蛋白質(zhì)形成凝膠的兩種類型和機(jī)理

蛋白質(zhì)凝膠的形成可以定義為蛋白質(zhì)分子的聚集現(xiàn)象，在這種聚集過(guò)程中，吸引力和排斥力處于平衡，以至于形成能保持大量水分的高度有序的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或基體。如果吸引力占主導(dǎo)，則形成凝結(jié)物，水分從凝膠基體排除出來(lái)。如果排斥力占主導(dǎo)，便難以形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 蛋白質(zhì)凝膠的類型主要決定于蛋白質(zhì)分子的形狀。由于凝膠過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，也受外界環(huán)境的pH、離子強(qiáng)度及加熱的溫度和時(shí)間的影響。

纖維狀蛋白質(zhì)分子，如明膠和肌漿球蛋白凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由隨機(jī)的或螺旋結(jié)構(gòu)的多肽鏈組成。明膠的凝膠網(wǎng)絡(luò)為線性分子通過(guò)形成連接區(qū)而形成凝膠網(wǎng)絡(luò)?？茖W(xué)家觀測(cè)到肌漿球蛋白凝膠是由線性分子間形成連接點(diǎn)而構(gòu)建成三維網(wǎng)絡(luò)。

球蛋白的熱凝膠是由仍保持球形結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)分子首尾聚集而形成的。專家認(rèn)為球蛋白形成兩種類型的凝膠：高度定向有序的“念珠串狀”網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和隨機(jī)聚集的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?！澳钪榇疇睢蹦z外觀透明或半透明，大豆蛋白具有這種凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種凝膠是在低離子強(qiáng)度和遠(yuǎn)離蛋白質(zhì)等電點(diǎn)pI的條件下形成的。當(dāng)環(huán)境的離子強(qiáng)度較高及pH接近等電點(diǎn)pI時(shí)，則形成隨機(jī)聚集的凝膠。然而大多數(shù)球蛋白凝膠都具有這兩種類型的凝膠網(wǎng)絡(luò)，這決定于蛋白質(zhì)的濃度、環(huán)境的pH與離子強(qiáng)度及加熱的溫度和時(shí)間。

蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的變化是蛋白質(zhì)分子聚集的先決條件，球蛋白更是如此。在串狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)分子仍保持球形構(gòu)象。經(jīng)典的球形蛋白質(zhì)分子展開(kāi)的“兩種狀態(tài)”理論，認(rèn)為僅存住兩種狀態(tài)的蛋白質(zhì)：未變性的蛋白質(zhì)和高度變性的無(wú)序蛋白質(zhì)一現(xiàn)在已經(jīng)證明，存從無(wú)序狀態(tài)向未變性狀態(tài)展開(kāi)的路徑中明顯存在一動(dòng)態(tài)的中間體。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)相似的中間體狀態(tài)存在于低pH(或高pH)的平衡條件下、適當(dāng)濃度變性劑的條件下和高溫度的條件下。這種中間體狀態(tài)被稱為“熔融球蛋白狀態(tài)”，它被定義為含有與未變性狀態(tài)相似的二級(jí)結(jié)構(gòu)而三級(jí)結(jié)構(gòu)展開(kāi)的緊湊的球形分子。從受熱時(shí)的未變性狀態(tài)到熔融球蛋白的轉(zhuǎn)變及這種部分變性的形式主要與熱凝膠的形成有關(guān)。