Физико-химические свойства белков

Белки имеют высокую молекулярную массу, которая колеблется от 6000 до 1 000 000 дальтон. Из за своей большой молекулярной массы белки способны набухать и растворяться в воде, за исключением белка кератина.

Растворение белка в воде объясняется тем, что молекула белка является заряженной частицей, она притягивает к себе диполи воды, которые образуют вокруг нее водную сальватную оболочку. При растворении в воде белки образуют коллоидные растворы, которые характеризуются следующими свойствами: не проходят через полупроницаемые перегородки (мембраны) из целлофана, коллодия. Это свойство лежит в основе процесса диализа. Непрохождение белка через мембраны почечных канальцев предохраняет организм от потери белка с мочой. Явление диализа лежит в основе аппарата «искусственная почка» для лечения больных, страдающих почечной недостаточностью. Белок способен рассеивать лучи видимого света (эффект Пендаля), коагулировать и устойчив к седиментации (осаждению) за счет наличия двух факторов устойчивости: заряда на молекуле белка и водной оболочки вокруг нее.

У большинства белков имеется отрицательный заряд. Появление заряда на белковой молекуле зависит от ее химического состава, т. е. от наличия в ней остатков различных альфа-аминокислот. Если в молекуле белка преобладают кислые аминокислоты, содержащие в своем составе избыток карбоксильных групп в боковых цепях (радикалах), то молекула белка имеет отрицательный заряд.

Если в молекуле белка преобладают основные аминокислоты, содержащие в своем составе избыток аминогрупп в боковых цепях (радикалах), то молекула белка имеет положительный заряд.

Механизм появления электрического заряда на белковой молекуле: при диссоциации карбоксильной группы в радикалах, т. е. отщепление иона водорода, у нее возникает отрицательный заряд, а к аминогруппе в боковой цепи присоединяются протон и превращается в положительный центр. Суммарный заряд на молекуле белка будет зависеть от количества и соотношения этих групп. Белки, несущие на себе определенные заряды в электрическом поле будут перемещаться с различной скоростью в направлении положительного или отрицательного полюса.

Такой способ разделения белков называется электрофорезом. При клинико-биохимических исследованиях методом электрофореза разделяют белковые фракции с целью диагностики ряда заболеваний существенно меняется фракционный состав белков.

Знак заряда белковой молекулы можно изменить, изменяя pH среды. При определенном значении pH молекула белка становится электронейтральной, и она не будет перемещаться в электрическом поле. Значение pH, при котором суммарный заряд белковых молекул равен нулю, т. е. белок лишен заряда называется изоэлектрической точкой.

Для большинства белков значение pH — 5,5-7,0 (куриный белок имеет кислые свойства, отрицательный заряд и pH = 4,8). Изоэлектрическая точка является наиболее важной характеристикой белка. В этой точке белки наименее устойчивы и легко выпадают в осадок. Так, кислые белки начинают коагулироваться с слабокислой среде, основные белки — с слабощелочной среде.

Осаждение белков может быть обратимым и необратимым. Обратимое осаждение наблюдается при действии на растворы белка концентрированными растворами аммонийных солей и солей щелочных металлов. Если к раствору куриного белка прилить раствор сульфата аммония, жидкость мутнеет и появляется осадок. При добавлении воды осадок растворяется.

Необратимое осаждение наблюдается при добавлении к раствору белка солей тяжелых металлов, а также осаждение белков возможно при действии минеральных кислот, формалина, фенола, этилового спирта. При этом образуется осадок, который при добавлении к нему воды не растворяется.

При слабом нагревании белки свертываются. При температуре 50-60ºС большинство белков теряют свои нативные свойства. Физиологически оптимальной температурой для белков является 20-37ºС.

Процессы осаждения и свертывания белков, связанные с разрушением их вторичной и третичной структур и потерей биологических функций называются денатурацией. Денатурация белка может возникнуть при действии различных физических и химических факторов — облучение, радиация, изменение pH.

Денатурация белков положена в основу лечения отравления тяжелыми металлами. При отравлении больному дают выпить молоко или сырое яйцо. Белки адсорбируют на своей поверхности металлы и сворачиваются, т. е. денатурируются.

В организме животных и человека происходит гидролиз белков под влиянием ферментов (пепсина, трипсина и т.д) по месту разрыва пептидной связи. Конечными продуктами гидролиза белка являются альфа-аминокислоты. Они попадают в кровь и поступают в клетки и ткани организма, где образуются необходимые белки. Часть аминокислот подвергается окислению и распаду, в результате чего образуются аммиак, углекислый газ и вода. Аммиак превращается в мочевину и выводится из организма с мочой.

Вопросы для опроса:

1. Что такое белки?

2. По типу какой реакции происходит образование белка?

3. Как образуется пептидная связь?

4. Какие вы знаете белки? Назовите их отличие друг от друга.

5. От чего зависит заряд на макромолекуле белка?

6. Какой раствор образуют белки при растворении их в воде?

7. Где происходит гидролиз белка? Назовите конечный продукт гидролиза белка?

8. Какие цветные реакции на белки вы знаете? Укажите их назначение

9. Какие функции выполняют белки в организме человека?

10. Какие структуры белка вы знаете?