31. Белки как представители полиэлектролитов. Изоэлектрическое состояние белка, изоэлектрическая точка белка (иэт). Заряд белковой молекулы в кислой и щелочной средах.

Одной из важных проблем, возникающих при изучении ВМС, является проблема появления на поверхности макромолекул заряда. Поверхность макромолекулы может иметь собственный заряд, возникающий благодаря расположенным на ней анионным и катионным группам. Белки, например, содержат карбоксильные анионы, несущие отрицательный заряд, и протонированные основные группы, которые сообщают молекуле положительный заряд. Нуклеиновые кислоты заряжены отрицательно, что обусловлено диссоциацией фосфатных групп, которые в структуре остова молекулы чередуются с молекулами пентозы. Макромолекулы, не содержащие ионизируемых групп, могут связывать ионы растворителя или другие имеющиеся в растворе ионы за счѐт поляризации вблизи гидроксигрупп или атомов кислорода, входящих в состав макромолекул. Таким образом, заряженная поверхность макромолекул является одной из особенностей отличающей их от молекул низкомолекулярных веществ.

Многие макромолекулы являются примером полиэлектролитов. Полиэлектролиты — это полимеры, в макромолекулах которых содержатся ионогенные группы. В растворе макромолекула полиэлектролита представляет собой полиион, окруженный эквивалентным количеством противоионов, малых по размеру с зарядами противоположного знака.

Меняя рН среды, можно изменять ионизирующую способность макромолекул белков. Константы диссоциации кислотных и основных групп белков не совпадают. По этой причине число диссоциированных основных и кислотных групп макромолекул белка может быть одним и тем же только при определѐнном значении рН среды. Такое состояние соответствует изоэлектрической точке (ИЭТ), т.е. значению рН среды, при котором число ионизированных основных групп равно числу ионизированных кислотных групп.

Изоэлектрическим состоянием белка называется состояние белковой молекулы, при котором её положительные и отрицательные заряды взаимно скомпенсированы.

Молекулу белка в изоэлектрическом состоянии можно считать нейтральной, хотя в ней имеются ионизированные группы. Условно молекулу белка в изоэлектрическом состоянии можно изобразить так:

Изоэлектрическая точка белка (ИТБ) – это значение рН, при котором белок переходит в изоэлектрическое состояние. ИЭТ белков лежит в пределах рН от 2 (у пепсина) до 10,6 (у цитохрома С), но преимущественно ИЭТ белков соответствует рН < 7. ИЭТ некоторых белков достигается при следующих значениях рНИЭТ: пепсина (фермент желудочного сока) – 2,0; казеина (белок, образующийся при свѐртывании молока) – 4,6; альбумина яйца – 4,8; карбоксигемоглобина – 6,87; химотрипсина (фермент сока поджелудочной железы) – 8,6. В изоэлектрическом состоянии свойства растворов белков резко меняются: при этом они имеют, например, наименьшую вязкость, плохую растворимость, что связано с изменением формы макромолекул. При значении рН, близком к изоэлектрической точке, разноименно заряженные группы – (NH3)+ и СОО‾ притягиваются друг к другу и макромолекула закручивается в спираль. При смещении рН среды от изоэлектрической точки одноименно заряженные группы отталкиваются и цепь выпрямляется. Молекулы ВМС в развернутом состоянии придают раствором более высокую вязкость, чем молекулы ВМС, свернутые в спираль или клубок.