Лекції з Біохімії

1.doc (17 стор.)
Оригінал


1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   17
^

1.4. Фізико-хімічні властивості білків


  Фізико-хімічні властивості білків

Первинна структура білків в значній мірі визначає вторинну, третинну структури та особливості четвертинної структури. У свою чергу, первинна та просторова структури білків, їх молекулярна маса, форма і розміри обумовлюють їх фізико-хімічні властивості.

Молекулярна маса білків досить велика, тому вони відносяться до високомолекулярних сполук. Молекулярна маса білків коливається від 6000 до 1 000 000 Дальтон і вище, вона залежить від кількості амінокислотних залишків у поліпептидному ланцюзі, а для олігомерних білків мають четвертинних структуру - від кількості вхідних в них протомери (субодиниць).

Молекулярна маса деяких білків складає: інсулін - 5700Д,

Пепсин-35 000Д, гемоглобін - 65 000Д.

Молекулярну масу білка можна визначити по швидкості седиментації при ультрацентріфугірованія, тобто при прискоренні 100000-500000 G. На підставі цього визначають коефіцієнт седиментації, який позначають S (на честь шведського вченого Сведберг). Він запропонував за одиницю коефіцієнта седиментації величину 10 -13. Молекулярна маса більшості білків коливається в межах 1-20S.

Іншим методом визначення молекулярної маси є метод гельфільтраціі (молекулярне просіювання). Використовується штучно створені гранули, мають пори (гранули сефадексе). Всередину гранули можуть проникати тільки сполуки визначеного розміру: молекули невеликого розміру входять в гранули, а великі швидше вимиваються. Молекулярна маса розраховується орієнтовно. Буфер не затримується, а білок рухається тим повільніше, чим менше молекулярна маса.

Білки здатні зв'язуватися з лігандами.

Білки специфічно впізнають свої ліганди, що обумовлено комплементарним

будовою певної ділянки білка і ліганда.

Виборчий забезпечується білковою частиною гемоглобіну. Центр зв'язування ліганда називається активним центром. Ця властивість лежить в основі іншого методу розділення білків - афінної хроматографії.

Білки мають різну форму, але виділяють дві основні групи: глобулярні (кулясті) і фібрилярні (веретеноподібні). Глобулярні білки більш компактні, в цих білках гідрофільні групи розташовані переважно зовні, а гідрофобні - всередині, утворюючи ядро.

На основі відмінностей білків в молекулярній масі, розмірів і формі їх можна розділити за допомогою ультрацентрифугування (по швидкості седиментації), методом гель - фільтрації (молекулярного просіювання в сефадексе).

Відмінності в первинній структурі білків, їх конфігурації, молекулярній масі, розмірах визначають різноманітні властивості білків. Можна виділити кілька груп фізико-хімічних властивостей.

Електрохімічні властивості білків.

Білки - амфотарні поліелектроліти, тобто подібно амінокислотам вони мають кислотними і основними властивостями. Ці властивості білка обумовлені електрохімічної природою R-радикалів амінокислот, що входять до складу білка. Оскільки більша частина йоногенних і полярних R-груп знаходиться на поверхні білкової глобули, то саме вони визначають кислотно-основні (амфотарні) властивості і заряд білкової молекули. Кислі властивості білку надають аспарагінова і глутамінова амінокислоти, дисоціація їх карбоксильних груп є джерелом негативних електричних зарядів на поверхні білкової молекули. Основні властивості білку надають лізин, аргінін, гістидин, здатні до протонування і до створення на поверхні білкової молекули позитивних зарядів. У амфотерними природу білкової молекули вносять вклад (хоча і несуттєвий) її N-і С-кінцеві амінокислоти. Слабка дисоціація SН-груп цистеїну і ОН-груп тирозину вельми неістотно впливає на амфотерність білків. У цілому, чим більше кислих амінокислот міститься в білку, тим сильніше виражені його кислотні властивості, тим вище сумарна щільність негативного заряду, і чим більше основних амінокислот, тим яскравіше проявляються основні властивості білка і вище щільність позитивних зарядів на його молекулі. Однак слід зазначити, що значення рК радикалів амінокислот коливаються в досить широких межах.

Амфотерними природа білків обумовлює певну буферність їх розчинів. Однак при фізіологічних значеннях рН вона невелика. Виняток становлять білки, що містять велику кількість гістидину, так як тільки бічні імідазольного групи гістидину володіють буферними властивостями в інтервалі значень рН, близьких до фізіологічних. Таких білків мало; до них відноситься, наприклад, гемоглобін тварин, що містить 8% гістидину, який зумовлює високу внутрішньоклітинну буферність в еритроцитах, підтримуючи рН крові на постійному рівні.

Сумарний заряд білкової молекули визначається співвідношенням в ній кислотних і основних радикалів амінокислот і величиною їх рК. Якщо в білку кислі амінокислоти переважають над основними, то в цілому молекула білка електронегативність, тобто знаходиться у формі полианионов, і навпаки, якщо переважають основні амінокислоти - у формі полікатіона.

Амфотерний характер білків особливо яскраво проявляється при зміні рН білкового розчину. У кислому середовищі в результаті високої концентрації Н +-іонів йде придушення кислотної дисоціації карбоксильних груп і інтенсивне протонирование NH - 2,-NH-, імідазольного груп - сумарний заряд білкової молекули буде позитивний; у лужному середовищі при надлишку ОH-іонів буде спостерігатися зворотна картина : інтенсивна дисоціація карбоксильних груп і депротонірованіе основних груп - сумарний заряд від'ємний. Природно, що кожен білок при якомусь певному значенні рН матиме сумарний електричний заряд, що дорівнює нулю; такий стан білка називається ізоелектричної станом, а величина рН, яка обумовлює цей стан, називається ізоелектричної точкою (ІЕТ). У цій точці білок не володіє рухливістю в електричному полі; має найменшу розчинність у воді; білкові розчини володіють мінімальної стійкістю і мінімальним осмотичним тиском. ІЕТ кожного білка визначається співвідношенням кислих і основних груп, величиною їх рК: чим більше це співвідношення і нижче величина рК груп, тим нижче ІЕТ білка. У кислих білків ІЕТ <7, у нейтральних близько 7, а в основних> 7; при рН <ІЕТ білок буде знаходитися в формі полікатіона, при рН> ІЕТ - у формі полианионов, в ІЕТ - у формі ам-фотерного полііонних (цвиттер- полііонних). ІЕТ більшості білків клітин тварин, рослин, мікроорганізмів лежить в межах 5,5-6,0, а внутрішньоклітинна величина рН знаходиться в межах 7,0-7,2 (фізіологічне значення рН). Отже, клітинні білки мають у загальному негативний заряд, який врівноважується неорганічними катіонами.

Оскільки кожен білок у водних або буферних розчинах має свій сумарний заряд певної величини, ця властивість білків знайшло широке застосування для їх розділення методом електрофорезу. Він заснований на пересуванні зарядженої частинки в електричному полі. Рух частинки відбувається в рідкому середовищі, яка утримується інертним твердим носієм, наприклад смужкою паперу, гелевою плівкою з крохмалю, опарою, поліакриламід, декстраном, ацетатом целюлози, що дозволяє істотно знизити дифузію фракціоніруемих білків на відміну від електрофорезу у водному середовищі. Рідина ж служить проводить середовищем для електричного поля, коли до неї прикладено зовнішнє напруга. Рухливість зарядженої молекули в електричному полі називається електрофоретичної рухливістю.

У розділенні білків найбільшого поширення набув електрофорез у поліакриламідному гелі (ПААГ), який застосовується для розділення, очищення, оцінки чистоти і визначення молекулярної маси. Гель поліакриламідному матриці у вигляді однорідного тонкого шару (а не гранул) можна помістити між двома пластмасовими пластинками або ж заповнити цим гелем трубочки. Структура поліакриламіду зшита поперечними зв'язками, завдяки чому цей матеріал має розвинену пористість.

Колоїдні властивості білків

Водні розчини білків - це стійкі системи, по цій властивості їх можна віднести до дійсних молекулярним розчинів. Однак висока молекулярна маса білків надає їм колоїдний характер.

Як правило, діаметр білкових глобул перевищує 0,001 мкм. Молекули білків не здатні дифундувати через напівпроникні мембрани-целофан. На цьому явищі заснована очистка білків від низькомолекулярних домішок методом діалізу, очищення та концентрування білків методом ультрафільтрації. При діалізі целофановий мішечок з розчином білка поміщають в посудину з проточною водою. Зовнішні стінки мішечка омиваються водою. Низькомолекулярні речовини дифундують через мембрану і віддаляються разом з водою, а білки залишаються. При ультрафільтрації мембрана діє як молекулярний фільтр.

Біологічні мембрани живих клітин також непроникні для білків. Тому що містяться в протоплазменних структурах цих клітин білки створюють у них певний осмотичний тиск, зване колоїдно-осмотичний або онкотичного тиск.

Малою швидкістю дифузії володіють білки і у водних розчинах, вона залежить не тільки від молекулярної маси, але і від форми білкової молекули. Глобулярні білки у водних розчинах мають більш високий коефіцієнт дифузії, ніж фібрилярні.

Характерними ознаками колоїдного характеру білкових розчинів є їх опалесценція, блиск і здатність розсіювати промені світла (ефект Тиндаля).

Якщо через кювету з розчином низькомолекулярного речовини, наприклад NaС1, пропустити пучок світла, то в кюветі він не буде виявлений, розчин є «оптично порожнім». Інша картина буде спостерігатися в кюветі з розчином білка, при бічному освітленні в ній з'являється світна смуга або конус. При проходженні світла через розчин, що містить білкові глобули, радіус яких набагато перевищує довжину хвилі світла, буде спостерігатися дифракція світла: падаючи на білкову глобул, світло буде відбиватися в різних напрямках.

Світлорозсіювальна здатність білків може бути використана при визначенні концентрації білкових розчинів методами нефелометрії і турбідіметрія, заснованих на порівнянні інтенсивності світлорозсіювання цих розчинів.

Гідратація білків

Гідратація білків - здатність білків зв'язувати воду. 100 р. білка пов'язує 30-35 р. води.

. Вода зв'язується йоногенних груп і пептидними групами, розташованими в основному, усередині молекули білка. Проникнення води всередину молекули білка називається набуханням. Зв'язування води йоногенних груп, розташованими на поверхні білкової молекули, призводить до утворення гідратної оболонки. Кількість зв'язаної води для різних білків складає близько 35 г на 100 г білка. Пов'язана вода в гідратної оболонці знаходиться в упорядкованому стані, що приводить до зменшення ентропії при гідратації.

1.3.4 Розчинність білків у воді

Багато білки добре розчинні у воді, що визначається кількістю полярних груп. Розчинність глобулярних молекул краще, ніж фібрилярних білків. Фактори, що визначають стабільність білкових розчинів:

- Наявність зарядів в білковій молекулі. Однойменні заряди сприяють розчинності білка, тому перешкоджають з'єднанню молекул і випадання в осад.

- Наявність гідратної оболонки, що перешкоджає об'єднанню білкових молекул. Для осадження білка, його необхідно позбавити цих двох факторів стійкості. Методом осадження білка є вливання - осадження білка за допомогою нейтральних солей - (NH4) 2-S04.

У напівнасичення розчині (NH4) 2-SO4 осаджуються глобуліни, а в насиченому - альбуміни.

Після видалення облягати фактора, білки переходять у розчинений стан.

Лабільність просторової структури білка.

Під дією зовнішніх факторів може відбуватися порушення вищих рівнів організації білкової молекули (вторинної, третинної, четвертинної структур) при збереженні первинної структури. При цьому білок втрачає свої нативні, фізико-хімічні та біологічні властивості. Це явище називається денатурацією. Денатурацію викликають хімічні фактори (підвищення температури, тиску, механічний вплив, УЗ, іонізуюче випромінювання), хімічні фактори (кислоти, луги, органічні розчинники-спирт, фенол; солі важких металів). N У деяких випадках можлива ренатурації, коли денатурують фактор діяв короткочасно і наніс легке руйнування молекулі. В останні роки встановлено, що в організмі є білки запобігають денатурацію. Шаперонів - клас білків, що захищає в умовах клітини інші білки від денатурації. Вони полегшують формування просторової конфігурації білків. До них належать білки теплового шоку або білки стресу.

Попередній розділ

Розділ верхнього рівня

Наступний розділ


Навчальний матеріал
© uadoc.zavantag.com
При копіюванні вкажіть посилання.
звернутися до адміністрації