1.5.4. Свойства белков

В зависимости от состава аминокислотных остатков белковые молекулы, находясь в растворенном состоянии, могут вступать в различ-ные химические реакции, с помощью которых можно проводить качес-твенные тесты на наличие тех или иных группировок в молекуле белка, а также качественные реакции для обнаружения белков. Так, например, при взаимодействии белков с крепкой азотной кислотой образуется жёлтое окрашивание, которое свидетельствует о наличии в их молекулах радика-лов ароматических аминокислот. Такая качественная реакция на белки получила название ксантопротеиновой реакции.

При добавлении к щелочному раствору белков небольшого коли-чества медного купороса происходит образование комплексного соедине-ния катионов меди (Cu²⁺) с пептидными группировками белков, окрашива-ющего раствор в сине-фиолетовый цвет. Эту реакцию называют биурето-вой, так как такое же окрашивание с катионами меди дает биурет, имеющий группировку –CО–NН–.

Поскольку аминокислоты обладают оптической активностью, опти-ческие свойства также характерны для пептидов и белков, однако величина удельного вращения плоскости поляризации света у белковой молекулы не является простой суммой удельных вращений аминокислот, образующих данный белок. В полипептидах имеются два фактора асимметрии, влияющих на их оптические свойства, – наличие асимметрических атомов углерода в радикалах аминокислот и особенности пространственного строения вторичной и третичной структуры молекулы. Так, если в молеку-ле присутствует много α-спиральных структур, то возрастает угол правого вращения плоскости поляризации света.

В молекулах белков в составе аминокислотных остатков имеются аминные и карбоксильные группы, которые, как и в аминокислотах, в зависимости от реакции среды могут образовывать анионы или катионы, способные двигаться в электрическом поле соответственно к аноду или катоду. При определенном значении pH в растворе, индивидуальном для каждого типа белков, устанавливается равенство положительных и отрица-тельных зарядов в молекуле и её суммарный заряд становится равным нулю. Такое состояние белковой молекулы называют изоэлектрической точкой белка.

При pH физиологической среды ниже pH изоэлектрической точки белка белковая молекула заряжена положительно за счет заряда аминных групп, присоединяющих катионы водорода. Если же pH среды выше pH изоэлектрической точки белка, белковая молекула заряжена отрицательно вследствие диссоциации карбоксильных групп. И в том и в другом случае все молекулы данного белка имеют одинаковый по величине заряд, кото-рый обусловливает взаимное отталкивание молекул, вследствие чего они легче удерживаются в растворе.

В изоэлектрической точке между молекулами белка нет электро-статического отталкивания и они легко переходят в осадок. Вследствие того что белки в изоэлектрической точке имеют минимальную раство-римость, для их выделения применяют специальный прием, называе-мый изоэлектрическим осаждением.

Значение pH изоэлектрической точки белков зависит от их ами-нокислотного состава, определяющего число свободных аминных и кар-боксильных групп в молекуле. При увеличении в белке числа остатков дикарбоновых кислот pH его изоэлектрической точки смещается в кислую сторону, а при возрастании количества остатков диаминомонокарбоновых кислот – в щелочную сторону.

Растворимость белков зависит от степени гидратации белковой моле-кулы, которая определяется наличием на её поверхности гидрофильных группировок, способных образовывать с молекулами воды водородные связи или вступать в электростатические взаимодействия. В результате таких взаимодействий вокруг белковой молекулы формируется гидратная оболочка, включающая несколько слоев молекул воды и удерживающая белковую молекулу в растворенном состоянии. Если путем воздействия каких-либо факторов удалить гидратную оболочку вокруг белковых моле-кул, то они вступают в межмолекулярные взаимодействия между собой, образуя более крупные агрегаты, способные осаждаться из раствора.

При насыщении белкового раствора некоторыми органическими растворителями (спирт, ацетон) или солями, которые связывают молекулы воды сильнее, чем белки, происходит обезвоживание белковых молекул, вследствие чего они в результате агрегации образуют более крупные час-тицы и выпадают в осадок. Для предотвращения денатурации осаждение белков органическими растворителями проводят при пониженной темпе-ратуре (–5˚C). Выделенные таким способом белки после удаления органи-ческого растворителя снова можно растворить в воде или слабом растворе соли, при этом белки сохраняют свои нативные свойства.

Процесс осаждения белков в насыщенных растворах нейтральных солей называют высаливанием. Его очень часто применяют для выделения и очистки ферментов и других белковых препаратов.

Сухие препараты белков или сухая растительная масса, содержащая белки, способны впитывать воду, при этом происходит значительное уве-личение их объема и может создаваться очень сильное давление. Такие свойства белков называют набуханием. Процессы набухания белков игра-ют важную роль при прорастании семян и учитываются при разработке технологий хранения и переработки растительной продукции (набухание белков при созревании теста, приготовлении кондитерских изделий; набу-хание зерна при его замачивании и др.).

Белковые молекулы вследствие крупных размеров не способны диф-фундировать через биологические мембраны, через которые свободно про-ходят молекулы воды и низкомолекулярных незаряженных веществ. Бла-годаря этому свойству белков возможна локализация ферментов и катали-зируемых ими реакций в замкнутых межмембранных отсеках растительной клетки – компартментах.