Заряд белковой молекулы.

Факторы устойчивости белковых растворов

Устойчивость белковым растворам придают два фактора: заряд белковой молекулы и гидратная оболочка.

Появление заряда на молекулах белков связано с его амфотерными свойствами (наличием кислотных и основных свойств). Группы, способные приобретать заряды, называются ионогенными. К ним относятся – СООН группы глютамата, аспартата, –NH₂ группы лизина, аргинина, азот имидазольного кольца гистидина. В очень незначительной степени ионизируются –SH группы цистеина и –OH группы тирозина. Ионизация различных функциональных групп белка групп определяется рН среды.

Ионизация кислотных групп (СООН - группы – доноры Н⁺).

При рН = 2-4 половина карбоксильных групп в белках находится в ионизированном состоянии (–СОО^-), половина – в неионизированном виде(– СООН). В силу этого при рН 2-4 карбоксильные группы придают белкам буферные свойства. При физиологических значениях рН в интервале 7,35 – 7,45 (более щелочная среда) преобладает ионизированная форма карбоксильных групп, придающая белковым молекулам отрицательный заряд.

Н₂N- белок - СООН - Н⁺ à Н₂N- белок - СОО^-

 

Ионизация щелочных групп (NH₂ -группы - акцепторы Н⁺)

При рН около 10 половина аминогрупп белков ионизирована, а половина не ионизирована. При рН = 10 NH₂ – группы придают белкам буферные свойства. Физиологическое значение рН близкое к 7, является более кислой средой, поэтому, при физиологических величинах рН преобладает ионизированная форма аминогрупп (NH₃⁺), придающая белковым молекулам положительный заряд.

Н₂N - белок - СООН + Н⁺ à ⁺ Н₃N - белок - СООН

 

Кислотно-основные свойства изучают особым методам потенциометрического титрования Изменение ионизации белка при разных значениях рН имеет вид графика, приведенного ниже.

Из всех аминокислот только гистидин обладает буферными свойствами при рН = 6-7. Входя в состав белка гемоглобина, гистидин определяет его буферные свойства, необходимые для связывания кислорода.

 

 

Изменениями величины рН среды белок можно перевести в особое изоэлектрическое-электронейстральное состояние, в котором сумма положительных зарядов равна сумме отрицательных зарядов и молекула в целом электронейтральна ( ⁺ Н₃N- белок - СОО^-). Значение рН, при котором молекула белка электронейтральна, называется изоэлектрической точкой (ИЭТ). Для большинства белков изоэлектрическая точка находится в кислой среде (рН = 5-5,5). В то же время для гистонов ИЭТ находится в щелочной среде (рН= 9-11). В изоэлектрическом состоянии белки менее устойчивы, чем при наличии зарядов, поскольку заряд белковой молекулы является фактором электростатического отталкивания белковых молекул, определяют ионные связи в белках и формируют наиболее устойчивую конформацию белковой молекулы.