БІОХІМІЯ - Підручник - Остапченко Л. І. - 2012

Розділ 5. БУДОВА, ВЛАСТИВОСТІ Й ФУНКЦІЇ БІЛКІВ

5.7. Фізико-хімічні властивості білків і методи їх виділення

5.7.1. Фізико -хімічні властивості білків

Індивідуальні білки відрізняються своїми фізико-хімічними властивостями: формою молекул, сумарним зарядом молекули, співвідношенням полярних і неполярних груп на поверхні нативної молекули білка, а також ступенем стійкості до дії денатуруючих агентів.

Як уже було відмічено, за формою молекул білки поділяють на глобулярні й фібрилярні. Глобулярні білки мають компактнішу структуру, більшість їхніх гідрофобних радикалів захована в гідрофобному ядрі й вони набагато краще розчинні в рідинах організму, ніж фібрилярні білки (винятком є мембранні білки).

Білки - високомолекулярні сполуки, але вони можуть мати дуже різну молекулярну масу, яка коливається від 6000 до 1 000 000 Да і вище. Молекулярна маса білка залежить від кількості амінокислотних залишків у поліпептидному ланцюзі, а для олігомерних білків - і від кількості протомерів (або субодиниць), що його формують.

Білки мають у своєму складі радикали лізину, аргініну, гістидину, глутамінової та аспарагінової кислот, які містять функціональні групи, здатні до іонізації (іоногенні групи). Крім того, на N- і С-кінцях поліпептидних ланцюгів є α-аміно- та α-карбоксильна групи, також здатні до іонізації. Сумарний заряд білкової молекули залежить від співвідношення іонізованих аніонних радикалів Глу і Асп і катіонних радикалів Ліз, Арг і Гіс.

Ступінь іонізації функціональних груп цих радикалів залежить від рН середовишд. При рН розчину близько 7 всі іоногенні групи білка перебувають в іонізованому стані. У кислому середовищі збільшення концентрації протонів (Н+) приводить до пригнічення дисоціації карбоксильних груп і зменшення від'ємного заряду білків:

У лужному середовищі зв'язування надлишку OH^- із протонами, що утворюються під час дисоціації NH3 з утворенням води, призводить до зменшення позитивного заряду білків:

Значення рН, за якого білок набуває сумарного нульового заряду, називають ізоелектричною точкою та позначають як рІ. У цій точці кількість позитивно й негативно заряджених груп білка однакова, тобто білок перебуває в ізоелектричному стані.

У більшості білків клітини переважають аніоногенні групи (-СОО^-), ізоелектрична точка цих білків знаходиться при слабокис- лих значеннях рН, а ізоелектрична точка білків, у яких переважають катіоногенні групи, - при лужних значеннях рН. Найяскравішим прикладом таких внутрішньоклітинних білків, що містять багато аргініну й лізину, є гістони, котрі входять до складу хроматину.

Білки із сумарним позитивним або негативним зарядом краще розчиняються, ніж ті, що перебувають в ізоелектричному стані. Сумарний заряд збільшує кількість диполів води, здатних зв'язуватися з білковою молекулою, і запобігає контакту однойменно заряджених молекул, у результаті чого розчинність білків збільшується. Заряджені білки можуть рухатися в електричному полі: аніонні білки з негативним зарядом рухатимуться до позитивно зарядженого анода (+), а катіонні білки - до негативно зарядженого катода (-). Білки, які перебувають в ізоелектричному стані, не рухаються в електричному полі.

На поверхні більшості внутрішньоклітинних білків переважають полярні радикали, але співвідношення полярних і неполярних груп є різним для різних індивідуальних білків. Так, протомери олігомерних білків у ділянці контакту один з одним часто містять гідрофобні радикали. Поверхні білків, що функціонують у складі мембран або приєднуються до них у процесі функціонування, також збагачені гідрофобними радикалами. Такі білки краще розчинні в ліпідах, ніж у воді.

Розчинність білків у воді залежить від усіх перерахованих їхніх властивостей: форми, молекулярної маси, величини заряду, співвідношення полярних і неполярних функціональних груп на поверхні білка. Крім того, вона визначається складом розчинника, тобто наявністю в розчині інших розчинених речовин.

Наприклад, деякі білки краще розчиняються в слабкому сольовому розчині, ніж у дистильованій воді. Разом із тим, збільшення концентрації нейтральних солей може сприяти випаданню певних білків в осад. Денатуруючі агенти, присутні в розчині, також знижують розчинність білків.