Кислотно-основные свойства белков (электрические)
Белки являются амфотерными полиэлектролитами. Амфотерность белкам придают кислотные и основные группы боковых радикалов аминокислот и концевые аминогруппа (NH3+) и карбоксильная группа (COO–) полипептидного остова, поскольку другие α-амино- и α-карбоксильные группы участвуют в образовании пептидных связей.
Факторы, влияющие на величину и знак заряда белковой молекулы
1. Влияние аминокислотного состава белковой молекулы на ее заряд (при условии нейтральной среды, рН=7):
– если в белковой молекуле преобладают кислые аминокислоты (аспарагиновая и глутаминовая кислоты), то суммарный заряд белковой молекулы будет отрицательным (в нейтральной среде);
– если в белковой молекуле преобладают основные аминокислоты (лизин, аргинин, гистидин), то суммарный заряд белковой молекулы будет положительным (в нейтральной среде).
Слабая диссоциация SH-групп цистеина и фенольной (С6Н5–ОН) группы тирозина (это слабые кислоты) почти не влияет на амфотерность белков.
Чем больше в белке кислых аминокислот, тем больше величина отрицательного заряда (большинство природных белков кислого характера).
Чем больше в белке основных аминокислот, тем больше величина положительного заряда.
Например, молекула альбумина (анионогенный белок) содержит в полипептидной цепи много дикарбоновых аминокислот и, следовательно, имеет отрицательный заряд. В крови, которая имеет рН 7,4, отрицательный заряд альбумина равен 18. Другой пример – гистоны, входящие в состав хроматина ядра клетки, содержат много аргинина и лизина, следовательно, гистоны – это катионогенные белки.
2. Влияние рН среды на заряд белковой молекулы
Суммарный заряд белковой молекулы зависит от рН среды (в кислой среде заряд положительный, а в щелочной – отрицательный).
– если среда щелочная, рН>7
Высокая концентрация гидроксильных ионов (ОН–) подавляет ионизацию слабой аминогруппы и белки приобретают отрицательный заряд:
В поле постоянного электрического тока (при электрофорезе) белки в щелочной среде перемещаются к аноду;
– если среда кислая, рН<7
Высокая концентрация водородных ионов подавляет диссоциацию слабой карбоксильной группы аминокислот, и белки приобретают положительный заряд:
В поле постоянного электрического тока (при электрофорезе) в кислой среде белки перемещаются к катоду.
То значение рН, при котором белок приобретает суммарный нулевой заряд, называется изоэлектрической точкой (рI) данного белка.
Для белков основного характера рI лежит в щелочной среде, а для кислых белков – в кислой.
В изоэлектрической точке белки теряют заряд, частично гидратную оболочку и устойчивость в растворе, молекулы белка коагулируют и осаждаются.
На способности белков осаждаться в изоэлектрической точке основан метод выделения белков из смеси с другими белками. Например, при рН 4,7 из сыворотки крови можно осадить альбумины (т.к. для альбуминов рI=4,7), а глобулиновую фракцию при рН 6,0–7,3. Для гистонов рI 9,5–12,0.
На способности белков приобретать заряд основан метод электрофоретического разделения белков на фракции.
Так при электрофорезе белков сыворотки крови на хроматографической бумаге можно получить пять фракций, а в полиакриламидном геле (ПААГ) – до 17 фракций.