2 курс / Лекция 04. Физико-химические свойства белков

11

Факторы, вызывающие денатурацию белка:

- физические и химические.

Физические:

Повышение температуры приводит к возрастанию вклада энтропийного фактора (энтропия определяется как степень неупорядоченности), что обусловливает тепловую денатурацию,

происходящую, как правило, скачкообразно. Температура денатурации белков весьма различна и существенно зависит от других условий.

Ультрафиолетовый свет (особенно в границах 260-310 нм) и

ионизирующее излучение.

Химические:

Соли тяжелых металлов Cu, Hg и других в небольших количествах вызывают денатурацию белка.

Воздействие на белок реагентов, нарушающих нековалентные взаимодействия, прежде всего систему водородных связей. Для стабильности структуры белка необходимо образование не менее 90%

возможных водородных связей внутри белковой глобулы. Разрыв значительной их части вызовет переход нативной структуры в денатурированное состояние. К таким реагентам относятся концентрированные растворы мочевины (6-8 М), солянокислого гуанидина (6 М), органические растворители (спирты, формамид,

муравьиная кислота) и ионные детергенты (анионный детергент – додецилсульфат натрия).

Молекула мочевины как бы имитирует пептидную связь и способна выступать и как донор и как акцептор водородных связей, конкурируя с пептидными и функциональными группами белка, образующими в нативной структуре внутримолекулярные водородные связи. Солянокислый гуанидин - еще более сильный денатурирующий агент. В этом случае действуют те же факторы, что и при использовании мочевины. Поскольку гуанидин является очень сильным основанием и практически всегда

12

протонирован, то в его растворах исключаются внутрибелковые электростатические взаимодействия, т.е. устраняется еще один из факторов,

способных стабилизировать структуру белка.

Органические растворители – способны устанавливать контакты с гидрофобными аминокислотными остатками белка, лишая гидрофобное ядро его стабилизирующей роли. Одновременно они могут переключать на себя водородные связи, поддерживающие третичную структуру.

Ионные детергенты – додецилсульфат натрия в концентрации 0,5 мМ образует контакты с гидрофобными остатками белка, что приводит к полному развертыванию третичной структуры. Взаимное отталкивание практически всегда отрицательно заряженных сульфатных групп влечет за собой вытягивание комплекса додецилсульфат–белок в палочковидную структуру. Такой способ денатурации нашел широкое применение при электрофоретических исследованиях белков в полиакриламидном геле для определения молекулярной массы полипептидных цепей.

Экстремальные значения рН. В сильно кислых растворах полностью протонируются отрицательно заряженные карбоксильные группы остатков глутаминовой и аспарагиновой кислот. На поверхности белка сохраняются только положительные заряды катионных групп, взаимное отталкивание которых приводит к развертыванию глобулы, одновременно протоны разрывают ряд водородных связей.

В щелочных растворах (при рН 11 и выше) положительные заряды утрачивают аминогруппы лизина и приобретают отрицательные – фенольные группы тирозина, что опять ведет к резкому преобладанию отрицательных зарядов и развертыванию глобулы. Этому же способствует и разрыв ряда водородных связей.

13

КРАТКОЕ РЕЗЮМЕ

Физико-химические свойства белков

Белки – водорастворимые вещества.

Проявляют коллоидные свойства, но коллоидами не являются.

Отличаются: высокой вязкостью; способностью к образованию гелей;

неспособностью проходить через полупроницаемые мембраны.

Обладают амфотерными свойствами.

Способны к денатурации – разрушению (под действием физических,

химических и механических воздействий) третичной и вторичной структур путем разрыва дисульфидных и слабых нековалентных взаимодействий

(водородных, ионных, гидрофобных). Денатурация приводит к потере функций белка.

14

15