揭秘蛋白質鹽析鹽溶

　　鹽析鹽溶的原理

　　從表面的現象看來，『鹽溶』是加鹽使蛋白質融入水中，『鹽析』是加鹽使蛋白質沉淀出來。兩者所加的鹽類不同，其作用機制也毫無關系。但這兩者是最簡單的蛋白質分離方法，不但經濟而且方便，可以應用在很多實驗。

　　 與鹽溶剛好相反，在蛋白質溶液中加入硫酸銨，會使得蛋白質的溶解度下降，因而沉淀出來。因為硫酸銨所解離的離子容很大，所帶的電子數也多(NH4+ , SO4 2 -)，因此當其溶入水中時，會吸引大量水分子與這些離子水合。

　　 蛋白質分子表面多少有一些較不具極性的區域，水分子會在這些非極性區的表面聚集，形成類似『水籠』的構造，以便把蛋白質溶入水中。一旦蛋白質溶液加入硫酸銨，后者吸引了大量水分子，使水籠無法有效隔離蛋白質的非極性區，造成這些非極性區之間的吸引，因而沉淀下來。 因此，分子表面上若有越多的非極性區域，就越容易用硫酸銨沉淀下來。

　　 若非極性物質硬是要溶入水溶液中，則水分子會在這些非極性物質的表面，形成一層比較不活動的隔離層，把非極性物質隔離起來，稱為clathrate (水籠)。通常水分子之間，也會以氫鍵互相連結，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。

　　 每個蛋白質分子表面所裸露出來的氨基酸機團，會影響到整個蛋白質的性質，也會決定我們如何去純化此一蛋白質。通常，其表面上有極性區域，也有非極性區域；而極性區域又可能帶有正或負電荷，通常這些帶電性基團，對蛋白質的活性都有很大的重要性。

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

　　 在水環境中，質子數量的多寡就是酸堿度的指標(pH)，會影響分子上各種基團的帶電性質。而巨分子上這些電荷性質的變化，就是生物化學里許多反應機制的根本肇因。

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

　　 當環境的pH大于某蛋白質的的pI (如上圖某蛋白質的pI = 6，環境pH = 9)，則此蛋白質的凈電荷為負；反之則為正值。另外，環境的pH離其pI越遠，則其所帶的凈電荷數目將會越大；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，蛋白質溶液的pH要很小心選擇，以便使該蛋白質帶有我們所需要的凈電荷，或者不帶有凈電荷。 蛋白質的帶電性質決定于其環境的酸堿度，當環境的pH = 6時，則某pI = 5的蛋白質將會帶負電，因為環境的pH高于其pI。這幾乎是蛋白質最重要的性質，將會影響其分子構形、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。

　　 若環境的pH = pI，則此蛋白質的凈電荷將為零，因為沒有來自相同電荷的斥力，此種蛋白質間將會互相凝聚起來，漸漸沉淀下來。因此，有些蛋白質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。

　　 當溶液中的酸堿度逐漸接近某蛋白質的等電點(例如5.2)時，此蛋白質的溶解度會漸漸下降，這是因為蛋白質分子上的凈電荷漸漸趨向零，蛋白質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分子上，事實上還是有數目相同的正負電荷，這些正負電荷對互相吸引也有貢獻。可以利用這種特性，來沉淀出某已知等電點的蛋白質。

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

　　 蛋白質有時會以離子鍵吸引在一起，因而降低其溶解度；尤其當蛋白質溶在與其pI相當的pH中。但若提高鹽濃度，Na+或Cl-離子會把蛋白質間的離子鍵隔離開來，因而增加蛋白質的溶解度。