Физико-химические свойства белков

Белки обладают характерными физико-химическими свойствами.

Их молекулярные массы охватывают область от нескольких тысяч до многих миллионов дальтон. Нижней границей молекулярной массы белков условно принято считать величину 6000 (аналогичные по строению соединения с более низкой молекулярной массой называют полипептидами). Молекулярные массы многих широко распространенных белков достигают десятков и сотен тысяч и даже миллионов дальтон (гемоглобин М=64500, каталаза М=250000, синтаза жирных кислот М=2300000).

Молекулы белков вследствие чрезвычайно больших размеров называют макромолекулами.

Огромные размеры молекул белковых веществ хорошо объясняют и ясно выраженный коллоидный характер их растворов.

Мощным фактором стабилизации коллоидных систем белка является заряд их частиц. Частицы коллоидного раствора белка имеют высокие электрические заряды одного знака, благодаря чему они не соединяются в более крупные частицы и не осаждаются.

С коллоидным характером растворов белков связана их способность рассеивать луч света (явление Тиндаля) и неспособность проходить через поры животных и растительных мембран. Последнее свойство используется для очистки растворов белка от находящихся в них низкомолекулярных веществ. Этот метод носит название диализа.

Белки обладают гидрофильными свойствами, т.е. имеют большое сродство к воде. В присутствии гидрофильного коллоида возможно связывание большого количества воды и образование растворов, представляющих собой все степени перехода от золя до геля. Наличие определенной формы, упругости, вязкости и др. свойств у тканей организма, в значительной степени связано как с особым строением входящих в состав клеток белковых молекул, так и с их гидрофильным характером.

Многие свойства белков объясняются тем, что белки содержат большое число катион - и анион-образующих групп, в результате чего они почти при всех условиях являются полиэлектролитами или амфотерными электролитами. В ионизации участвуют, главным образом, боковые цепи (так называемые радикалы - R) остатков аминокислот, образующие белковую молекулу. В молекуле белка, главным образом, за счет этих радикалов всегда имеется некоторое количество свободных карбоксильных групп и аминогрупп. Карбоксильная группа, способная к диссоциации с образованием Н-ионов, придает белку характер слабой органической кислоты и несет отрицательный заряд. Наличие в молекуле белка аминогрупп определяет основные свойства белка, поскольку к аминогруппе может присоединиться протон (Н-ион) с образованием R--NH₃⁺-ионов, имеющих положительный заряд.

Если частицы белка несут одновременно положительный и отрицательный заряд и практически являются электронейтральными частицами, то суммарный заряд их равен нулю, и они называются амфионами или цвиттерионами. В форме амфионов частицы белка лишены одного из основных факторов стабилизации коллоидного раствора – заряда, и поэтому легко выпадают в осадок.

Белковые частицы в растворе могут, однако, менять свой заряд в зависимости от значения рН среды.

При появлении заряда белковые частицы могут передвигаться в электрическом поле, как все заряженные частицы, к противоположно заряженному полюсу. В кислой среде белок передвигается к катоду (имеющему отрицательный заряд), а в щелочной – к аноду (имеющему положительный заряд). Это передвижение называется электрофорезом (дословно – «движение посредством электрического тока»).

В процессе титрования белка от предельно кислой до предельно основной формы существует значение рН раствора, при котором средний заряд белка равен нулю. Это значение рН носит название изоэлектрической точки. При значении рН среды, равном изоэлектрической точке, данный белок не перемещается в электрическом поле. Ниже изоэлектрической точки каждый белок ведет себя как катион (т.е. частица с положительным зарядом), выше изоэлектрической точки – как анион, (т.е. как частичка с отрицательным зарядом), и это тем сильнее выражено, чем больше удален он от изоэлектрической точки. Положение изоэлектрической точки специфического белка зависит от рода и числа имеющихся групп, способных к ионизации, т.е., в основном, от боковых цепей (радикалов) аминокислотных остатков белка.

Изоэлектрические точки большинства белков близки к 7, что обусловлено приблизительно одинаковым содержанием в молекуле белка кислотных и основных остатков. Однако существуют и такие белки, у которых изоэлектрические точки существенно отличны от 7,0. Так, например, пепсин (протеолитический фермент, функционирующий в сильнокислой среде желудка), имеет изоэлектрическую точку, близкую к 1, а изоэлектрические точки протаминов близки к 12.

Одним из характерных физико-химических свойств белков является их растворимость. Поскольку большинство белков обладает гидрофильными свойствами, они легко растворяются в воде. Следует отметить, что вода, входящая в состав гидратного слоя, обладает иными свойствами, чем обычная вода, и называется структурированной водой.

Различные белки обладают различной растворимостью. Одни из них хорошо растворимы в воде, другие – в водных растворах солей той или иной концентрации, третьи – в смесях воды и полярных растворителей, к примеру, спирта. Растворимость большинства белков зависит от:

- ионной силы;

- концентрации водородных ионов (т.е. значения рН среды);

- концентрации органических растворителей;

- температуры.

Выделение белков из растворов после прибавления различных солей носит название высаливания.

Процесс высаливания белка зачастую не связан с потерей белком способности вновь растворяться в воде после удаления водоотнимающего вещества (к примеру, методом диализа). Различные белки высаливаются при неодинаковых концентрациях солей, что позволяет проводить их разделение.

Для очистки и фракционирования белка существуют специальные методы. К ним относятся:

- осаждение солью;

- изоэлектрическое осаждение;

- осаждение органическими растворителями (ацетоном, этанолом, метанолом и др.);

- ионообменная хроматография;

- адсорбционная хроматография;

- электрофорез;

- молекулярные сита;

- кристаллизация.

Дата добавления: 2014-01-05