Свойства растворов полиэлектролитов.

К полиэлектролитам относятся важнейшие биополимеры – белки и нуклеиновые кислоты.

Полиэлектролиты  это высокомолекулярные соединения, макромолекулы которых содержат полярные ионогенные группы. Полиэлектролиты способны диссоциировать в растворах на ионы.

Изоэлектрическое состояние

Наиболее полно изучены свойства растворов белков. Белки содержат группы как кислотного, так и основного характера, поэтому они относятся к полиамфолитам. Амфотерность связана с наличием в молекуле белка катионобразующих групп – аминогрупп (NH₂) и анионобразующих групп – карбоксильных групп (COOH).

Знак заряда макромолекулы зависит от:

• Количества и природы свободных функциональных групп, например от соотношения карбоксильных и аминогрупп в молекуле белка.

Если в макромолекуле преобладают карбоксильные группы, то при рН = 7 заряд молекулы отрицательный (проявляются свойства слабой кислоты), если преобладают аминогруппы, то заряд белка положительный (характерны основные свойства)

В условиях жизнедеятельности организма белки обычно проявляют анионактивные свойства, вследствие чего поверхность эритроцитов и клеток имеет отрицательный заряд.

• рН среды

Вкислой среде макромолекула приобретает положительный заряд, в щелочной отрицательный.

Состояние, при котором число разноименных зарядов в белковой молекуле одинаково, т.е. суммарный заряд полиамфолита равен нулю, называетсяизоэлектрическим. Значение рН раствора, соответствующее изоэлектрическому состоянию, называется изоэлектрической точкой (pI или И.Т.). В среде с бóльшей кислотностью, чем в изоэлектрической точке (pH < pI) ионизация карбоксильных групп подавлена и белок приобретает положительный заряд. В среде с меньшей кислотностью, чем в изоэлектрической точке (pH > pI) карбоксильные группы депротонированы и белок заряжается отрицательно.

Таким образом, при рН раствора < рI, белок имеет положительный зарад; при рН раствора > рI, белок имеет отрицательный заряд. Например, определить заряд следующих белков в растворе с рН =8,5: пепсина желудочного крови, гистона клеточных ядер и лизоцима.

рI (пепсина) = 2,0, т.к. pI меньше рН раствора, следовательно, белок имеет отрицательный заряд,

рI (гистона) = 8,5 , т.к. pI равен рН раствора, то белок нейтрален,

рI (лизоцима) = 10,7, т.к. рI больше рН раствора, то белок имеет положительный заряд.

Свойства растворов белков в изоэлектрическом состоянии.

Изоэлектрическое состояние оказывает влияние на структуру белков и их растворов. Для изоэлектрической точки характерно свертывание макромолекул белка в клубки; в заряженном состоянии цепи белков имеют вытянутую форму.

Схематичное изображение структур белков:

а) глобулярная структура (pH = pI);

б) фибриллярная струк­тура с отрицательным зарядом (pH > pI);

в) фибриллярная струк­тура с положительным зарядом (pH < pI).

Кроме того, в изоэлектрическом состоянии уменьшается сольватная оболочка белка т.к отсутствует мощная электростатическая сольватация. Поэтому вблизи изоэлектрической точки могут происходить коренные изменения в свойствах белков и их растворов.

Так в изоэлектрической точке минимальны электропроводность, устойчивость и набухание белков, а так же вязкость и осмотическое давление растворов белков и максимальны процессы коагуляции и желатинирования.