17.3. Полиэлектролиты

Полиэлектролиты — это ВМС, содержащие ионогенные группы. По характеру ионогенных групп полимеры делятся на три вида.

1. Полиэлектролиты кислотного типа содержат кислотные ионогенные группы, являющиеся донорами протонов. К ним относятся карбоксильные и сульфогруппы:

–СООН – СOO^- + H⁺

–SO₃Н –SO₃^- + H⁺

Примерами полиэлектролитов данного типа являются растворимый крахмал и гуммиарабик.

2. Полиэлектролиты основного типа содержат основные ионогенные группы, являющиеся акцепторами протонов. К ним относятся аминогруппа, присоединяющая протон и превращающаяся в катион аммония:

–NH₂ + H⁺ –NH₃⁺

3. Амфотерные полиэлектролиты (полиамфолиты) — это ВМС, содержащие и кислотные, и основные группы. Важнейшими из них являются белки. Кислотно-основное равновесие в растворах белков можно представить схемой:

Особым состоянием белка является его изоэлектрическое состояние, в котором суммарный заряд белковой молекулы равен нулю. Упрощенно можно считать, чтов изоэлектрическом состоянии белок существует в виде биполярного иона:

⁺H₃N – R – COO^-.

Изоэлектрическая точка (ИЭТ или pI) — это значение рН раствора, при котором полиамфолит находится в изоэлектрическом состоянии. Для большинства белков рI изменяется в диапазоне 4,5-6,0 (таблица 28).

Таблица 28 — Изоэлектрические точки некоторых белков

Белок	ИЭТ
Сывороточный альбумин Гемоглобин Рибонуклеаза Цитохромы С	4,9 6,7 9,5 10,7

В ИЭТ белки имеют специфические свойства, что объясняется особой конфигурацией их молекул. Возможные конфигурации белковой молекулы представлены на следующей схеме:

В изоэлектрическом состоянии белковая молекула имеет конфигурацию α-спирали, что соответствует ее состоянию при физиологических значениях рН. При увеличении кислотности среды (рН < ИЭТ) молекула приобретает линейную конфигурацию вследствие отталкивания положительно заряженных катионов аммония. При увеличении щелочности среды (рН > ИЭТ) молекула также становится линейной в результате отталкивания отрицательно заряженных карбоксилат-ионов.

Методы экспериментального определения ИЭТ белков

1) Путем измерения степени набухания белков в растворах с различной кислотностью. В ИЭТ степень набухания белка минимальна (рисунок 74).

Рисунок 74— Влияние кислотности среды на степень набухания

Полиамфолита

2) Путем измерения степени коагуляции белка в растворах с различной кислотностью. В ИЭТ степень коагуляции максимальна (рисунок 75).

Рисунок 75— Влияние кислотности среды на степень

Важнейшими факторами, вызывающими коагуляцию белка и других ВМС являются:

• добавление электролитов (высаливание),

• добавление нерастворителей — жидкостей, в которых полимер практически не растворим.

Коагулирующее действие, как электролитов, так и нерастворителей обусловлено их десольватирующем действием; они связывают молекулы растворителя, уменьшая тем самым плотность сольватной оболочки вокруг молекул ВМС.

3) Путем измерения электрофоретической подвижности белков (u) в растворах с различной кислотностью. В ИЭТ электрофоретическая подвижность белков равна нулю, так как их молекулы электронейтральны (рисунок 76).

Рисунок 76 — Кривая электрофоретической подвижности белков