Физико-химические свойства белков

В основе многообразия выполняемых белками функций лежит необычайная универсальность их физико-химических свойств. Растворы белков являются молекулярно-дисперсными, вследствие большого размера растворённых молекул такие растворы имеют физические свойства, характерные для коллоидных систем (буферные свойства, гидрофобность, онкотическое давление, седиментация, коагуляция, высаливание, диализ). Коллоидные растворы представляют собой растворы с размером частиц от 0,1 до 0,01 микрон. Наличие на поверхности белковых молекул ионизирующих групп (NH₂-COOH) определяет кислотно - основные характеристики растворов белков. Таких ионогенных групп может насчитываться до 15-20 на каждые 100 аминокислотных остатков. Т.о. белки - это полиэлектролиты, т.к. они могут содержать одновременно «+» и «-» заряженные группировки, белки являются амфолитами. Значение рН, при котором

белок находится в изоэлектрическом состоянии (т.е. когда заряд равен 0), называют изоэлектрической точкой. В кислой среде увеличение концентрации Н⁺ приводит к подавлению диссоциации СООН- группы и уменьшает «-» заряд белков.

В щелочной среде избыток ОН связывается с протонами Н⁺, образованными при

диссоциации:-NН₃+ OH-*~NH₂+ H₂O, что уменьшает «+» заряд молекулы.

Т.о. суммарный заряд какого-либо белка зависит от рН раствора. Для многих ферментов

характерно то, что их нативная активность проявляется при значениях рН, близких к

ИЭТ, поэтому даже самые незначительные изменения рН крови, цитоплазмы, клеток и

т.д. приводят к очень серьезным последствиям и являются причиной целого ряда

заболеваний. Большинство белков имеет гидрофильную поверхность, однако некоторые

на поверхности содержат гидрофобные радикалы, как следствие этого плохо растворимы

или не растворимы в воде, но растворимы в липидах.

Процесс взаимодействия таких радикалов с липидами называется сольватация. Такие

белки характерны для мембран. Кроме значения рН растворимость белка зависит от его

химической природы и состава растворителя. Например, белки, не растворимые в воде,

растворяются в присутствии низких концентраций нейтральных солей.

Некоторые примеры растворимости белков: альбумины растворимы в воде и в солевых

растворах, глобулины слабо растворимы в воде, но хорошо в солевых растворах.

Кроме уровня организации молекулы, аминокислотного состава ППЦ на растворимость

белков существенное влияние оказывает рН.

В ИЭТ белки способны агрегироваться и выпадать в осадок. Осаждение белков может

быть вызвано и другими факторами, например, действие водоотнимающих средств,

таких как C₂H₅OH, CH₃COH, CHOH. Растворимость белка снижается при денатурации.

Этот процесс связан с разрывом, нарушением слабых связей и взаимодействий, которые

поддерживают нативную структуру. Ковалентные связи при этом не изменяются.

Факторы денатурации:

1. температура

2. изменение нормального для белка значения рН

3. высокие концентрации солей, которые нарушают электростатические
взаимодействия и водородные связи

4. соли тяжёлых металлов, которые образуют с белками стойкие нерастворимые
комплексы

5. мочевина и гуанидин, который действует на гидрофобные взаимодействия и
водородные связи

6. сульфидные связи (13-меркаптоэтанол) или надмуравьиная кислота, которые
разрушают дисульфидные связи.

Денатурация может быть обратимой и необратимой. Находящиеся на поверхности аминокислотные остатки способны образовывать разнообразные связи с другими веществами, которые называют лигандами. Как правило, белковые молекулы имеют специфические центры связи, имеющие вид углубления. Существуют определённые принципы взаимодействия белков с лигандами:

1. соседние остатки ППЦ могут взаимодействовать таким образом, что доступ воды к другим участкам поверхности белка может быть ограничен, в этом случае удаётся достигнуть более прочных водородных связей и ионных взаимодействий между белком и лигандом,

2. образование комплекса из соседних полярных аминокислот изменяет реакционную
способность боковых группировок, что может привести к активированию обычно
неактивных функциональных группировок,

3. значительную роль во взаимодействиях белков с другими молекулами играют
гидрофобные остатки аминокислот.

Помимо активного центра у белков имеются определённые участки, которые способны регулировать активность связывания, взаимодействие белка с другими веществами — такие участки называются аллостерическими. Аллостерические центры характерны для многих ферментов и играют роль в их активности.