物质的共价修饰作用
化学物质与生物大分子的共价作用常常涉及到物 质的生理活性（包括药理、毒理等），如何判断 化合物与蛋白质分子中的哪类基团作用，在体外 主要用化合修饰的方法。
该方法是研究蛋白质结构与功能的一种重要的基 础手段。
一、生物体内蛋白质加合物的形成
许多化学毒物对细胞产生的损害与其亲电代谢产物同 细胞大分子的亲核部位(如蛋白质的巯基)发生不可逆 结合具有密切关系。
试剂类型 烷基化 芳香基化
羰基化合物 酰基化 磷酰化 自由基 具有亲电氮化合物
化合物或前体 卤代物 环氧化物 硫酸烷基酯 活泼的烯烃 醛 有机酸酐、酰氯等 有机磷 ·OH、·CCl3 芳香胺
反应机制 亲核取代
1,4-加成 形成席佛碱 亲核取代或加成 亲核取代 自由基反应 亲核取代
2、蛋白质分子中的可反应基团
理想情况下，修饰试剂只是有选则地与某一特 定的残基反应，很少或几乎不引起蛋白质分子 的构象变化。
在此基础上，从该基团的修饰对蛋白质分子的 生物活性所造成的影响，就可以推测出被修饰 的残基在该蛋白质分子中的功能。
1、巯基的化学修饰
5,5'-二硫-2-硝基苯甲酸(DTNB)，又称为Ellman试剂，目前已成 为最常用的巯基修饰试剂。DTNB可以与巯基酸阴离子在412nm具有很强的吸收， 可以很容易通过光吸收的变化来监测反应的程度。
致癌物分子量的大小不同，反应是不同的，分子 量较小的，如乙烯、丙烷和苯乙烯的氧化物、尿 烷和氯乙烯的环氧化物、丙烯酰胺等，与蛋白质 作用时，所形成的加合物依赖于外源化合物与各 种氨基酸反应的相对速率。
二、氨基酸残基侧链基团的修饰
蛋白质侧链基团的修饰是通过选择性的试剂或 亲和标记试剂与蛋白质分子侧链上特定的功能 基团发生化合反应而实现的。其中的一个重要 作用是用来探测活性部位的结构。