Кислотно-основные свойства белков. 
Изоэлектрическая точка

Белковая молекула содержит некоторое количество свободных аминои карбоксильных групп, и поэтому, подобно аминокислотам и пептидам, белки являются амфотерными соединениями. В щелочной среде белок диссоциирует как кислота, а в кислой — как основание. Отсюда следует, что в щелочной среде молекулы белка заряжаются отрицательно, а в кислой — положительно, и в электрическом поле будут перемещаться соответственно к катоду или к аноду. Для белков, так же как для аминокислот и пептидов, при определенном значении рН среды число положительных зарядов будет равно числу отрицательных, и в электрическом поле такая белковая молекула перемещаться не будет. Это значение рН среды называют изоэлектрической точкой белка.

В изоэлектрической точке белки в наименьшей степени гидрати-рованы и они легко выпадают в осадок, особенно при добавлении к ним водоотнимающих средств.

Оптические свойства белков Белки способны вращать плоскость плоскополяризованного света, так как в состав пептидных цепей входят б-аминокислоты, содержащие асимметрический атом углерода. Но оптическое вращение белковых молекул не является простой суммой величин оптического вращения отдельных аминокислотных остатков. Для белков характерна большая степень правого вращения, чем та, которая получается, если просто суммировать величины оптического вращения, обусловленные каждым асимметрическим центром. Способность вращать плоскость поляризации света свойственна асимметричным молекулам. В белках асимметрия молекул обусловлена двумя факторами: присутствием асимметрического атома углерода и наличием асимметрии, присущей б-спиральной структуре как таковой (поскольку она может существовать как в правой, так и в левой форме).

Коллоидные свойства белков Благодаря своему большому молекулярному весу и размерам, молекулы белка в растворе находятся в коллоидном состоянии. Белки являются гидрофильными коллоидами. При растворении белка вокруг каждой его молекулы образуется водная оболочка, в которой молекулы воды ориентированы в пространстве определенным образом. Вещества, разрушающие водные оболочки растворенных белков, вызывают выпадение их в осадок. К таким веществам относятся спирт, ацетон, нейтральные растворы солей щелочных металлов, растворы сульфата аммония. Процесс выпадения белка в осадок называется высаливанием. После удаления водоотнимающих веществ, при добавлении воды осадки белков вновь растворяются.

Одним из важнейших свойств белков, как лиофильных коллоидов, является их способность образовывать гели. При этом коллоидные частицы склеиваются друг с другом, образуя своеобразный каркас, в ячейки которого включается значительное количество молекул воды. Если гель высушить, а затем вновь поместить в воду, то он сильно набухает. Отделение воды от геля носит название синерезиса. При синерезисе гель уменьшается в объёме и сморщивается.

Денатурация белков Большая часть белковых молекул сохраняет биологическую активность только в пределах очень узкой области температур и рН. Макроструктура белка определяется весьма хрупким равновесием между различными силами притяжения и отталкивания, которые действуют между этим биополимером и окружающей его водной средой. Стоит только нарушить это равновесие, как вся структурная организация белка, кроме первичной структуры, исчезнет.

Разрыв большого количества слабых связей в молекуле белка приводит к разрушению её природной конформации. Этот процесс называется денатурацией белка.

Денатурация утрата белком природной (нативной) конформации, обычно сопровождающаяся потерей его биологической функции.

Денатурацию может вызвать:

• 1) повышение температуры;
• 2) изменение рН среды;
• 3) добавление окислителей или восстановителей, которые разрушают дисульфидные связи;
• 4) добавление солей тяжелых металлов;
• 5) внесение детергентов, нарушающих гидрофобные взаимодействия;
• 6) добавление сильных акцепторов водорода (например мочевины), которые разрушают водородные связи,
• 7) действие ультразвука, ультрафиолетовых и рентгеновских лучей,
• 8) добавление органических веществ, способных реагировать с функциональными группами, которые имеются в радикалах аминокислотных остатков.

Так как при денатурации не происходит разрыв пептидных связей, а разрываются ионные, гидрофобные и водородные, которые стабилизировали конформацию белка, был сделан вывод о том, что причиной денатурации является развертывание полипептидных цепей, которые в нативном белке были характерным образом свернуты. В денатурированном состоянии полипептидные цепи образуют случайные и беспорядочные клубки и петли, которые с течением времени могут изменяться.

Гидрофобные радикалы, которые в нативной структуре молекулы были спрятаны внутри гидрофобного ядра, оказываются на поверхности. Молекулы могут объединяться друг с другом гидрофобными взаимодействиями, при этом растворимость белка снижается и происходит выделение осадка. Компактная, плотная структура нативного белка при денатурации резко увеличивается в размерах и становится легко доступной для расщепления пептидных связей протеолитическими ферментами. Например, кислая среда желудка вызывает денатурацию белков, попавших в желудок с пищей, и облегчает её ферментативное переваривание в пищеварительном тракте.

При денатурации значительно повышается вязкость глобулярных белков. Объясняется это тем, что глобулы выпрямляются и, приобретая нитевидную форму, достигают больших размеров.

Денатурация фибриллярных белков вызывает уменьшение их вязкости, что, по-видимому, связано со скручиванием пептидных цепей и частичным уничтожением фибрилл.

В зависимости от степени нарушения структуры и от природы белка денатурация может быть либо обратимой, либо необратимой.

Обратимая денатурация, её называют ренатурация, приводит к легко восстанавливаемым изменениям в структуре. Например, если денатурированный белок является ферментом, то в процессе ренатурации его каталитическая активность также может восстановиться и притом без изменения специфичности катализируемой реакции. Следовательно, при ренатурации белка восстанавливается его исходная биологическая активность. Никакой новой биологической активности, которая отсутствовала бы в исходном белке, при этом не возникает.

Необратимая денатурация это процесс, при котором происходят глубокие изменения в структуре белка, которые со временем не дают возможности восстановить исходную конфор-мацию белковой молекулы. Известным примером необратимой денатурации является свертывание яичного белка при варке яиц.

Качественные реакции на аминокислоты, пептиды и белки.

1) Реакция с нингидрином.

В присутствии нингидрина раствор аминокислоты окрашивается в сине-фиолетовый цвет.

2) Биуретовая реакция.

Эта реакция используется для обнаружения пептидных связей в белках и пептидах. При нагревании пептидов или белков в щелочном растворе с сульфатом меди появляется сине-фиолетовая окраска.

3) Ксантопротеиновая реакция Используется для обнаружения ароматических и гетеро-циклических аминокислотных остатков Исследуемые соединения с концентрированной азотной кислотой образуют нитросоединения, окрашенные в желтый цвет.

4) Реакция с ацетатом свинца.

Используется для обнаружения белков, содержащих цистеин. В щелочной среде образуется черный осадок сульфида свинца.

5) Реакция с диметиламинобензальдегидом (реакция Эрлиха).

Используется для качественного и количественного определения триптофана. В растворе, подкисленном серной кислотой, появляется красно-фиолетовое окрашивание.