ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ БІЛКІВ

Методичні вказівки для самостійної

позааудиторної роботи студентів з теми №4:

“ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ БІЛКІВ”

 

Актуальність теми: Знання фізико-хімічних властивостей білків та чинників, які викликають їх осадження, є необхідними для виділення з біооб’єктів лікарських препаратів білково-пептидної природи, очищення їх від низькомолекулярних речовин (діаліз), кількісного визначення вмісту білка. Осадження білків органічними кислотами використовують у клініці для осадження білків сироватки крові при визначені у ній вмісту глюкози, сечовини тощо. В’яжучі препарати, які містять таніни викликають слабку денатурацію білків на поверхні слизових оболонок чи шкіри при запальних процесах, що сприяє загоєнню.

Тривалість заняття: 6 годин

Навчальна мета:

Знати: основні фізико-хімічні властивості білків.

Вміти: використовувати реакції осадження білків у медицині; дати клінічну інтерпретацію даних електрофореграм.

Засвоїти практичні навички: визначати сумарний заряд білкової молекули за відомим амінокислотним станом.

Базові знання

Дисципліна

Отримані навички

Органічна хімія

 

 

Знати типи хімічних зв’язків та взаємний вплив атомів в органічних сполуках; кислотні і основні властивості органічних сполук; будову та властивості амінокислот та білків.

Контрольні питання

  1. Фізико-хімічні властивості білків:

–         Гідрофільність білків. Фактори стабілізації білків у розчині.

–         Розчинність білків. Фактори, які впливають на розчинність білків: температура, іонна сила розчинів, рН середовища.

–         Білки, як амфотерні електроліти. Ізоелектрична точка білків. Буферні властивості розчинів білка. Електрофорез білків.

  1. Осадження білків з розчинів. Висолювання білків, його механізм.
  2. Колоїдні властивості розчинів білків.
  3. Електрофорез білків, його застосування в медицині.
  4. Денатурація білків. Фактори, що викликають денатурацію білків. Практичне застосування денатурації білків.

 

Конспект теми:

Фізико-хімічні властивості білків: гідрофільність, кислотно-основні, буферні, розчинність, колоїдні, осмотичні, електрокінетичні тощо.

Гідрофільність білків зумовлена наявністю заряду білкової молекули (за рахунок іонізації бокових радикалів амінокислот) та “гідратної оболонки” (орієнтованих навколо заряджених груп диполів молекули води). Наявність заряду та гідратної оболонки – два основних фактори стабілізації білків у розчині.

Кислотно-основні властивості білків, зокрема їх амфотерність, зумовлені наявністю груп здатних до іонізації. Білки – амфотерні поліелектроліти. Заряд білкової молекули виникає при іонізації функціональних залишків амінокислот. При взаємодії з кислотою іонізуються аміногрупи бокових радикалів Ліз, Арг та імідазольне кільце Гіс і білки заряджаються позитивно; а при дії лугу – карбоксильні групи Асп і Глу, внаслідок чого білкова молекула набуває негативного заряду. Значення рН середовища, при якому сумарний заряд білкової молекули дорівнює нулю і вона не рухається в електричному полі постійного струму називається ізоелектричною точкою (ІЕТ) і позначається рІ.

Здатність білків взаємодіяти як з кислотами, так і з лугами (амфотерність) визначає їх буферні властивості (здатність зберігати значення рН при розведенні або при додаванні невеликих концентрацій кислоти або лугу). Однією з чотирьох буферних систем крові, яка забезпечує сталість рН крові (7,36-7,44) є білкова, яка забезпечується, в основному, альбумінами плазми крові.

Розчинність білків зумовлена: 1) амінокислотним складом (чим більше у складі білку амінокислот з полярними радикалами, тим краще розчиняється даний білок); 2) особливостями структурної організації білка (альбуміни в порівнянні з глобулінами мають меншу молекулярну масу та більший сумарний заряд, тому альбуміни розчинні у воді, а глобуліни – ні;                   3) властивостями розчинників (альбуміни розчинні у воді, глобуліни – у слабких розчинах солей, глутеліни – у лугах) та факторами зовнішнього середовища: рН (зсув рН у будь-який бік від рІ призводить до виникнення заряду білкової молекули і покращує розчинність білка, який має мінімальну розчинність при рІ); температура (для більшості білків розчинність підвищується з підвищенням температури до межі, що викликає денатурацію білка; проте, розчинність окремих білків, зокрема гемоглобіну, альдолази з підвищенням температури знижується); іонна сила розчину (нейтральні солі у низьких концентраціях, коли іонна сила розчину невисока, підвищують розчинність білків за рахунок взаємодії їх іонів з полярними групами білків, що призводить до руйнування іонних зв’язків між макромолекулами білків; при високих концентраціях іонів останні взаємодіють з гідратною оболонкою білків і викликають їх осадження).

Осадження білків – перехід білків з розчину у осад. Оборотнє (при додаванні розчинника до осаду білка останній розчиняється) осадження викликає дія агентів, які руйнують гідратну оболонку: спирт, ацетон, висолювання. Оборотнє осадження використовується у фармації для виділення нативних білків при приготуванні білкових препаратів, зокрема інсуліну для ін’єкцій.

Загальноприйнята схема осадження білків (схема Кройта): для осадження гідрофільних частинок необхідно зруйнувати гідратну оболонку (спиртом) і зняти заряд (електролітом). Послідовність цих реакцій не суттєва для процесу осадження.

Ступінь висолювання (оборотнє осадження високими концентраціями солей лужних і лужноземельних металів та солей амонію) залежить від радіуса та заряду іонів, їх здатності до гідратації (ліотропні ряди катіонів та аніонів або ряди Гофмейстера):

Li+  >  Na+  >  K+  >  Rb+  >  Cs+;

Mg2+  >  Ca2+  >  Sr2+  >  Ba2+;

SO42- > F > [цитрат]3- > [тартрат]2- >[ацетат] > Сl > NO3 > Br > I > CNS

ступінь гідратації іонів зменшується

осаджуюча дія іонів зменшується

 

Денатурація білка – це руйнування нативної просторової конфігурації білкової молекули, що призводить до зменшення або повної втрати розчинності, зміни фізико-хімічних та біологічних властивостей. Денатурація є процесом необоротнього осадження білків під дією фізичних (радіація, висока температура) та хімічних (органічні та мінеральні кислоти, алкалоїдні реактиви, катіони важких металів) факторів. При денатурації повністю руйнуються четвертинна і третинна структури та частково або повністю – вторинна. Первинна структура білка при денатурації не руйнується.

Оскільки розміри білкових молекул (1-100 нм) відповідають розмірам частинок високодисперсних систем, розчини білків мають колоїдні властивості: осмотичні, оптичні, електрокінетичні. Проте, ступінь дисперсності білкових розчинів молекулярний, а не міцелярний. Крім того, розчини білків утворюють гомогенні системи, вони термодинамічно стійкіші, концентрація білка у розчині може складати 12-15% за масою, білкові розчини стабілізуються гідрофільними взаємодіями.

Осмотичні властивості білків: 0,5% осмотичного тиску крові (тиск, який необхідний для запобігання потоку розчинника через напівпроникливу мембрану) забезпечується білками плазми крові альбумінами і глобулінами; цю частину осмотичного тиску крові називають онкотичним. При зниженні вмісту білів у плазмі крові, особливо альбумінів, виникає різниця у онкотичному тиску в крові та тканинних рідинах і розвиваються онкотичні набряки підшкірної клітковини. Властивість білків не проходити через напівпроникну мембрану використовується для їх очищення від низькомолекулярних речовин методом діалізу.

Оптичні властивості дисперсних систем зумовлені дисперсністю та гетерогенністю. При колоїдному ступені дисперсності, коли лінійні розміри частинок менші за довжину хвилі падаючого світла (в білкових розчинах), світлові хвилі огинають частинки і змінюють свій початковий напрям. Дифракція (розсіювання світла) є причиною опалесценції – матового світіння (ефект Тіндаля). В медицині та фармації для визначення вмісту білка використовують методи нефелометрії (вимірювання інтенсивності розсіюваного світла дисперсною системою) та рефрактометрії (визначення показника заломлення світла при проходженні через розчин білку).

Електрокінетичні властивості: електрофорез, електроосмос, потенціал перебігу, потенціал седиментації зумовлені відносним переміщенням двох фаз під дією електричного поля. Електрофорез – це рух заряджених частинок дисперсної фази в полі постійного електричного струму до одного з електродів. Білки у водних розчинах при певному значенні рН набувають певного заряду і здатності до електрофорезу. Тому, методом електрофорезу на папері (при рН=8,9) білки плазми крові можна розділити за молекулярною масою і зарядом на 5 фракцій: альбуміни, α1-, α2-, β- і γ-глобуліни. Специфічні властивості білків: набухання, в’язкість, драглювання.

 

Матеріали для самоконтролю:

  1. Білки – амфотерні поліелектроліти. Ізоелектрична точка білків – це значення рН, за якого:

А. Білок є електронейтральним; В. Білок стає іонізованим;               С. Молекула білка набуває позитивного заряду; D. Розчинність білка найбільша; Е. Білок рухливий в електричному полі.

  1. Заряд білкової молекули визначається амінокислотним складом. Сумарний позитивний заряд мають білки, в яких переважають амінокислоти:

А. Лізин і аргінін;     В. Метіонін і тирозин;     С. Аспарагінова і глутамінова кислоти;       D. Лізин і глутамінова кислота;

Е. Лізин і аспарагінова кислота.

  1. Висолювання – це зворотнє осадження білків з розчину. Під дією яких речовин воно відбувається?

А. Насичених та напівнасичених солей лужних та лужноземельних металів;     В. Солей важких металів;      С. Концентрованих мінеральних кислот;     D. Алкалоїдів;     Е.  Високої температури.

  1. На яких фізико-хімічних властивостях грунтується метод визначення електрофоретичного спектра білків:

А. Наявність електричного заряду;        В. Висока в’язкість;

С. Оптична активність;          D. Високий онкотичний тиск;

Е. Здатність до набухання

  1. Оборотнє осадження виникає при руйнуванні гідратної оболонки білкової молекули. Яка з перелічених речовин здатна викликати оборотнє осадження білків?

А. Спирт;     В. Ацетат плюмбуму;    С. Трихлороцтова кислота;

D. Танін;    Е. Нітрат меркурію

  1. Іони важких металів викликають необоротнє осадження білків. З якими групами білків вони взаємодіють, утворюючи комплекси?

А. SH-групами;     В. СООН-групами;     С. ОН-групами;

D. Метильними групами;     Е. Аміногрупами

  1. Сумарний негативний заряд мають білки, в складі яких переважають:

А. Глутамінова і аспарагінова кислоти;    В. Аргінін і гліцин;

С. Лізин і аргінін;    D. Валін і лейцин;     Е. Аланін і треонін

  1. Денатурація – це процес руйнування просторової конфігурації білкової молекули. Яка структура білка при цьому не руйнується?

А. Первинна;       В. Вторинна;        С. α-спіраль;  

D. Третинна;        Е. Глобулярна

  1. У хворого з хронічним гломерулонефритом спостерігаються набряки кінцівок, що повязане зі зниженням онкотичного тиску крові людини, який підтримується в основному за рахунок:

А. Альбумінів;      В. Глобулінів;      С. Фібриногену;

D. Гемоглобіну;        Е. Глікопротеїнів

 

Рекомендована література:

  1. Гонський Я.І., Максимчук Т.П. Біохімія людини, 2001. – С.35-44.
  2. Губський Ю.І. Біологічна хімія, 2007. –С.33-35.
  3. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия,1998.-С. 44-49.
  4. Біологічна хімія / За ред. проф. Л.М. Вороніної, 2000. – С. 40-50.
  5. Бышевский А.Ш., Терсенов О.А. Биохимия для врача, 1994. – С.88-90.
  6. Мещишен І.Ф., Яремій І.М. Клініко-біохімічні ситуаційні задачі.-Чернівці: Медик, 2005.-84с.
  7. Мещишен І.Ф. Задачі з біохімії та алгоритми їх розв’язування. – Чернівці: Медакадемія, 2001. – 152 с.

 

ЗАВАНТАЖИТИ

Для скачування файлів необхідно або Зареєструватись

ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ БІЛКІВ (25.1 KiB, Завантажень: 2)

завантаження...
WordPress: 22.97MB | MySQL:26 | 0,800sec