Полиэлектролиты. Белки. Изоэлектрическая точка

Оптические свойства

Длинныемакромолекулы линейных и разветвлённых полимеров в растворе обычно не вытянуты в длину, а свёрнуты в более или менее плотные клубки, называемые глобулами. Из-за непрерывного броуновского и микроброуновского движения глобулы могут изменять свои размеры и общую конфигурацию, но обычно эти изменения незначительны. Размеры глобул полиэлектролитов и белков в водных растворах в значительной степени зависят от рН среды. Но при каждом данном рН они колеблются около какой-то средней величины. При прохождении через раствор ВМВ света глобулы, будучи по размерам меньше, чем длины световых волн видимого диапазона, как и мицеллы коллоидных растворов, обусловливают светорассеяние. Оно проявляется в голубоватом свечении растворов, например, раствора крахмала, исчезающем при затенении. Светорассеяние растворов ВМВ, в общем, подчиняется тем же законам, что и светорассеяние коллоидных растворов и может быть использовано для нефелометрическогоопределения концентрации или размеров глобул.

Вместе с тем, разбавленные растворы ВМВ, в которых светорассеяние проявляется в очень незначительной степени, подобно растворам низкомолекулярных веществ могут анализироваться обычными колориметрическими и спектрофотометрическими методами.

Полимеры, макромолекулы которых содержат ионогенные группы, называются полиэлектролитами. В зависимости от природы ионогенных групп различают поликислоты, полиоснованияи полиамфолиты(последние содержат как кислотные, так и оснóвные группы). В водном растворе из-за диссоциации полярных групп макромолекула полиэлектролита существует в форме полииона, окружённого эквивалентным количеством малых противоионов. Сильные полиэлектролиты, например, полиэтилендисульфокислота в водных растворах, полностью ионизованы. У слабых полиэлектролитов, например полиакриловой кислоты, степень диссоциации полярных групп, а значит, и величина заряда, зависит от рН.

Полиэлектролиты могут быть растворимыми в воде, и нерастворимыми, как, например, белок кератин или синтетические ионообменные смолы. Применяются полиэлектролиты в качестве ионообменников, ПАВ, структурообразователей, загустителей и др. К полиэлектролитам относятся и важнейшие биополимеры- нуклеиновые кислоты, полипептиды и белки. Кроме того, что белки являются одним из основных компонентов живых организмов и важнейшим пищевым продуктом, они используются и в фармации в качестве лекарственных средств, составных частей кровезаменителей, стабилизаторов коллоидных лекарственных форм и т. д.

Особенности поведения полиэлектролитов в растворах обусловлены наличием электростатических взаимодействий: отталкиванием одноимённо заряженных групп в макромолекуле и притяжением низкомолекулярных противоионов к полииону. Отталкивание усиливается при разбавлении бессолевых растворов полиэлектролитов водой вследствие уменьшения экранирования заряженных групп противоионами. В результате полиионы, свёрнутые в клубок, распрямляются.

Белкиот синтетических полиамфолитовотличаются сравнительно невысокой плотностью полярных групп в макромолекулах. Так как белки состоят из остатков ами­но­кислот, их полярные группы - это, главным образом, -NH₃⁺ (оснóвные) и -СОО^- (кислотные) группы. В зависимости от рН среды эти группы могут быть ионизованы в различной степени. Так, в кислой среде подавляется ионизация карбоксильных групп, и макромолекулы существуют в виде полимерных катионов. В щелочной среде, наоборот, подавляется ионизация аминогрупп, что приводит к возникновению полимерных анионов.

При определённых значениях концентрации водородных ионов количества ионизированных основных и кислотных групп могут оказаться равными, причём количество тех и других в каждой макромолекуле является минимальным. Такое состояние белка называется изоэлектрическим, а значение рН, при котором система находится в изоэлектрическом состоянии, называется изоэлектрической точкой (ИЭТ, ИТ, pI). В ИЭТ макромолекула белка представляет собой амфиион (цвиттер-ион), строение которого можно изобразить так:

В макромолекулах большинства белков содержится больше способных к диссоциации карбоксильных групп, чем аминогрупп. Поэтому белки, как правило, являются более сильными кислотами, чем основаниями, и их изоэлектрическая точка обычно меньше 7. Но имеются и такие белки, изоэлектрическая точка которых > 7. Причём у каждого белка значение ИЭТ обычно соответствует рН среды, в которой функционирует белок. Отсюда следует, что белки проявляют наилучшую жизнедеятельность тогда, когда они находятся в изоэлектричсском состоянии. В частности, с этим связано буферное действие сред организма, поддерживающее необходимое для нормального функционирования белков значение рН среды.

Дата добавления: 2014-01-04