天然蛋白因受物理或化學(xué)因素影響，高級結(jié)構(gòu)遭到破壞，致使其理化性質(zhì)和生物功能發(fā)生改變，但并不導(dǎo)致一級結(jié)構(gòu)的改變，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的變性。二硫鍵的改變引起的失活可看作變性。
能使蛋白質(zhì)變性的因素很多，如強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬鹽、尿素、胍、去污劑、三氯乙酸、有機(jī)溶劑、高溫、射線、超聲波、劇烈振蕩或攪拌等。但不同蛋白對各種因素的敏感性不同。
溫度：多數(shù)蛋白在60℃以上開始變性。熱變性通常是不可逆的，少數(shù)蛋白在pH6以下變性時(shí)不發(fā)生二硫鍵交換，仍可復(fù)性。多數(shù)蛋白在低溫下穩(wěn)定，但有些蛋白在低溫下會(huì)鈍化，其中有些蛋白的鈍化是不可逆的。如固氮酶的鐵蛋白在0－1℃下15小時(shí)就會(huì)失活。一個(gè)可能的原因是寡聚蛋白發(fā)生解聚，如TMV的丙酮酸羧化酶。
pH值：蛋白質(zhì)一般在pH 4－10范圍較穩(wěn)定。當(dāng)pH超過pK幾個(gè)單位時(shí)，一些蛋白內(nèi)部基團(tuán)可能會(huì)翻轉(zhuǎn)到表面，造成變性。如血紅蛋白分子內(nèi)部的組氨酸在低pH下會(huì)出現(xiàn)在表面。
有機(jī)溶劑：能破壞氫鍵，削弱疏水鍵，還能降低介電常數(shù)，使分子內(nèi)斥力增加，造成肽鏈伸展、變性。高濃度有機(jī)溶劑變性時(shí)可能發(fā)生螺旋度上升，稱為重構(gòu)造變性。
胍、尿素等：破壞氫鍵和疏水鍵。硫氰酸胍比鹽酸胍效果好。胍和尿素造成的變性一般生成無規(guī)卷曲，如果二硫鍵被破壞，就成為線性結(jié)構(gòu)。胍的變性作用最徹底。熱變性和酸、堿造成的變性經(jīng)常保留部分緊密構(gòu)象，可被胍破壞。
某些鹽類：鹽溶效應(yīng)強(qiáng)的鹽類，如氯化鈣、硫氰酸鉀等，有變性作用，可能是與蛋白內(nèi)部基團(tuán)或溶劑相互作用的結(jié)果。
表面活性劑：如SDS-、CTAB+、triton等。triton因?yàn)椴粠щ姾?，所以比較溫和，經(jīng)常用來破碎病毒。
蛋白質(zhì)變性后分子性質(zhì)改變，粘度升高，溶解度降低，容易沉淀。這是由于其表面的水化層和雙電層被破壞，內(nèi)部疏水區(qū)暴露造成的。但是，并不是變性的蛋白一定會(huì)沉淀。比如在做SDS電泳變性樣品的時(shí)候，由于SDS的存在，變性蛋白仍然溶解在緩沖液中。這時(shí)一般會(huì)控制蛋白濃度不要過高，以防蛋白質(zhì)凝聚沉淀。
變性蛋白的旋光度和紅外、紫外光譜均發(fā)生變化，同時(shí)結(jié)晶能力也會(huì)喪失。這是因?yàn)榻Y(jié)晶需要蛋白質(zhì)分子規(guī)則排列，所以必需構(gòu)象相同。變性蛋白則呈現(xiàn)雜亂無章的構(gòu)象，自然無法規(guī)則排列，也就難以結(jié)晶了。所以，結(jié)晶能力也常用來衡量蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)是否正常。
蛋白質(zhì)變性時(shí)光譜改變。Sci Rep.2016
變性蛋白易被水解，即消化率上升（這是肉類煮熟后容易消化的生化基礎(chǔ)）。同時(shí)包埋在分子內(nèi)部的可反應(yīng)基團(tuán)暴露出來，使其反應(yīng)性增加一些天然構(gòu)象時(shí)無法發(fā)生的反應(yīng)也可能呈陽性。蛋白質(zhì)變性后失去生物活性，抗原性也發(fā)生改變，某些針對天然構(gòu)象的抗體會(huì)失效。這些變化的原因主要都是由于高級結(jié)構(gòu)的改變。
由于變性蛋白的一級結(jié)構(gòu)并不改變，所以高級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)還在，在適當(dāng)條件下還可以恢復(fù)高級結(jié)構(gòu)和功能，稱為復(fù)性。如胃蛋白酶加熱至80－90℃時(shí)，失去活性，降溫至37℃，又可恢復(fù)活力。但是，蛋白質(zhì)的折疊是一個(gè)復(fù)雜的過程，有時(shí)候還需要一些分子伴侶之類的分子輔助折疊，所以結(jié)構(gòu)復(fù)雜的蛋白往往不易復(fù)性。而且蛋白質(zhì)變性后疏水殘基外露，會(huì)導(dǎo)致很多分子凝聚到一起，就會(huì)成為不可逆的變性。一般蛋白質(zhì)濃度越高，越容易發(fā)生凝聚，所以做蛋白質(zhì)復(fù)性的時(shí)候，都會(huì)將樣品稀釋。
研究蛋白質(zhì)的變性，可采取某些措施防止變性，如添加明膠、樹膠、酶的底物和抑制劑、輔基、金屬離子、鹽類、緩沖液、糖類等，可抑制變性作用。但有些酶在有底物時(shí)會(huì)降低熱穩(wěn)定性。有時(shí)有機(jī)溶劑也可起穩(wěn)定作用，如豬心蘋果酸脫氫酶，在25℃下保溫30分鐘，酶活為50％；加入70％甘油后，經(jīng)同樣處理，活力為109％。
變性現(xiàn)象也可加以利用，如用酒精消毒，就是利用乙醇的變性作用來殺菌。食品工業(yè)上將大豆蛋白變性，使它成為纖維狀，類似肌纖維的樣子，就是人造肉。在提純蛋白時(shí)，可用變性劑除去一些易變性的雜蛋白。比如提取雞的卵粘蛋白的時(shí)候，就是利用卵粘蛋白不易變性的特點(diǎn)，用三氯乙酸將卵清蛋白等雜蛋白變性除去。
