Формирование гидратной (водной) оболочки

Белки обычно имеют такую пространственную укладку, при которой гидрофобные группы «прячутся» в глубине белковой молекулы, а гидрофильные находятся на поверхности молекулы. К гидрофильным группам относятся – СООН, –NH₂, –SH, –ОН, пептидная связь, карбонильная группа. К гидрофильным группам притягиваются диполи Н₂О, в результате чего вокруг белковой молекулы формируется защитная водная «шуба», которая препятствует склеиванию белковых молекул и осаждению их из растворов. Вода, входящая в состав гидратных оболочек, называется связанной водой. Она отличается по физическим свойствам и определяет биологическую активность биополимеров.

Таким образом, гидратная оболочка белковых молекул является вторым мощным стабилизирующим фактором белковых растворов.

Если каким-то воздействием убрать один или оба стабилизирующие факторы, то белки выпадают в осадок (происходит осаждение белков).

Виды осадочных реакций белков из растворов

• Изоэлектрическое осаждение (при приближении рН раствора к изоэлектрической точке, белок теряет заряд и осаждается из раствора). Пример: сворачивание молока при его скисании. Этот процесс осаждения в начальных стадиях носит обратимый характер и может быть использован для разделения белков.

• Дегидратация – снятие водной оболочки белковой молекулы при добавлении дегидратирующих средств (спирт, ацетон). Этот процесс также обратим, и используется для разделения белков.

• Высаливание – осаждение белков из растворов при добавлении к ним электронейтральных или слабокислых солей, таких как NaCl, KCl, (NH₄)₂SO₄.. Механизм высаливания заключается в обратимом снятии с белковой молекулы двух стабилизирующих факторов. Высаливающие вещества содержат в своем составе гидрофильные катионы и анионы, которые «снимают» водную оболочку с белка. При добавлении (NH₄)₂SO₄ в растворе возникает слабокислая реакция и рН приближается к изоэлектрической точке, что уменьшает заряд молекулы белка. Высаливание не нарушает структуры белка и является полностью обратимым процессом, вследствие чего используется для разделения белков.

• Денатурация – нарушение физико-химических свойств белка, его биологической активности при воздействии факторов, разрушающих вторичную, третичную, четвертичную структуры белка.

При денатурации белковая молекула теряет свою прижизненную (нативную) структуру и переходит в форму неупорядоченного клубка, на поверхности которого располагается много гидрофобных групп, что резко снижает растворимость белка.

Признаками денатурации являются:

1. выпадение осадка

2. изменение оптических свойств

3. изменение активности его химических групп и конформации белковой молекулы

4. снижение биологической активности

5. более быстрое расщепление ферментами пептидазами

К денатурирующим факторам относятся химические факторы (минеральные и органические кислоты, соли тяжелых металлов, алкалоиды, высокая концентрация мочевины); физические факторы (высокая температура, рентгеновское излучение, УФЛ).

На начальных стадиях денатурация носит обратимый характер и возможна ренатурация – восстановление структуры белка. При продолжительном действии денатурирующих факторов она приобретает необратимый характер. Денатурацию белков применяют для обнаружения белков в растворах и биологических жидкостях, для удаления белков из биологических жидкостей при проведении биохимических исследований.