遠(yuǎn)慕生物揭秘蛋白質(zhì)鹽析鹽溶

鹽析鹽溶的原理

從表面的現(xiàn)象看來，『鹽溶』是加鹽使蛋白質(zhì)融入水中，『鹽析』是加鹽使蛋白質(zhì)沉淀出來。兩者所加的鹽類不同，其作用機(jī)制也毫無關(guān)系。但這兩者是最簡單的蛋白質(zhì)分離方法，不但經(jīng)濟(jì)而且方便，可以應(yīng)用在很多實驗。

與鹽溶剛好相反，在蛋白質(zhì)溶液中加入硫酸銨，會使得蛋白質(zhì)的溶解度下降，因而沉淀出來。因為硫酸銨所解離的離子容很大，所帶的電子數(shù)也多(NH4+ , SO4 2 -)，因此當(dāng)其溶入水中時，會吸引大量水分子與這些離子水合。 蛋白質(zhì)分子表面多少有一些較不具極性的區(qū)域，水分子會在這些非極性區(qū)的表面聚集，形成類似『水籠』的構(gòu)造，以便把蛋白質(zhì)溶入水中。一旦蛋白質(zhì)溶液加入硫酸銨，后者吸引了大量水分子，使水籠無法有效隔離蛋白質(zhì)的非極性區(qū)，造成這些非極性區(qū)之間的吸引，因而沉淀下來。 因此，分子表面上若有越多的非極性區(qū)域，就越容易用硫酸銨沉淀下來。

若非極性物質(zhì)硬是要溶入水溶液中，則水分子會在這些非極性物質(zhì)的表面，形成一層比較不活動的隔離層，把非極性物質(zhì)隔離起來，稱為clathrate (水籠)。通常水分子之間，也會以氫鍵互相連結(jié)，這些氫鍵會不斷斷裂，然后又很快形成。而水籠的水分子之間所形成的氫鍵，則較為固定，無法自由去除或生成。

每個蛋白質(zhì)分子表面所裸露出來的氨基酸機(jī)團(tuán)，會影響到整個蛋白質(zhì)的性質(zhì)，也會決定我們?nèi)绾稳ゼ兓艘坏鞍踪|(zhì)。通常，其表面上有極性區(qū)域，也有非極性區(qū)域；而極性區(qū)域又可能帶有正或負(fù)電荷，通常這些帶電性基團(tuán)，對蛋白質(zhì)的活性都有很大的重要性。

質(zhì)子proton是宇宙中的奇妙粒子，這是一顆光溜溜的帶正電粒子；當(dāng)氫丟掉一個電子后，即可得到質(zhì)子，因此寫作H+。質(zhì)子可以隨時附著到一個帶有電子密度的基團(tuán)(如氨基)，使該基團(tuán)多帶了一個正電(-NH3+)。質(zhì)子也很容易由某一個基團(tuán)脫出(如羧基)，而使該基團(tuán)成為帶負(fù)電(-COO-)。

在水環(huán)境中，質(zhì)子數(shù)量的多寡就是酸堿度的指標(biāo)(pH)，會影響分子上各種基團(tuán)的帶電性質(zhì)。而巨分子上這些電荷性質(zhì)的變化，就是生物化學(xué)里許多反應(yīng)機(jī)制的根本肇因。

通常一個蛋白質(zhì)分子上都會帶有電荷，有正電荷、也有副電荷，這些正、負(fù)電荷的凈值，即為此蛋白質(zhì)所帶的凈電荷；蛋白質(zhì)的凈電荷可能為正、也可能為負(fù)，在某pH下蛋白質(zhì)的凈電荷可能為零，則此pH稱為此蛋白質(zhì)的『等電點』(isoelectric point, pI)，一個蛋白質(zhì)的pI通常不會改變。

當(dāng)環(huán)境的pH大于某蛋白質(zhì)的的pI ，則此蛋白質(zhì)的凈電荷為負(fù)；反之則為正值。另外，環(huán)境的pH離其pI越遠(yuǎn)，則其所帶的凈電荷數(shù)目將會越大；越接近pI時，所帶凈電荷變小，最后在其pI處凈電荷為零。因此，蛋白質(zhì)溶液的pH要很小心選擇，以便使該蛋白質(zhì)帶有我們所需要的凈電荷，或者不帶有凈電荷。 蛋白質(zhì)的帶電性質(zhì)決定于其環(huán)境的酸堿度，當(dāng)環(huán)境的pH = 6時，則某pI = 5的蛋白質(zhì)將會帶負(fù)電，因為環(huán)境的pH高于其pI。這幾乎是蛋白質(zhì)最重要的性質(zhì)，將會影響其分子構(gòu)形、酵素活性，以及很多實驗上的操作，如離子交換法、電泳、等電焦集法、鹽溶等。

若環(huán)境的pH = pI，則此蛋白質(zhì)的凈電荷將為零，因為沒有來自相同電荷的斥力，此種蛋白質(zhì)間將會互相凝聚起來，漸漸沉淀下來。因此，有些蛋白質(zhì)可以在其自身的等電點下沉淀，也是一種純化的方法；但須注意，也有些蛋白質(zhì)在其pI下沉淀之后，就不容易再溶解回來，也會因此而損失；蔗糖合成脢就是如此。

當(dāng)溶液中的酸堿度逐漸接近某蛋白質(zhì)的等電點(例如5.2)時，此蛋白質(zhì)的溶解度會漸漸下降，這是因為蛋白質(zhì)分子上的凈電荷漸漸趨向零，蛋白質(zhì)分子之間的互斥力降低所致；此外，這個凈電荷為零的蛋白質(zhì)分子上，事實上還是有數(shù)目相同的正負(fù)電荷，這些正負(fù)電荷對互相吸引也有貢獻(xiàn)。可以利用這種特性，來沉淀出某已知等電點的蛋白質(zhì)。

但若溶液中的鹽濃度漸漸提高，則蛋白質(zhì)的溶解度也會提高，這是因為鹽所解析出來的大量正負(fù)離子，會阻斷上述正負(fù)電荷間的相吸，因而使得蛋白質(zhì)溶入水中。當(dāng)然，越遠(yuǎn)離此蛋白質(zhì)的等電點，這種溶入現(xiàn)象越是顯著。

蛋白質(zhì)有時會以離子鍵吸引在一起，因而降低其溶解度；尤其當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶在與其pI相當(dāng)?shù)膒H中。但若提高鹽濃度，Na+或Cl-離子會把蛋白質(zhì)間的離子鍵隔離開來，因而增加蛋白質(zhì)的溶解度。