Физико-химические свойства белков

1. Белки имеют большую молекулярную массу (М = 10⁴ – 10⁷).

2. Белки – гидрофильные соединения, то есть имеют сродство к воде. Вода образует гидратные оболочки.

3. Белки – амфотерные полиэлектролиты, содержат –COOH- и – NH₂- группы.

Кислотно-основные свойства белков определяются диссоциацией диаминомонокарбоновых аминокислот.

При изменении pH среды происходит подавление диссоциации карбоксильных или аминогрупп, общий заряд белковой молекулы изменяется.

4. Изоэлектрическое состояние белков – электронейтральное состояние, когда суммарный заряд белка равен нулю для конкретного значения реакции среды.

В ИЭТ белок является наименее устойчивым. Электронейтральные молекулы легко сближаются, склеиваются, коагулируют, выпадают в осадок.

Значение рН, отвечающее ИЭТ белка, определяется числом ионогенных групп. Если белок содержит больше основных аминокислот, ИЭТ выше 7, при преимущественном содержании кислых аминокислот (моноаминодикарбоновых) ниже 7.

Для большинства глобулярных белков рН соответствует рН 4,5-6,5.

Для протаминов, гистонов (белков с щелочными свойствами) ИЭТ наступает при рН 10-12 (рН > 7), для белков с кислотными свойствами ИЭТ – при рН < 7.

Изоэлектрическую точку следует отличать от изоионной точки. Изоионной точкой называют такое значение рН, при котором число протонов, связанных с основными группами, равно числу протонов, отданных диссоциированными кислотными группами в белковой молекуле.

Изоионной точке соответствует такое значение рН, при котором суммарный заряд белковой молекулы равен нулю в условиях полного отсутствия электролитов в растворе. Изоэлектрическая и изоионная точки совпадают, когда раствор белка не содержит никаких других ионов, кроме ионизированных остатков аминокислот белковой молекулы и ионов, образующихся при диссоциации воды.

5. Денатурация белка – нарушение нативной (природной) пространственной структуры белковой молекулы, приводящее к

уменьшению или полной потере ее растворимости, изменению физико-химических свойств белка, утрате биологической активности. Денатурация - необратимое осаждение белков. При денатурации происходит разрушение четвертичной, третичной и вторичной структур (происходит расщепление дисульфидных, гидрофобных, ионных, водородных связей). Первичная структура не разрушается, денатурация не сопровождается разрывом ковалентных связей в составе полипептидной цепи.

Денатурирующие факторы подразделяются на физические и химические.

К химичесим факторам относятся:

- концентрированные минеральные кислоты (H₂SO_4, HCl; HNO₃);

- катионы тяжелых металлов и анионы иода, тиоцианата;

- органические растворители (низшие спирты, этиленгликоль, диоксан, диметилсульфоксид);

- трихлоруксусная кислота;

- сульфосалициловая кислота;

- таннин;

- мочевина и другие амиды (формамид, гуанидинхлорид).

Максимальное денатурирующее влияние мочевина и другие амиды проявляют для высоких концентраций (6М – 10М).

К физическим факторам денатурации относятся:

- высокая температура;

- высокое давление (5000 – 10 000 атм);

- энергичное встряхивание;

- облучение звуковыми волнами высокой частоты;

- ультрафиолетовый свет;

- ионизирующее излучение.

При денатурации белков пептидные связи становятся более доступными для действия протеолитических ферментов, протеолиз денатурированных белков протекает с большей скоростью, чем нативных. Полная денатурация в большинстве случаев необратима, однако иногда удается ренатурировать белки (ферменты).

Способность к ренатурации после нагревания характерна для фермента трипсина. Необходимым условием его ренатурации является медленное охлаждение белка до комнатной температуры (²отжиг²), при этом восстанавливается нативная конформация и биологическая функция трипсина.

6. Гидролиз белков – характерное свойство белковых молекул. Конечными продуктами гидролиза являются аминокислоты.

Гидролиз подразделяется на:

- кислотный;

- щелочной;

- ферментативный.

Ферментативный гидролиз белков протекает с участием протеолитических ферментов.

7. Высаливание – процесс, обратный солевому растворению. Солевое растворение – возрастание растворимости белков в воде при добавлении небольших концентраций нейтральных солей ((NH₄)₂SO_4, Na₂SO_4, Mg SO₄ и др.). Нейтральные соли в малых концентрациях увеличивают степень диссоциации ионизированных групп белка, экранируют заряженные группы белковых молекул, увеличивают диэлектрическую постоянную воды, в результате вода усиливает диссоциацию белка.

Высаливание - осаждение белков из водных растворов под действием высококонцентрированных нейтральных солей (солей щелочных и щелочноземельных металлов). Высаливание – обратимое осаждение при определенных условиях. При высаливании происходит разрушение гидратных оболочек. Относительная эффективность высаливающего действия различных ионов зависит от их размера, величины заряда, способности к гидрации. При больших концентрациях ионов в растворе они оттягивают к себе от заряженных групп белка поляризованные молекулы воды и нарушают гидратную оболочку белка, которая предотвращает его осаждение.

По способности к высаливанию белков из водного раствора анионы и катионы образуют лиотропные ряды - ряды Гофмейстера.

Для анионов в более щелочной среде по сравнению с ИЭТ белка лиотропный выглядит следующим образом:

SO₄^2- > F^- > [Цитрат]^2- > [Тартрат]^2- > СH₃COO^- > Cl^- > Br^- > J^- > CNS^- (pоданид).

Лиотропный ряд для катионов: Ba²⁺ > Sr²⁺ > Ca²⁺ > Mg²⁺ > Cs⁺ > Pb⁺ > K⁺ > Na⁺ > Li⁺

Практически для высаливания часто используют NaCl, (NH₄)₂SO_4, Mg SO_4.

Хлорид натрия осаждает белки слабее, чем сульфат аммония, так как обладает меньшей дегидратирующей способностью в соответствии с положением ионов в ряду Гофмейстера.

8. Водоудерживающая способность белков мышечной ткани. Белково-водный коэффициент (БВК).

Белки мышечной ткани обладают высокой влагоудерживающей способностью (ВУС). ВУС определяют как количество клеточного сока, выделенного тканью при механическом воздействии на нее, выражают а процентах. Например, величина ВУС мяса рыбы колеблется от 10 до 25 %, зависит от вида рыбы, степени свежести и т.д. Белково-водный коэффициент (БВК) – отношение содержания белка к содержанию воды. ВУС и БВК играют важную роль в технологических процессах.