Ізоелектричні точки деяких білків

Білки	Ізоелектрична точка
Пепсин Казеїн Яєчний альбумін Альбумін сироватки крові α-глобулін крові β-глобулін крові γ-глобулін крові Міозин м’язів Гістон клітинних ядер	2,0 4,6 4,71 4,64 4,8 5,2 6,4 5,0 8,5

Вивчення ізоелектричних точок багатьох колоїдів організму тварини і людини викликає велику зацікавленість для діагностики захворювань та оцінки змін, що відбуваються в організмі, органах, тканинах, клітинах і субклітинних структурах.

Онкотичний тиск і його біологічне значення. Осмотичний тиск у розчинах колоїдів і полімерів, як і в істинних розчинах, пропорційний їх концентрації. Однак, у зв’язку з малою масовою концентрацією (менше 1,0%) колоїдів кількість частинок у розчині настільки мала, що осмотичний тиск дуже низький. Осмотичний тиск у розчинах білків та інших ВМС, концентрація яких досягає 10-12% і більше, достатньо високий і суттєво впливає на ряд процесів в організмі. Частина осмотичного тиску крові, обумовлена ВМС, в основному білками, називається онкотичним тиском (від грецьк. оnkos – об’єм, маса). У плазмі крові він складає лише 0,5% осмотичного тиску (0,003-0,004 МПа). Незважаючи на невелику частку онкотичного тиску в осмотичному, він має виключно велике значення для життя організму. Онкотичний тиск бере участь у розподілі води і розчинених у ній речовин між кров’ю і тканинами. Такий розподіл здійснюється капілярами. Володіючи напівпроникністю, стінка капіляра пропускає воду і розчинені у ній низькомолекулярні речовини. Стінка непроникна для білків плазми, які транспортують ці речовини. Швидкість такої фільтрації через стінку капіляра визначається різницею між онкотичним тиском білків плазми крові і гідростатичним тиском крові, який створює робота міокарда. Через артеріальний кінець капіляра розчин поживних речовин із крові потрапляє у міжклітинну рідину, а з неї – в клітини. Через венозний кінець капіляра процес має протилежний напрямок – продукти обміну речовин надходять у капіляр, венули і венозне русло. У перебігу цього процесу вирішальним є тиск крові, який із проходженням до артеріального кінця капіляра зменшується, а потім поступово зростає при переході у венозне русло. Онкотичний тиск крові на 80% пов’язаний з альбумінами і на 20% – з іншими білками плазми.

Зміна онкотичного тиску спостерігається при патологіях, особливо при захворюванні печінки, серцево-судинної системи, нирок. Зміни онкотичного тиску дуже виражені при гіпопротеїнемії, пониженому вмісті білка в сироватці крові через порушення білоксинтезуючої функції печінки і при голодуванні.

Драглі

За певних умов розчини ВМС і деякі колоїдні системи здатні втрачати плинність і драгліти, утворюючи драглі. У драглях частинки дисперсної фази, сполучаючись між собою, формують сітчастий каркас, чарунки якого заповнені дисперсійним середовищем. Отже, драглі – це структуровані системи з властивостями еластичних твердих тіл. Драглеподібний стан речовини можна розглядати як проміжний між рідким і твердим станом.

Цілий ряд речовин природного і штучного походження за певних умов можуть утворювати драглі. Ними є багато харчових і кормових продуктів (хліб, м’ясо, сир, кисле молоко, каші). Драглі відіграють велику роль у житті організмів, оскільки більшість їхніх тканин і клітин являє собою драглі.

Драглі ВМС можна добути двома способами: методом драгління розчинів полімерів і методом набрякання сухих ВМС у відповідних рідинах.

Процес переходу золю або розчину полімеру в драглі називається драглінням (желатинуванням). Цей процес залежить від концентрації і природи речовин, температури, природи електролітів, реакції середовища. Підвищення концентрації колоїдного розчину збільшує кількість зіткнень частинок при броунівському русі, що зумовлює структуроутворення і прискорює процес драгління.

Суттєве значення для желатинування має також природа речовин як гідрофобних золів, так і розчинів полімерів. Не всі гідрофобні золі можуть переходити у драглі; так, золі благородних металів: золота, платини, срібла – не здатні драгліти внаслідок особливої будови їх колоїдних частинок і низької концентрації їх золів.

У розчині високомолекулярних сполук кількість і якість гідратованих та негідратованих груп в ланцюгах молекул впливає на їх здатність об’єднуватися в коміркову структуру. Мабуть, це пояснюється тим, що менш концентровані розчини гірше драгліють. Так, наприклад, мінімальна концентрація драгління для желатини рівна 0,5%, для агар-агару – 0,2%.

Значний вплив на драгління має температура. Добре сформовані драглі 6%-ного розчину желатини при нагріванні у теплій воді 45-50ºС легко розріджуються і переходять у розчин. Низькі температури сприяють драглінню, тому що при цьому прискорюється агрегація частинок і знижується розчинність речовин.

Збільшення об’єму полімеру в результаті вибіркового поглинання низькомолекулярного розчинника називається набряканням. Цей процес характеризується ступенем набрякання (18). На процес набрякання впливає температура, рН середовища, електроліти та ін. Зміни, що відбуваються під впливом цих факторів при набряканні, діаметрально протилежні їх впливу на швидкість драгління; так, наприклад, якщо підвищення температури негативно впливає на драгління, то набрякання в цих умовах відбувається навпаки, швидше, бо підвищення температури посилює рух частинок і сприяє розпушуванню внутрішніх структур.

Зміна рН середовища у кислу чи лужну зони від ізоелектричної точки колоїду збільшує ступінь набрякання. Це пояснюється появою позитивних чи негативних зарядів у колоїдних частинок і, отже, підвищенням ступеня гідратації. Підвищення гідратації зумовлює розділення високомолекулярних частинок і в простір між ними починає проникати вода; підвищення величини заряду частинок збільшує електростатичні сили відштовхування між ними і також порушує цілісність структури полімеру.

Рис. 20 Явище синерезису: а – драглі до синерезису,

б – розділення драглів на дві фази.

Драглі з часом змінюють свої властивості, і цей процес називається старінням драглів. При старінні на поверхні драглів з’являються крапельки рідини, які зливаються, утворюючи рідку фазу. Відбувається розділення драглів на дві фази: ущільнені драглі і розбавлений золь. Цей процес називається синерезисом (від грецького слова sinereiso – стягування, збирання).

Тверда частина драглів стає менш прозорою, а рідка – містить невелику кількість дисперсної фази. При синерезисі, внаслідок збільшення числа контактів у частинок дисперсійної фази, відбувається ущільнення драглів при одночасному підвищенні еластичних і пружних властивостей. Структурна сітка драглів стягується і витискає із себе значну частину імобілізованого розчинника (рис. 20).

Швидкість синерезису різна, але звичайно зростає з підвищенням температури і концентрації. У білкових драглях синерезис залежить від рН; наприклад, для желатини він активніше проявляється в ізоелектричній точці.