Денатурація білків

Під дією різних факторів нативна просторова структура білкової молекули може порушуватися: руйнуються четвертинна, третинна і вторинна структури (зміни не торкаються первинної структури). Це явище називається денатурацією. Денатурація білка призводить до зменшення або повної втрати розчинності, втрати специфічної біологічної активності, зміні оптичних властивостей і в'язкості та ін. При денатурації розриваються зв'язки, що стабілізують структуру білкової молекули: іонні, водневі і дисульфідні, порушується гідрофобна взаємодія. Поліпептидний ланцюг розкручується і знаходиться в розчині в розгорнутому стані або у виді “безладного” клубка. Ступінь денатурації білка може бути різною в залежності від його фізико-хімічних властивостей, природи денатуруючого агента і часу його дії. Для деяких білків денатурація зворотня (білки м'язів). При цьому і нативна конформація і біологічна активність білка можуть бути відновлені (при дотриманні визначених умов).

Денатуруючі фактори можна розділити на фізичні і хімічні. До фізичних агентів відносяться: температура, тиск, механічний вплив, ультразвукове й іонізуюче випромінювання. Найбільш загальним фактором є нагрівання. Теплова денатурація білків - одна з характерних їхніх ознак. Посилення теплового руху атомів поліпептидного ланцюга приводить до розриву слабких нековалентних зв'язків. Швидкість теплової денатурації істотно залежить від рН середовища, іонної сили розчину. Теплова денатурація супроводжується агрегацією білків, випаданням їх в осад. Найбільш повне і швидке осадження відбувається в ізоелектричній точці.

Білки денатурують при розтиранні сухих препаратів, енергійному струшуванні розчинів, збиванні і т.д. При ліофілізації білків (висушування у вакуумі шляхом сублімації вологи з замороженого стану) більшість їх не денатурує, що дозволяє використовувати цей спосіб сушіння для тривалого збереження білкових препаратів.

До хімічних факторів, що викликають денатурацію, відносяться кислоти, луги, органічні розчинники, поверхнево-активні речовини, алкалоїди, важкі метали і т.п.

2.6. Класифікація й характеристика білків

У залежності від хімічного складу білки поділяються на дві групи: прості і складні. Прості білки складаються тільки з амінокислот. У складні білки, крім амінокислот, входять небілкові компоненти, що називають простетичною групою. У свою чергу усередині кожної з цих груп білки підрозділяються на підгрупи. Прості білки умовно класифікують відповідно до їх розчинності в різних речовинах, а складні білки поділяють на основі хімічної природи небілкової частини молекул.

Прості білки

До простих білків відносяться альбуміни, глобуліни, проламіни, глютеліни, протаміни, гістони, протеїноїди.

Альбуміни. Білки цієї підгрупи мають невелику молекулярну масу (15000-70000 Да); їх відносять до кислих білків через великий вміст глутамінової кислоти. Альбуміни сильно гідратовані, вони добре розчиняються у воді; з водних розчинів осаджуються при насиченні нейтральними солями, наприклад сульфатом амонію. Альбуміни мають високу адсорбційну здатність. Так, альбуміни плазми крові завдяки неспецифічній адсорбції різних речовин виконують фізіологічно важливу транспортну функцію.

Альбуміни широко поширені в природі. У плазмі крові людини, курячих яйцях вони складають до 50 % усіх білків. Багаті альбумінами молоко і молочні продукти.

Глобуліни. Ці білки більші, ніж альбуміни; їхня молекулярна маса перевищує 100 000 Да. Глобуліни розчиняються в слабких розчинах різних солей (у воді нерозчинні). При 50-процентному насиченні розчину сульфатом амонію випадають в осад. Глобуліни є слабкокислими і нейтральними білками. Вони складають велику частину білків насіння, особливо бобових і олійних культур. Багато глобулінів у крові і інших біологічних рідинах.

Проламіни. Білки, добре розчинні в 70-процентному етанолі. Проламіни нерозчинні у воді і сольових розчинах. У своєму складі містять багато проліну і глутамінової кислоти. Проламіни є в злаках, де вони виконують роль запасних речовин. Кожний з них має специфічну назву по тому джерелу, з якого вони були виділені: гліадин - білок пшениці і жита, гордеїн - ячменя, зеїн - кукурудзи.

Глютеліни. Це білки рослин, нерозчинні у воді, розчинах солей, етиловому спирті. Вони добре розчиняються в слабких лугах (0,2-2 %). Глютеліни містять більше аргініну і менше проліну, ніж проламіни. Комплекс лугорозчинних білків насінь пшениці називається глютеніном, рису - оризеніном.

Фракційний склад білків зерна обумовлює технологічні властивості пшеничного, житнього, кукурудзяного, вівсяного борошна і різних круп. Білки пшениці добре набухають і утворюють в'язку еластичну масу - клейковину, основну частину якої складають гліадин і глютенін. Менш еластична, хоча і густа маса виходить з білків ячменя. Білкові речовини кукурудзи, вівса, рису, гречки слабко набухають і не здатні утворювати грузле тісто.

Протаміни. Це низькомолекулярні білки (молекулярна маса до 12 000 Да), що містять до 80 % основних амінокислот, головним чином аргініну. Отже, протаміни мають різко виражені основні властивості, розчинні в слабких кислотах. Молекули цих білків являють собою полівалентний катіон і легко реагують з негативно зарядженими речовинами, наприклад нуклеїновими кислотами.

Протаміни широко поширені в природі, особливо їх багато в статевих клітинах риб, ссавців і людини. Протаміни утворюють міцний комплекс із молекулами ДНК і в такий спосіб захищають їх від несприятливих впливів.

Гістони. Білки з низькою молекулярною масою (12000-24000 Да) і різко вираженими основними властивостями. Розчинні в слабких кислотах. Гістони присутні головним чином у ядрах клітин рослин і тварин. Основні їхні функції - структурна і регуляторна. Гістони мають великий позитивний заряд, що дозволяє їм електростатично взаємодіяти з ДНК і стабілізувати її структуру. Регуляторна функція гістонів полягає в їхній здатності блокувати передачу генетичної інформації від ДНК до РНК.

Протеїноїди. Малорозчинні фібрилярні білки опірних тканин (кісток, хрящів, зв'язок, сухожиль, волосся і т.д. ). Для них характерний високий вміст сірки. До протеїноїдів відносяться: фиброїн - білок шовку; кератини - білки волосся, рогів, копит; колагени - білки сполучних тканин.