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蛋白质一般认为有三级结构。一级结构是氨基酸顺序，由肽键控制，因为肽键是化学键，十分牢固，低温下很难解开。二级结构是部分氨基酸形成的区域结构，如螺旋，折片等，主要有氢键来维系，一般来说低温下也不易解开。但是三级结构有范德华力约束，控制蛋白质整体外形构造，对蛋白质活性十分重要，低温下三级结构可能发生变化，从而失去活性。不过对于大部分酶类蛋白质而言，低温变性往往是可恢复的，在温度逐渐升高的过程中恢复，但是如果升温过快会造成永久变性。
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