Физические свойства белков

Белки — твердые кристаллические или аморфные вещества, имеющие различную растворимость в разных растворителях. Различают следующие белки: водорастворимые, растворимые в насыщенных солевых растворах, жирорастворимые и др. На различной растворимости белков основано их разделение. Белки, как правило, белого цвета или бесцветны. Цвет характерен для белков, молекулы которых содержат атомы металлов (железа, меди и др.). Например, гемоглобин имеет красный цвет, у моллюсков имеются белки синего цвета.

Химические свойства белков

Молекулы белков специфичны, они содержат в своем составе большое число функциональных групп, для них характерна сложная система разнообразных химических связей, поэтому белкам присуще бесконечное многообразие химических и комплексных физико-химических свойств.

Важнейшими физико-химическими свойствами являются денатурация, коагуляция и т. д. Живой белок характеризуется нативной структурой, которая отличается от структуры белка умершего организма, т. е. мертвого белка.

Денатурация белка заключается в изменении нативной структуры молекулы белка под влиянием внешних факторов, при котором разрыва полипептидных цепей не происходит.

Денатурация охватывает изменение четвертичной, третичной, а иногда и вторичной структур белковых молекул. Различают обратимую и необратимую денатурацию.

Обратимая денатурация представляет собой незначительное изменение структуры белковой молекулы, при котором после прекращения воздействия фактора исходная структура белковой молекулы может восстановиться.

При необратимой денатурации возникает сильное изменение структуры белковой молекулы, в результате которой восстановление прежней структуры невозможно.

Обратимую денатурацию применяют в некоторых технологических процессах для активизации нужных процессов обмена веществ. Примером обратимой природной денатурации является изменение структур хромосом, состоящих из нуклеопротеидов.

Коагуляция белка — процесс укрупнения коллоидных частиц, состоящих из белковых молекул, за счет их слипания.

Различают обратимую и необратимую коагуляцию. Внешним признаком коагуляции является седиментация — оседание частиц, т. е. образование осадка.

Различают скрытую и явную седиментацию. Седиментация, которую можно наблюдать при помощи микроскопа, называют скрытой; если наблюдается видимое (визуальное) образование осадка белкового вещества, то в этом случае имеют дело с явной (видимой) коагуляцией.

Обратимая коагуляция представляет собой процесс разрушения коллоидной системы, в результате которого она может восстановить свои свойства после прекращения действия фактора, вызвавшего коагуляцию.

Обратимую коагуляцию можно наблюдать, если к водному раствору яичного альбумина добавить хлорид натрия (концентрированный раствор или кристаллы соли): происходит выпадение осадка. Если полученный раствор разбавить, то осадок растворится.

При варке куриных яиц происходит необратимая коагуляция. Смерть организма также относится к необратимой коагуляции. Коагуляция может сопровождаться денатурацией (но не всегда).

Рассмотрим некоторые химические свойства белков.

• 1. Горят, при этом выделяется специфический запах «жженого рога», что является качественной реакцией на белок, в частности, так можно отличить волокно животного происхождения (шерстяное, натуральное шелковое и др.).
• 2. Разлагаются при относительно невысоких температурах.
• 3. Взаимодействуют с минеральными кислотами, так как их молекулы содержат аминои иминогруппы, проявляя роль оснований.
• 4. Способны вступать в реакции этерификации, так как содержат карбоксильные группы.
• 5. Важнейшим свойством белков является их способность к гидролизу. Сначала коллоидная система, содержащая белок, подвергается коагуляции, молекулы белка денатурируют (разрушаются четвертичная, третичная и вторичная структуры молекулы белка). На следующем этапе под воздействием катализаторов (в организме это ферменты пепсин, трипсин и др.) в кислой среде происходит гидролиз, т. е. разрушается первичная структура белка.

Процесс происходит по этапам, которые можно выразить схемой:

Пептиды-> Пептоны-> а-Аминокислоты.

Конечным продуктом гидролиза белков является смесь природных альфа-аминокислот.

В общем виде (без промежуточных стадий) процесс гидролиза белка выражают схемой:

где а — х — различные радикалы.

Некоторые свойства белков являются характерными и доказывают наличие в них определенных структур. Эти свойства имеют специфические названия.

• 6. Ксантопротеиновая реакция: при действии на раствор белка концентрированной азотной кислотой он окрашивается в желтый цвет, который становится оранжевым при добавлении аммиака (аналогичное изменение наблюдается и при попадании азотной кислоты на открытые участки тела человека, например руку). Эта реакция доказывает наличие в молекуле белка бензольных ядер.
• 7. Биуретовая реакция: при воздействии на раствор белка сульфатом меди (Н) и избытке щелочи при нагревании раствор становится красно-фиолетовым. Эта реакция доказывает наличие в молекуле белка пептидных связей.
• 8. Реакция с нитратом или ацетатом свинца: при взаимодействии растворов белка с нитратом или ацетатом свинца при нагревании выпадает осадок черного цвета. Эта реакция доказывает наличие в молекуле белка атомов серы. Имеются и другие цветные реакции на белок.