蛋白质的变性作用和分子构象的浮动

蛋白质是有生物活力的一类生物高分子，其生物活力在保存或处理过程中会丧失。笼统地说，这种过程叫失活。
失活有各种原因，当蛋白质分子在受到一些物理因素如加热、高压、表面张力，或者接触到一些化学试剂如胍、脲、有机溶剂等，均可导致失活。这种失活还伴随着其他的现象，如蛋白质溶解度的降低，物理常数的变化等等。但是这些变化都不导致蛋白质的一级结构的破坏。这种失活现象叫做变性。变性时，蛋白质所具有的特定的高级结构丧失。因此蛋白质的生物活力与它的高级结构有紧密的关系。
变性的蛋白质的构象大体有下列几种情况：
❶完全伸展的构象，即天然态时分子内部的次级键都被破坏，肽链可随意运动。
❷肽链的天然构象大部分被破坏，但结构稳定的一部分构象依旧被保存，相当多的蛋白质在热变性态属于这种情况。
❸在某些有机溶剂或表面活性剂中，蛋白质转变成高螺旋状态，对于大多数蛋白质讲，这也是一种变性态。许多膜蛋白在脂质的介质中也取这种状态，这是一种天然态。
曾经认为蛋白质变性后，就不再能恢复到天然态。随着蛋白质的高度纯化和重新天然化条件的仔细探索，发现大量的蛋白质在变性后都能重新恢复活力。因此认为蛋白质的变性是可逆转的。但是有一些蛋白质的变性逆过程需要有特定的程序。例如烟草花叶病毒外壳蛋白在浓醋酸中变性，如将其醋酸直接稀释，蛋白质不能恢复天然态而沉淀。如将其对水透析，即醋酸缓慢稀释，蛋白质就能重新天然化而恢复重组成病毒的能力。虽然认为蛋白质的变性是可逆的，但是至今依旧有许多变性蛋白质没有找到重新天然化的方法。
在蛋白质晶体结构中，原子都有确定的位置，因此似乎分子中这些原子是固定不变的。但事实不然。早在50年代初，就提出蛋白质分子的构象浮动问题。后来有大量根据说明，蛋白质的天然态是围绕着某一构象摆动着的，摆动的幅度因蛋白质分子而异。这就是构象浮动。
构象浮动有不同的水平。一种是结构域之间的浮动。如免疫球蛋白分子有几个结构域，这些结构域如Fab的V域与C域之间，或Fc的CH与CH之间都有相互的摆动。其次是整个链段的浮动。如柠檬酸合成酶，对于分子的主体讲，N端约70个氨基酸残基的链段是摆动的。又如乳酸阻遏子的分子有一个稳定的T核，其N端59个残基也形成一有高度规则的实体，但这一实体相对于T核而浮动。链段浮动这一类例子较多。再下一层是侧链基团的浮动。胰岛素B12Val的侧链顶端应是两个甲基，但是在晶体结构中表现出三个内容。这是βC转动的结果。类似的现象很多，值得注意的是丝氨酸蛋白水解酶A，它的底物结合中心的口部有很显著的运动。但结合了配体以后，这一部分结构不再运动。看来这种现象可能与酶结合底物有关。此外，各个原子围绕平均位置的热运动是普遍存在的。
蛋白质分子各种层次的浮动是蛋白质分子发挥功能的需要。