Водные растворы белков

Подобно растворам низкомолекулярных веществ, растворы ВМС делятся на электролиты и неэлектролиты. К неэлектролитам относятся: растворы каучуков, нитроцеллюлозы, ацетилцеллюлозы и др. К высокомолекулярным электролитам или полиэлектролитам относятся вещества, содержащие карбоксильную группу - СООН, сульфогруппу - SO₃H и аминогруппу -NH₂ Важнейшие высокомолекулярные электролиты - водные растворы белков. Их часто называют полиэлектролитами, так как они обладают двумя ионогенными группами, основной (NH₂) и кислотной (CООН), за счет которых макромолекула белка проявляет амфотерные свойства, то есть ведет себя как полиамфолит.

Благодаря амфотерным свойствам белок ведет себя как кислота, вступая в реакцию с основанием:

и как основание, вступая в реакцию с кислотой:

Молекула белка имеет электрический заряд, обусловленный диссоциацией ионогенных групп.

Cостояние белка, при котором число ионизированных основных и кислотных групп в молекуле одинаково, называется изоэлектрическим состоянием (ИЭС). Значение рН, при котором число разноименных зарядов в белковой молекуле и ее общий заряд равен нулю, называется изоэлектрической точкой (ИЭТ) данного белка.

Чтобы перевести белок в изоэлектрическое состояние, необходимо поместить белок в буферный раствор со значением рН, равным его ИЭТ. Поскольку белок обычно является более сильной кислотой, чем основанием, то ИЭТ лежит при рН ниже 7.

Форма макромолекул и их конфигурация зависит от рН среды. При диссоциации только по кислотному или только по основному типу в макромолекулярной изогнутой гибкой цепи появляются одноименные заряды, распределенные по всей ее длине. Под действием отрицательных зарядов макромолекула растягивается. В изоэлектрическом состоянии в макромолекуле чередуются разноименно заряженные или даже скручивают макромолекулу.

От геометрической формы макромолекулы будет зависеть ее доступность гидратации, в ИЭТ макромолекулы скручены в спираль, глобулу, полярные молекулы мало доступны взаимодействию с водой. При рН среды, отличным от ИЭТ, макромолекулы белка гидратируются, т.к. имеют заряд и вытянутую форму. Вода, удерживаемая макромолекулой за счет гидратации, называется связанной. Чем выше гидрофильные свойства полимера, тем больше он содержит воды и тем устойчивее раствор ВМС.