Физико-химические свойства белков

1. Растворимость. Белки формируют коллоидные растворы, что обусловлено размером частиц (размеры частиц 0,1-0,001 мкм). Для растворов белков характерны следующие характеристики: низкое осмотическое давление, высокая вязкость, низкая способность к диффузии. В лабораторной практике используют 2 свойства коллоидных растворов белков: нефелометрическое определение количества белка на основе эффекта Тиндаля; диализ – очистка белков от низкомолекулярных примесей.

2. Амфотерность белков. Белки обладают кислыми и основными свойствами из-за присутствия карбоксильных и аминогрупп. Изоэлектрическая точка белков (pI) – значение рН, при котором суммарный заряд белка равен нулю. В pI белок электронейтрален, поэтому обладает минимальной растворимостью, максимальной преципитацией и наименьшей буферной способностью. Изоэлектрическая точка определяется количеством NH₂ и СООН групп в молекуле белка. Если количество NH₂ и СООН групп равны, рI лежит в слабокислой среде (ионизация карбоксильных групп несколько выше, чем аминных) при рН≤7. Если количество NH₂>СООН, то pI лежит в щелочной среде. Если количество NH₂<СООН, то pI лежит в кислой среде. При рН>pI заряд белка всегда отрицательный, так как карбоксильные группы переходят в форму СОО^-, а аминные группы в форму NH₂. При рН<рI заряд белка положительный, т.к. при уменьшении рН все больше аминогрупп переходит в форму NH₃⁺, а диссоциация карбоксильных групп подавляется.

3. Способность к осаждению (преципитации). Белки существуют в коллоидном растворе из-за наличия заряда и гидратации полярных групп. Белки могут быть преципитированы путем дегидратации или нейтрализации полярных групп.

Преципитация в рI. Белки мало растворимы в изоэлектрической точке. Например, белок молока казеин сворачивается, если молоко кислое. Это объясняется тем, что молочная кислота, образуемая бактериями снижает рН, приближая его к изоэлектрической точке казеина (pI 4,6).

Высаливание. Процесс преципитации добавлением нейтральных солей (сульфата аммония или сульфата натрия) называется высаливанием. Этот процесс объясняется дегидратацией молекул белков солями, что приводит к молекулярной агрегации и преципитации. Количество соли, необходимой для преципитации зависит от молекулярной массы белка. Чем больше молекулярная масса белка, тем меньше соли необходимо для преципитации. Например, глобулины сыворотке осаждаются полунасыщенным раствором сульфата аммония, в то время как альбумин – насыщенным раствором. Высаливание используется для разделения белков сыворотки крови. Добавление незначительного количества нейтральных солей повышает растворимость белков.

Осаждение солями тяжелых металлов. Ионы тяжелых металлов (Pb²⁺, Hg²⁺, Fe²⁺, Zn²⁺, Cd²⁺) вызывает осаждение белков. Металлы имеют положительный заряд и в щелочной среде вызывают преципитацию белков.

Осаждение анионами или алкалоидными реактивами. Белки осаждаются трихлоруксусной кислотой, сульфосалициловой кислотой, пикриновой кислотой, таниновой кислотой. Белки являются катионами и добавление анионов кислот приводит к комплексов белок-анион.

4. Электрофорез белков. В методе электрофореза белков сыворотки используют слабощелочные буферные растворы (т.е.рН>pI), чаще рН=8.6. При этом белки заряжаются отрицательно и перемещаются к аноду. Изоэлектрическое фокусирование. Метод основан на том, что в изоэлектрической точке белок теряет заряд и теряет подвижность в электрическом поле. Трубку с гелем заполняют амфолинами, создающими градиент рН. В электрическом поле белок будет передвигаться до того значения, где он войдет в свое изоэлектрическое состояние и, потеряв заряд, остановится.

Белки являются полимерами, которые состоят из L-a-аминокислот. Различают 4 уровня структурной организации белка: первичную, вторичную, третичную и четвертичную.