Амфотерность белков

Амфотерность белков (наличие у молекул как кислотных, так и оснόвных свойств) обусловлена присутствием в их молекулах свободных карбоксильных групп (кислотные группы) и аминогрупп (оснόвные группы). Эти группы входят в состав радикалов аминокислот и, как было выше указано, не участвуют в образовании пептидных связей. Проявление белками кислотных или оснόвных свойств зависит от кислотности среды.

В кислой среде (рН < 7) вследствие избытка ионов водорода (протонов) диссоциация карбоксильных групп подавлена. Свободные аминогруппы легко присоединяют к себе имеющиеся в избытке протоны и переходят в протонированную форму:

СООН СООН СООН СООН

+ H⁺

NH₂ NH₃⁺

NH₂ COOH NH₃⁺ COOH

Таким образом, белки в кислой среде проявляют оснóвные (щелочные) и находятся в катионной форме (их молекулы заряжены положительно).

В щелочной среде (рН > 7) преобладают ионы гидроксила (ОН^-),ионов водорода мало. В этих условиях легко протекает диссоциация карбоксильных групп, протонирование аминогрупп практически не происходит:

СООН СООН СОО^- СОО-

+ n ОH^-

NH₂ NH₂

NH₂ COOH - n Н₂О NH₂

COO^-

Поэтому в щелочной среде белки обладают кислотными свойствами и находятся в анионной форме (их молекулы заряжены отрицательно).

Однако при определенной кислотности в молекуле белка может быть одинаковое количество диссоциированных карбоксильных групп (-СОО^-) и протонированных аминогрупп (-NH₃⁺). Такая белковая молекула не имеет заряда и является нейтральной.

СОО^- СООН

NH₃⁺

NH₃⁺ COO^-

Значение рН, при котором молекулы белка нейтральны, называется изоэлектрической точкой белка и обозначается рI или рН_иэт. Для каждого белка изоэлектрическая точка имеет строго определенную величину. Значение рI зависит от соотношения в молекуле белка между аминокислотами, содержащими в радикале карбоксильную группу (моноаминодикарбоновые кислоты), и аминокислотами, содержащими в радикале аминогруппу (диаминомонокарбоновые кислоты). Если в белке преобладают аминокислоты с дополнительной карбоксильной группой, то значение изоэлектрической точки находится в кислой среде (рI < 7). В случае преобладания аминокислот со свободными аминогруппами изоэлектрическая точка имеет величину больше 7, т.е. находится в щелочной среде.

По значению рI можно установить заряд белка, находящегося в растворе с известным рН. Если рН раствора больше величины изоэлектрической точки, молекулы белка имеют отрицательный заряд. В растворах, у которых рН меньше изоэлектрической точки растворенного белка, белковые молекулы заряжены положительно и находятся в катионной форме. При этом, чем больше отклонение рН от рI, тем больше величина соответственно отрицательного или положительного заряда.

Следовательно, при повышении или снижении кислотности изменяется заряд белковых молекул, что сказывается на свойствах белка и, в том числе, на его функциональной активности.