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蛋白质的生物活性完全依赖于其精确的三维空间结构(包括一级、二级、三级和四级结构)。pH值通过影响蛋白质的电荷分布,直接改变维持其结构的作用力,从而影响其活性的。 1、影响蛋白质的净电荷和表面电荷分布 蛋白质是由氨基酸通过肽键连接而成的,许多氨基酸侧链是可电离的基团(如羧基-C00H/-C00-,氨基-NH2/-NH3+,咪唑基,胍基等)。溶液的pH值决定了这些基团是质子化还是去质子化,从而影响整个蛋白质分子所带的净电荷和表面电荷的分布。 在等电点(pI):蛋白质净电荷为零,分子间易发生聚集沉淀,溶解度最低,此时活性通常不是最高。 偏离等电点:蛋白质带正电(pH<pI)或负电(pH>pI),分子间相互排斥,溶解度增加。 2、破坏氢键和盐桥 盐桥:是蛋白质分子内或分子间带相反电荷基团之间的静电吸引力(如Lys-NH3+与Asp-C00-)。pH改变会使一方或双方电荷中和,从而破坏盐桥,导致局部结构松弛或整体构象变化。 氢键:pH变化会影响可形成氢键的基团(如羟基、氨基、羧基)的状态,间接影响氢键网络。 这些非共价键是维持蛋白质二级和三级结构的关键。它们的破坏会导致蛋白质构象发生改变。 3、导致蛋白质变性 当 pH 值极度偏离蛋白质的生理pH或稳定范围时(如强酸或强碱条件),蛋白质分子内的大量电荷排斥力会超过维持其结构的其他作用力,导致肽链展开,失去天然构象。这个过程就是变性。变性的蛋白质其生物活性会永久性丧失。 #蛋白质活性 #pH #肽键 #氢键 #蛋白质变性
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NOTHING1年前
蛋白质结构NMR测定 2002年诺贝尔化学奖 测定蛋白质分子结构为人类深入理解生命奥秘、推动医学进步、促进生物技术创新和拓展工业应用提供了关键的基础。 人类最早使用X-Ray确定物质三维结构。1914年,德国物理学家马克斯・冯・劳厄(Max von Laue)因发现晶体中的 X 射线衍射现象而获得诺贝尔物理学奖,这是X射线晶体学发展的重要开端,为研究晶体结构奠定了基础。 1915年,英国物理学家威廉・亨利・布拉格(William Henry Bragg)和他的儿子威廉・劳伦斯・布拉格(William Lawrence Bragg)因用 X 射线对晶体结构的分析所作的贡献而共同获得诺贝尔物理学奖。他们提出了著名的布拉格方程,为X 射线晶体学的定量分析提供了重要工具。(1) 随着生物医学的发展,测定蛋白质大分子对于理解它的功能和特性起到关键的作用。X射线晶体学需要蛋白质等生物大分子形成高质量的晶体才能进行结构解析。获得合适的晶体往往是一个具有挑战性且耗时的过程,需要精确控制蛋白质的纯度、浓度、缓冲液条件、温度等众多因素。很多蛋白质难以结晶,或者只能得到质量不佳的晶体,这严重限制了该方法的应用范围。 NMR是Felix Bloch 和Edward Purcell发现核磁共振现象(1952 年诺贝尔物理学奖),Richard Ernst 提高了其灵敏度并发展了相关技术(1991年诺贝尔化学奖)。NMR开始用于研究物质的物理化学性质。相比之下,NMR对样品的状态要求相对宽松,无需结晶过程,(2)这使得 NMR能够应用于更多种类的生物大分子,包括那些难以结晶的蛋白质和其他生物分子复合物。 20世纪70年代末, Kurt Wüthrich开创性地将二维NMR方法应用于生物大分子研究。他开发了新的实验技术和数据分析方法,使得 NMR 能够更有效地解析生物大分子的复杂结构。例如,他利用二维相关光谱(COSY)和二维 NOE 光谱(NOESY)等技术,成功地解析了蛋白质分子中质子之间的相互关系,为后续的结构解析奠定了基础。 20世纪80年代初,Wüthrich提出了蛋白质等生物大分子中质子共振的顺序分配方法。这一方法是NMR结构生物学的关键基石之一。通过系统地分析二维NMR谱图中的信息,(3)他能够将每个NMR信号与大分子中的特定氢原子核(质子)进行准确配对。#诺贝尔奖 #科普 #化学 #蛋白质
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