Фізико-хімічні властивості білків

Властивості білків визначаються хімічним складом, розмірами і формою молекули. Білки мають молекулярну масу від 6 тисяч до мільйону і більше (для 6ілків-олігомерів).

Розчинність. Фібрилярні білки не розчиняються у воді, так як містять переважно гідрофобні радикали, рівномірно розташовані вздовж витягнутої молекули. Глобулярні білки утворюють гідрофільні колоїди з розміром частинок 1-100 нм, в яких молекули води оточують глобули гідратними оболонками і взаємодіють з полярними групами на їх поверхні.

Дія дегідратуючих речовин порушує стабільність білкових колоїдів і викликає їх коагуляцію. Тому, наприклад, вживання алкоголю приводить до порушення функцій ферментів травного тракту. Нейтральні солі у великих концентраціях також викликають коагуляцію білкових колоїдів та їх осадження (висолювання білків).

Внаслідок великого розміру білкові молекули не проходять через напівпроникні мембрани. Це дозволяє очистити білок від низькомолекулярних домішок. Суміш в мішечку з напівпроникною оболонкою поміщають в посудину з проточною водою і витримують у ньому протягом кількох діб. Цей метод називається діалізом.

Молекули білка мають заряд, який визначається кількістю дисоційованих амінокислотних радикалів при певному рН. Значення рН, при якому сумарний заряд білкової молекули дорівнює нулю, називається ізоелектричною точкою білка (рІ), а відповідний стан білка - ізоелектричним станом. В ізоелектричному стані молекули білка найлегше злипаються - коагулюють.

В більшості біологічних рідин підтримується рН біля 7. В цьому діапазоні йонізовані всі амінокислотні радикали кислотного і основного типу. Навіть невеликі зміни рН істотно впливають на ступінь їх йонізації, а отже, на зв’язки, які вони утворюють і, як наслідок, на функцію білків. Наприклад, при пониженні рН на 0,5 одиниць послаблюється сила скорочень м’язових білків, гемоглобін втрачає здатність зв’язувати кисень.

Властивість білкових молекул зв’язувати йони гідрогену робить їх найбільш важливими буферними системами організмів. За фізіологічних значень рН найбільш ефективно протидіють зміні кислотності радикали гістидину, так як їх рК близьке до 7:

Жоден інший амінокислотний радикал не підходить на цю роль. Гемоглобін крові зв’язує за рахунок гістидинових радикалів біля 20 % загальної кількості йонів водню, які поступають в кров.

Суміш різних білків можна розділити в електричному полі за напрямком і швидкістю переміщення молекул з різним зарядом. Цей метод називається електрофорезом.

При повільному концентруванні білки утворюють кристали характерної форми. Цю властивість використовують для виділення індивідуальних білків.

Наявність реакційно здатних функціональних груп, стабілізація просторової структури слабкими взаємодіями, а також великі розміри молекул роблять білки дуже чутливими до дії зовнішніх факторів. Порушення унікальної природної конформації молекули, що відбувається внаслідок розриву нековалентних зв’язків і приводить до втрати біологічної активності, називається денатурацією.

Розглянемо дію головних денатуруючих факторів.

Вплив температури. Білки переважно втрачають свою конформацію при температурі вище 50-60°С, хоч відомі термофільні бактерії, білки яких витримують і вищі температури. Найбільш чутливі до підвищення температури водневі зв’язки. При температурі нижче 25° послаблюються гідрофобні взаємодії. В межах фізіологічних температур зміна просторової структури приводить лише до зміни біологічної активності, а не до її втрати. Особливу чутливість до зміни температури проявляє білок сполучної тканини колаген, який денатурує при температурі на 20-30° меншій, ніж більшість білків, і лише на 1-2° вищій від температури тіла. Колаген дощових черв’яків, які живуть при 20°С, денатурує при 22°С, колаген коропа з теплих водойм (температура води 28 – 30⁰ С) - при 29-32°С. Така подібність температури тіла і денатурації колагену має пристосувальне значення. Стан молекул на межі денатурації полегшує розщеплення їх в процесі обміну і покращує їх взаємодію при утворенні фібрил та їх скороченні.

Денатуровані білки, втрачаючи впорядковану будову, зменшуютьрозчинність у воді, так як збільшується кількість гідрофобних радикалів, які контактують з водним оточенням (на схемі O – гідрофільні, а V – гідрофобні радикали):

Таке явище ми спостерігаємо, наприклад, при варінні яєць.

Вплив рН середовища. При екстремальних значеннях рН білки денатурують внаслідок зміни заряду функціональних груп. Однак осадження білку при цьому не спостерігається, оскільки молекули мають значний однойменний заряд і взаємно відштовхуються.

Денатуруючу дію на білки мають також деякі речовини з тих, що утворюють з ними солі. Це трихлороцтова та хлорна кислоти, катіони важких металів (Pb²⁺, Cu²⁺ та інші). При їх дії спостерігається осадження білків.

При денатурації первинна структура білків не порушується і в деяких випадках денатурований білок відтворює свого природну конформацію - відбувається ренатурація. Отже денатурація може бути необоротна і оборотна.