ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕЛКОВ. Размер белковых молекул лежит в пределах 1 мкм до 1 нм и, следовательно, они яв­ляютсяколлоидными частицами

Размер белковых молекул лежит в пределах 1 мкм до 1 нм и, следовательно, они яв­ляются коллоидными частицами, которые в воде образуют коллоидные растворы. Эти растворы характеризуются высокой вязкостью, низким значением осмотического давления, способностью рассеивать лучи видимого света, не проходят сквозь полупроницаемые мембраны, образуют гели и способны к набуханию. Рассмотрим свойства белков более подробно.

1. Молекулярная масса белков.

Белки относятся к высокомолекулярным соединениям, в состав которых входят сотни и тысячи аминокислот, поэтому они имеют большие значения молекулярной массы (от 6 000 до 1 000 000 и выше). Для определения молекулярной массы используют различные физико-химические методы: седиментационный, осмометрический, гель-фильтрационный, вискозометрический, ультрафильтрационный, электрофоретический, оптический.

2. Оптические свойства.

Белки являются оптически активными веществами, так как состоят из оптически активных аминокислот. Они способны вращать плоскость поляризации света, рассеивать световые лучи видимой части спектра и поглощать ультрафиолетовые лучи. Эти свойства используют при коли­чественном определении белков, определении их конформации, молекулярной массы.

3. Белки способны адсорбировать на своей поверхности низкомолекулярные органические соединения и ионы (витамины, ионы железа, меди и др.), а иногда и захватывать их внутрь молекулы. С этим свойством белков связана их транспортная функция в организме.

4. Амфотерность белков.

Белки, также как и аминокислоты, являются амфотерными электролитами благодаря одновременному присутствию -СООН и –NH₂ групп. Диссоциация этих групп приводит к заряжению белковой молекулы. В зависимости от преобладания в молекуле белка моноаминодикарбоновых (глутаминовой, аспарагиновой) или диаминомонокарбоновых аминокислот (лизина, аргинина) белки в водных растворах обладают свойствами слабых кислот или слабых оснований, соответственно. Большинство природных белков имеют кислый характер (казеин, желатина, альбумины и др.) и в водном растворе несут отрицательный заряд, основные белки (гистоны, протамины) в водном растворе заряжены положительно. Свойство амфотерности лежит в основе буферных свойств белков и их участии в регуляции рН крови.

5. Подвижность в электрическом поле.

В связи с тем, что белки являются заряженными частицами, они двигаются в электрическом поле к катоду или аноду в зависимости от величины их суммарного заряда. Суммарный заряд белковой молекулы зависит от величины рН среды. Изменяя значение рН среды, можно добиться такого состояния, когда количество положительно и отрицательно заряженных групп будет одинаково, заряд белка при этом равен нулю, и молекула белка не будет перемещаться в электрическом поле. Такое значение рН среды определяется как изоэлектрическая точка (рН_ИЭТ). Значение изоэлектрической точки зависит от аминокислотного состава и специфично для каждого белка, например, для казеина рН_ИЭТ = 4,7, для яичного альбумина – 4,8, яичного глобулина – 6,6, желатина – 4,9, зеина (кукурузного белка) – 6,2. Чем дальше будет отстоять значение рН среды от рН_ИЭТ, тем большим суммарным зарядом будут обладать молекулы белка и с большей скоростью двигаться в электрическом поле.

Это свойство положено в основу электрофоретического метода, используемого для идентификации и фракционирования белков, а также при исследовании физико-химических свойств белков.

6. Растворимость белков.

Белки сильно различаются по своей растворимости в водных системах. При растворении белков в воде вокруг их молекул образуется гидратная оболочка, которая наряду с зарядом белковых частиц является фактором устойчивости белковых растворов.

На растворимость белков существенное влияние оказывают следующие факторы: а) рН, б) ионная сила, в) диэлектрические свойства растворителя и г) температура.

а) Влияние рН раствора на растворимость белков.

При значении рН раствора, совпадающем с величиной рН_ИЭТ, белки будут обладают наименьшей растворимостью. Объясняется это тем, что в изоэлектрической точке суммарный заряд молекулы белка равен нулю, и, следовательно, между соседними молекулами белка отсутствует электростатическое отталкивание. При значениях рН, отличных от значений рН_ИЭТ, молекулы белка имеют суммарный заряд одного знака, вследствие чего они отталкиваются друг от друга. На этом свойстве основан метод изоэлектрического осаждения белков.

б) Влияние ионной силы на растворимость белков.

При добавлении к растворам белка солей небольших концентраций растворимость многих бел­ков повышается. Этот эффект зависит также от величины зарядов каждого из ионов, присутствующих в растворе: соли, содержащие двухзарядные ионы значительно эффективнее повы­шают растворимость белков, чем соли, содержащие однозарядные ионы.

При значительном повышении кон­центрации солей раство­римость белков начинает опять пони­жаться, и при очень высоких концентра­циях соли белок может полностью выпасть в осадок (если рН среды совпадает с рН_ИЭТ). Это явление называет­ся высаливанием.

Оба описанных эффекта, т.е. повы­шение растворимости белков при низких концентрациях соли и понижение при высоких концентрациях, широко исполь­зуются для разделения белковых фракций, очистки белков, получения их в кристаллическом виде.

в) Влияние растворителя на растворимость белков.

Добавление смешивающихся с во­дой нейтральных органических раство­рителей уменьшает растворимость большинства белков в воде до такой степени, что они могут выпадать в осадок (если при этом рН раствора совпадает с рН_ИЭТ). Например, этанол или ацетон, являясь водоотнимающими веществами, понижают степень гидра­тации белков и уменьшают их растворимость. Кроме того, растворимость белков зависит от диэлектрической постоянной среды (при постоянных значениях рН и ионной силы). С уменьшением диэлектрической постоянной растворителя силы притяжения между двумя молекулами белка возрастают, что способствует агре­гации белков, т.е. снижает их растворимость. Эти закономерности используют для разделения белковых молекул.

г) Влияние температуры на растворимость белков.

В сравнительно узком интервале температур, приблизительно от 0 до 40°С, растворимость большинства белков возрастает с повышением температуры. При температурах, превышающих 40—50°С, большинство белков утрачивает стабильность, начинается их денатурация, сопровождающаяся обычно резким снижением растворимости.

7. Денатурация белков.

В настоящее время установлено, что для каждого белка характерна только одна пространственная структура, в которой он стабилен и проявляет биологическую активность. Эта структура носит название нативной конформации белка. Изменение нативной конформации белка, сопровождающееся потерей характерных для него свойств: растворимости, биологической активности, электрофоретической подвижности и др., называется денатурацией. Денатурация, как правило, затрагивает четвертичную, третичную и частично вторичную структуры бел­ковой молекулы и не сопровождается какими-либо изменениями пер­вичной структуры. Денатурацию могут вызывать различные физические и химические факторы: высокая температура, механические воздействия, действие ионизирующих излучений, обработка ультразвуком, действие органическими растворителями, растворами кислот, щелочей, солей тяжелых металлов.

Примером тепловой денатурации может служить «свертывание» белка при варке яиц. Денатурация белков происходит в желудке, где имеется сильнокислая среда и это способствует расщеплению белков протеолитическими ферментами. По мере старения организма происходит постепенная, хотя и чрезвычайно медленная, денатурация белков и снижение их гидрофильности.

При опре­деленных условиях денатурированный белок можно частично или пол­ностью вернуть к исходному нативному состоянию. Такой процесс называют ренатурацией, а белок – ренатурированным. Этот процесс происходит самопроизвольно при значениях рН и температуры, обеспечивающих стабильность нативной формы, и не требует подвода энергии извне. Ренатурацию обычно проводят в мягких условиях, медленно снимая воздействие.

8. Цветные реакции на белки.

а) Качественная реакция на белок – биуретовая реакция, которая обусловлена наличием пептидных связей в белковых молекулах. В щелочной среде белки образуют с ионами меди растворимое комплексное соединение сине-фиолетового цвета.

б) Реакции, которые обусловлены аминокислотным составом белков:

- универсальная (нингидриновая), которую дают все аминокислоты и, следовательно, белок любого состава;

- специфические, связанные с наличием определенных аминокислотных радикалов в белке (ксантопротеиновая, реакции Миллона, Адамкевича, Сакагучи, Паули, Фоля).

Цветные реакции используются для качественного и количественного определения белков и аминокислот, которые широко используются в биохимических анализах.

Поиск по сайту: