2.7. Властивості білків в ізоелектричному стані

Білкова речовина, яка перебуває в ізоелектричному стані, характеризується своєрідними властивостями. Це зумовлено в основному відмінністю будови молекул у цьому стані порівняно з їх будовою в середовищах з кислотністю, яка виходить поза межі ізоелектричної точки.

В електронейтральному стані білкові молекули можуть бути не лише внаслідок утворення недисоційованих груп (—NНзОН і —СOОН), а також й за рахунок внутрішньої нейтралізації сусідніх основних і карбоксильних груп з переходом в амфіонний¹ стан за схематичним рівнянням:

В амфіонному стані відбувається електростатичне зв'я­зування внутрішніх іонів — NН₃⁺ з іонами — СОО , які належать одній і тій же молекулі. Внаслідок такого зв'я­зування може відбутися згинання ланцюга ниткоподібної молекули білка (мал. ….) або стягування її в клубок.

Амфіонний стан (відповідає такому стану, в якому молекули електроліту внаслідок електролітичної дисоціації одночасно утворюють катіони і аніони)білків може створюватися також у результаті взаємодії основних груп з кислотними, які належать різним молекулам білка. При такій взаємодії від­бувається асоціація молекул у складніші агрегати їх.

Рис. 2.4. Стан білкової молекули за­лежно від рН середовища.

Внаслідок асоціації зменшується концентрація білкових молекул, що позначається на зменшенні осмотичного тиску розчину білка в ізоелектричній точці.

При відхиленні реакції розчину білка від ізоелектрич­ної точки білок з амфіонного стану переходить в іонний. При цьому однойменні знаки зарядів утворених іонів відштовхуються і ланцюги білкових молекул роз'єднуються з утворенням знову ок­ремих молекул.

Молекули білкових речовин в ізоелектрич­ному стані не електро­провідні.

Під час переходу в ізоелектричний стан значно змінюється гід­ратація білкових речо­вин. А це спричинює зміну ряду властивостей молекул білка.

Гідратація білків проходить або як гідра­тація груп, які мають неіоногенний характер (=СО, — NH, — СООH, —NH₃OH і т.д.), або як гідратація іонів — NH і — СОО , що виникають під час дисоціації білків у кислому середовищі. Гідратація за місцем неіоногенних груп практично не залежить від реакції розчину золю, а гідратація іонів залежить від ступеня дисоціації білка. Тому вона може відбуватись у середовищах з рН більшим або меншим від ізоелектричної точки. Крім того, неіоногенні полярні групи гідратуються в меншій мірі, ніж іони. Отже, білки під час пере­ходу в ізоелектричний стан одночасно з втратою зарядів іонами міцел втрачають зв'язану ними гідратаційну воду, внаслідок чого стійкість білкового золю зменшується. Значне зменшення стабілізації білків під впливом зазначених факторів в основному і зумовлює властивості під час перебування в ізоелектричній точці.

Білкові речовини, які мають стійку іонну стабілізацію (казеїн, глобулін крові, гліадин та ін.) і незначну неіоногенну гідратацію, досягнувши ізоелектричної точки, легко зсідаються. Наприклад, під час скисання молока або при штучному його підкисленні казеїн зсідається. В ізоелек­тричній точці білки набирають максимальної схильності до агрегації, легко зсідаються підчас нагрівання, найменше набухають, мають найменшу в'язкість, меншу розчинність тощо.

Під час поступового добавляння кислот або лугів до роз­чину білка, який перебуває в ізоелектричній точці, збіль­шується іонізація білкових молекул. Внаслідок іонізації разом із збільшенням - потенціалу зростає товщина дифу­зійного шару і іонна гідратація молекул. Іонна гідратація набирає максимального значення при певних значеннях рН для даного білка. При цих же значеннях рН або близь­ких до них білок має максимальну стійкість. При дальшому добавлянні кислоти (і зменшенні рН) або лугу (і збільшенні рН) стійкість розчину білка починає зменшуватися. Це можна пояснити тим, що значне збільшення концентрації кислоти або лугу починає пригнічувати дисоціацію моле­кул на іони і цим усуває іонну стабілізацію.

Поблизу ізоелектричної точки у вузькому інтервалі рН спостерігається найрізкіша зміна властивостей роз­чину білка. Порівняльну характеристику деяких власти­востей білка в ізоелектричній точці і в електрично заря­дженому стані подано в табл. 3.

Знання ізоелектричної точки має виключно важливе значення для вивчення властивостей білка. Ізоелектричною точкою можна характеризувати стійкість розчину білка та його буферність. В ізоелектричній точці білок на­бирає максимального значення буферної дії. Буферність кро­ві, наприклад, зумовлена великою концентрацією білків.

Ізоелектричну точку можна визначити безпосереднім спостереженням явища електрофорезу. Для цього дослі­джують електрофорез у розчині білка з різними рН. Так, рН, при якому молекули білка практично не переміщуються під час пропускання електричного струму через золь, і буде ізоелектричною точкою.

Часто ізоелектричну точку визначають посередніми методами, що грунтуються на дослідженнях таких фізикохімічних властивостей, які мають мінімальне або макси­мальне значення в ізоелектричній точці, наприклад, в'яз­кість, стійкість розчину білка або його набухання.

Таблиця 2.4

Деякі властивості білків в ізоелектричній точці і в зарядженому стані

Властивості білків	В ізоелектричній точці	У зарядженому стані
Електричний заряд	Немає	Позитивний або негативний
Характер золю	Наближається до ліофобного колоїду	Набирає всіх ознак ліофільних колоїдів
Стійкість	Мала. Мінімальна для даного білка	Те саме
Поверхневий натяг	Близький до поверхневого натягу води	Знижений
Осмотичний тиск	Невеликий	Збільшений
В’язкість	Невелика	Велика
Електропровідність	Незначна	Збільшена
Розчинність	Мала,для деяких білків практично її немає	Велика