Высаливание и денатурация белков

Высаливание – осаждение белка, с помощью концентрированных растворов солей.

При этом сохраняется гидратная оболочка, которая поддерживает структуру макромолекул. Обычно для высаливания используются растворы солей Na₂SO₄, (NH₄)₂SO₄, соли Mn и фосфаты. Высаливание наиболее эффективно в изоэлектрической точке белка.

Механизм высаливания: ионы солей притягивают к себе молекулы воды, уменьшая тем самым количество воды, взаимодействующей с белком, т.к. при высокой концентрации солей количество ионов солей огромно по сравнению с заряженными группами белков. А т.к. растворимость белка в воде зависит от образования гидратной оболочки вокруг гидрофильных ионогенных групп, то перемещение молекул воды к ионам солей снижает растворимость белка и он выпадает в осадок.

Применяя растворы солей различной концентрации, можно последовательно осаждать белки по фракциям. Так, при малой концентрации солей осаждаются наиболее крупные, тяжелые и обладающие наименьшим зарядом частицы. При повышении концентрации солей выпадают все более мелкие и устойчивые белковые фракции.

Пр.: при добавлении насыщенного раствора (NH₄)₂SO₄ выпадают глобулины, а если раствор ненасыщенный – альбумины.

Методом высаливания осаждают белки сыворотки крови. Из водных растворов белки можно осадить и с помощью водоотнимающих растворов (метиловый, этиловый спирты, ацетон). По своей природе и механизму процесс высаливания существенно отличается от коагуляции электролита.

Коагуляция происходит при небольшой концентрации электролита, а высаливание – при существенно меньшей концентрации электролита.

Высаливание белка происходит в мягких условиях (напр., при уменьшении температуры или при добавлении солей легких щелочных металлов и аммония), без нарушения нативной (первоначальной) природы белка чтобы не вызвать его денатурацию.

Денатурация – нарушение нативных свойств белка, вызванная изменением пространственной структуры его макромолекул и сопровождающаяся изменением физикохимических и биологических свойств белка.

Денатурация может возникнуть под влиянием разнообразных физических и химических факторов, которые приводят к нарушению всех уровней организации структуры белка кроме первичной. При этом в макромолекуле белка происходит разрыв рыхлых связей (водородных, ионных, сульфигидрильных) за исключением разрыва ковалентной связи.

При денатурации нарушаются форма и размеры молекул; изменяется удельная оптическая активность белков; увеличивается вязкость растворов, т.к. глобулярная форма белков раскручивается с образованием нитевидных молекул; уменьшается растворимость белков и степень набухания; происходит снятие с коллоидных частиц электрического заряда и др. Следует отметить, что белки в процессе денатурации в значительной степени теряют свои гидрофильные и приобретают гидрофобные свойства.

Денатурация может быть частично обратимой на первых этапах. Процессы, являющиеся обратимой денатурацией, протекают в живых организмах. С этими процессами связаны взаимные превращения активных и неактивных форм ферментов и соответствующих гормонов, а также особенности биохимических реакций, протекающие в норме и патологии. Следует помнить, что денатурированный белок уже не может быть полностью идентичен по своим физическим, химическим и биологическим свойствам нативному.

Коацервация.

В растворах белков при высаливании или изменении температуры могут происходить аномальные явления, сопровождающиеся слиянием водных оболочек нескольких частиц без объединения самих частиц – коацервация.

Сущность ее заключается в том, что в растворах появляется новая фаза, обогащенная белком, в результате чего раствор расслаивается по плотности или по концентрации белка. Внешне это проявляется либо в образовании двухслойного раствора, либо в образовании капель (продуктов коацервации) в растворе – коацерватов.

Они отличаются от обычных растворов структурированностью белка. Кроме того, такой белок способен захватывать и структурировать другие белки из раствора, при этом образуется протоплазма. Это дало основания Опарину объяснить зарождение жизни на земле явлением коацервации. Считают, что коацервация играет огромную роль в биологических процессах, происходящих в цитоплазме.