3. Осаждение белков

Гидрофильность белков является важнейшим фактором устойчивос­ти их растворов. Если в такой раствор внести какую-либо нейтральную соль, то белки выпадают в осадок. Механизм осаждения состоит в том, что анионы и катионы вносимой в раствор белка соли, имеющие достаточно большие электростатические заряды, интенсивно гидратируются диполями воды. Между гидрофильной поверх­ностью белковой молекулы и ионами соли развивается конкуренция за обладание молекулами воды. Более мощные электростатические силы соли снимают гидратную оболочку с поверхности белковой молекулы. Лишенные гидратных оболочек белковые молекулы при броуновском движении сталкиваются между собой, агрегируются и, в конечном сче­те, выпадают в осадок (рис. 1.12). При внесении нейтральной соли сни­жается также диэлектрическая проницаемость воды.

Сильной гидратационной способностью обладают также некоторые органические растворители (этанол, ацетон, пропанол, изопропанол); они также осаждают белки из водных растворов. Осаждение белков является обратимым процессом. Оно нашло широкое применение при их фракци­онировании. В основу этой операции положены различия в размерах гид-ратной оболочки: чем плотнее электрические заряды на поверхности бел­ковой молекулы, тем выше гидрофильность поверхностного слоя моле­кулы, тем больше потребуется нейтральной соли для осаждения данного белка. Таким образом, внося в раствор, содержащий смесь различных белков, нейтральную соль порционно, но все в более возрастающем коли­честве, белки можно разделить на отдельные фракции. На эффект фрак­ционирования существенное влияние оказывает величина рН: она долж­на быть близка к изоэлектрической точке белка.

4. Денатурация белков

Нативная (естественная) конформация глобулярного белка, обла­дая высокой лабильностью, подвержена глубоким изменениям под действием жестких физико-химических факторов среды. Эти измене­ния получили названиеденатурации белка. Денатурация является следствием нарушения уникальной конформации (вторичной, третич­ной, четвертичной структур) нативного белка с сохранением его пер­вичной структуры. Типичным примером денатурации является свер­тывание яичного альбумина при варке яиц. При денатурации белок изменяет свои физические, химические свойства и теряет биологичес­кую функцию. Полипептидная цепь при этом развертывается и пре­вращается в беспорядочный, хаотический клубок (рис. 1.13).

При денатурации белок из гидрофильного состояния переходит в гидрофобное, в котором его молекулы могут оставаться в растворе толь­ко при наличии какого-либо стабилизирующего фактора, например, электрического заряда. В противном случае при броуновском движе­нии молекулы белка, сталкиваясь, агрегируются и в виде хлопьев выпадают в осадок. В изоэлектрической точке денатурация протекает мед­леннее и ускоряется в кислых и щелочных растворах.

Факторы, вызывающие денатурацию белка, можно подразделить на физические и химические. К физическим факторам относятся на­гревание, механическое перемешивание, ультразвук, ультрафиолето­вое и ионизирующее излучения; к химическим — кислоты, щелочи, соли тяжелых металлов, мочевина, таннин, ди- и трихлоруксусная кислота, гуанидинхлорид, гуанидинсульфат, лаурилсульфат и др.

Тепловая денатурация является одним из характерных признаков белков. Однако для различных белков она различна. Многие белки, особенно животного происхождения, термолабильны: процесс их де­натурация начинается уже при 40 °С и быстро ускоряется с повышением температуры. Однако известны белки, устой­чивые к нагреванию, на­пример, трипсин, химо-трипсин, некоторые бел­ки мембраны. Особенно устойчивы белки термо­фильных микроорганиз­мов. Следует отметить, что компактно свернутые пептидные цепи нативно­го белка не разворачиваются до тех пор, пока в пространство между цепями не попадет вода. Поэтому сухие белки (например, гемоглобин, яичный альбумин) более устойчивы к тепловой денатурации, чем белки в растворе. По той же причине большей устойчивостью обладают концентрированные белко­вые растворы по сравнению с разбавленными.

Некоторые химические соединения оказывают на белки защитное действие. Так, денатурация тормозится концентрированными раство­рами глицерина, глюкозы и других Сахаров, что связано, видимо, с их адсорбцией на глобулах белков и образованием крупных гидрофиль­ных комплексов.

Процесс денатурации белков играет большую роль в технологии пищевых продуктов при их тепловой обработке. При выпечке хлебо­булочных изделий примерно при 60—70°С белки теста (клейковина) денатурируют; этот процесс имеет большое значение в формировании мякиша изделия. Обработка свекловичной стружки водой при темпе­ратуре 70—80 °С, осуществляемая при получении диффузионного сока, вызывает денатурацию белков мембран и протоплазмы клеток свекло­вичной стружки и резко повышает скорость диффузии сахарозы из нее. Бланшировка плодов и овощей перед их консервированием вызы­вает денатурацию (инактивацию) окислительных ферментов, ведет к сохранению витамина С. Тепловая обработка пищевых продуктов по­вышает их вкусовые качества, а также биологическую ценность, по­скольку денатурированные белки обладают лучшей атакуемостью пи­щеварительными ферментами.

19