Ионизация
Радикалы лизина, аргинина, гистидина и дикарбоксильных аминокислот содержат группы, способные к ионизации. Кроме того, на концах пептидных цепей имеются свободные ос-аминогруппы и ос-карбоксильные группы, которые тоже ионизируются. Ионогенных групп в молекуле белка может быть 15-20 на каждые 100 аминокислотных остатков. Таким образом, белки представляют собой иолиэлектролиты. Поскольку белки содержат как положительно, так и отрицательно заряженные группы, они являются амфолитами.
- Ионизация воздуха.
При подкислении раствора белка степень ионизации анионных групп снижается, а катионных — повышается; при подщелачивании происходят противоположные изменения. При определенном значении рН число положительно и отрицательно заряженных групп становится одинаковым; такое состояние называется изоэлектрическим (суммарный заряд молекулы равен нулю). Значение рН, при котором белок находится в изоэлектрическом состоянии, называют изоэлектричес-кой точкой и обозначают pi. Изоэлектрическая точка большинства белков лежит в слабокислой зоне. Это связано с тем, что обычно в белках анионогенных аминокислот больше, чем катионогенных. Однако есть и щелочные белки, например гистоны, входящие в состав хроматина и содержащие много лизина и аргинина.
Если белок не находится в изоэлектрическом состоянии, то в электрическом иоле молекулы белка будут перемещаться к катоду или аноду, в зависимости от знака суммарного заряда, и со скоростью, пропорциональной величине суммарного заряда (электрофорез). Этим методом можно разделять белки с различным значением pi.
Полярные группы белков, как ионогенные, так и неионогенные (см. табл. 1.3), способны взаимодействовать с водой, гидратироваться. Количество воды, связанной с белком, достигает 30-50 г на 100 г белка. Гидрофильных полярных групп (а соответственно и связанной с ними воды) значительно больше на поверхности белковой глобулы, чем в глубине, поэтому иногда говорят о «гидратной оболочке» белковой молекулы. Большинство белков имеет гидрофильную поверхность, однако есть и гидрофобные белки, поверхность которых образована преимущественно гидрофобными радикалами аминокислот. Такие белки нерастворимы в воде, но растворяются в липидах: гидрофобные радикалы аминокислот взаимодействуют с молекулами липидов (сольватируются). Гидрофобные белки встречаются преимущественно в клеточных мембранах.Растворимость белка в воде зависит от количества гидрофильных групп, от размеров и формы молекул, от величины суммарного заряда. В изоэлектрическом состоянии растворимость белков обычно снижена, поскольку отсутствует электростатическое отталкивание между молекулами, и они склонны образовывать многомолекулярные агрегаты, не способные удерживаться в растворе.
Растворимость белков зависит также от наличия других растворенных веществ. Например, некоторые белки не растворяются в дистиллированной воде, но растворяются в присутствии небольших концентраций нейтральных солей. При высоких концентрациях нейтральных солей белки выпадают в осадок, причем для осаждения (высаливания) разных белков требуются разные концентрации соли. Следовательно, этим способом можно фракционировать белки. Чаще всего для разделения белков методом высаливания используют сульфат аммония. После удаления соли (например, путем диализа) осажденный белок вновь растворяется: при этом сохраняются его нативные свойства.
Растворимость белков снижается и при денатурации. Денатурацией нередко пользуются для удаления белков из растворов.
В клетке одни белки находятся в растворенном состоянии в цитозоле, другие входят в состав клеточных структур — мембран, рибосом, микротрубочек, фибрилл и др. Содержание белков в цитозоле равно примерно 20 %, в плазме крови 7-9 %.