Физико-химические свойства белков

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕЛКОВ

Пептидная связь в пептидах и белках устойчива при 37 0С в нейтральной среде, но в кислой и щелочной средах может гидролизоваться. В организме гидролиз белка осуществляется под действием ферментов - пептидаз и строго контролируется.

Для белков характерна высокая вязкость растворов, незначительная диффузия, способность к набуханию в больших пределах, оптическая активность, низкое осмотическое давление, способность к поглощению ультрафиолетовых лучей при 280 нм (это свойство, обусловленное присутствием в белках ароматических аминокислот, используют для количественного определения белков).

Молекулы белков содержат разные -аминокислоты, имеющие и гидрофобные радикалы на основе алифатических и ароматических углеводородов, и гидрофильные радикалы, включая пептидную группировку. Эти радикалы распределены по всей цепи, и поэтому большинство белков являются поверхностно-активными веществами

(ПАВ). Характерная особенность белковых ПАВ – наличие в их молекулах фрагментов с резко различными гидрофильно-липофильным балансом. Это делает их эффективными стабилизаторами для лиофобных


77

дисперсных систем, эмульгаторами жиров и холестерина и активными компонентами биологических мембран. При этом липопротеины в

основном транспортируют холестерин в клетки, а -липопротеины выводят из клеток избыток холестерина.

Белки, как и -аминокислоты являются полиамфолитами. Взаимодействуя с окружающими молекулами растворителя (вода), свободные NH2 и СООН-группы белковой молекулы ионизируются, образуя катионные и анионные центры молекулы белка. В зависимости от их соотношения белковая молекула получает суммарный (+) или (-) заряд, а также характеризуется тем или иным значением рН среды при достижении изоэлектрической точки белка.

Изоэлектрическая точка белка является характерной константой белка и для большинства белков животных тканей лежит в пределах от 5,5 до 7,0, что свидетельствует о частичном преобладании кислых аминокислот. Однако в природе имеются белки , у которых pI лежит при крайних значениях рН среды. В частности, pI пепсина (фермента желудочного сока) равна 1, а pI сальмина (основного белка из молок семги) около 12.

В зависимости от аминокислотного состава белки подразделяются на «нейтральные» (рI = 5,0 7,0), «кислотные» (рI 4,0) и “основные”, или “щелочные” (рI 7,5). В “кислотных” белках повышенное содержание аспарагиновой или глутаминовой кислот, а в “основных” – аргинина, лизина или гистидина.

В изоэлектрической точке белки наименее устойчивы и легко выпадают

в осадок, обладая наименьшей растворимостью. Изоэлектрическая точка белка в сильной степени зависит от присутствия в растворе ионов солей, в то же время на ее величину не влияет концентрация белка.

Различие в кислотно-основных свойствах белков лежит в основе разделения и анализа белковых смесей методами электрофореза и ионообменной хроматографии. Анализ белка с помощью электрофореза широко применяется в клинической биохимии для диагностики заболеваний.

Еще одно своеобразное качество белков – денатурация. Денатурацией называется разрушение природной (нативной) конформации макромолекулы белка под внешним воздействием. При денатурации разрушаются четвертичная, третичная и вторичная структуры, а первичная структура белка сохраняется. При этом разрушаются в основном нековалентные (в частности, водородные) связи и дисульфидные мостики и не затрагиваются пептидые связи остова полипептидной цепи. Поэтому, в зависимости от природы белка и интенсивности внешнего воздействия, денатурация может иметь необратимый и обратимый характер. При определенных условиях



78

денатурированный белок можно частично или полностью вернуть к исходному состоянию. Такой белок называют ренатурированным. Необратимая денатурация обычно происходит при тепловом воздействии (например, свертывание яичного альбумина при варке яиц). У денатурированных глобулярных белков уменьшается сродство к воде, так как на поверхности молекул оказывается много гидрофобных радикалов. Поэтому снижается их растворимость, появляются хлопья и осадок. При денатурации утрачивается биологическая активность и глобулярных, и фибриллярных белков, что наблюдается при многих способах их выделения. Во избежание денатурации белка и для сохранения его нативной конформации в процессе выделения все операции проводят в мягких условиях при температуре не выше 5 0С, избегая резких воздействий химических реагентов.

Процесс денатурации часто используют для практических целей, например при получении и хранении ферментов или других биологически активных белковых препаратов, в ряде процессов пищевой промышленности (при приготовлении яичного порошка, консервов и т.д.). Процесс денатурации используется и в медицинской практике. Так при отравлении сулемой или другими солями тяжелых металлов пострадавшему в качестве «противоядия» дают пить молоко или раствор яичного белка. При этом происходит адсорбция металлов на поверхности белка, образуются нерастворимые комплексы белка с металлами.