Застудневание растворов ВМВ и факторы,Влияющие на него. Лиотопный ряд застудневания.

Во многих случаях, как при действии солей и других агентов, так и при изменении параметров – в первую очередь, концентрации и температуры, растворы высокомолекулярных веществ могут подвергаться застудневанию. Застудневание или желатинирование - потеря раствором ВМВ текучести и переход его в твёрдообразное состояние.

Процесс желатинирования можно представить себе следующим образом. Отдельные макромолекулы или макроионы, сталкиваясь между собой в процессе броуновского движения, притягиваются наименее сольватированными участками. Так как каждая макромолекула может участвовать в большом количестве таких контактов, образуется пространственная сетка (каркас), охватывающая весь объём раствора. В ячейках этого каркаса сольватационными и капиллярными силами удерживается жидкая среда. Внешним признаком застудневания служит утрата раствором текучести. Возникающая при застудневании система называется студнем. Каркас студней обладает заметной, иногда значительной прочностью.

Главными факторами, способствующими застудневанию, являются низкая температура и большая концентрация ВМВ. Причём, чем выше концентрация ВМВ, тем при более высокой температуре и более быстро будет происходить застудневание. Так, достаточно концентрированный раствор желатина может застыть уже при 30 ^оС, тогда как при варке обычных бульонов для этого требуется минусовая температура и продолжительное время. Все анионы по их способности влиять на скорость застудневания можно расположить в лиотропный ряд такого же вида, который был рассмотрен при изучении высаливающего действия анионов. Чем больше ион проявляет способность гидратироваться, тем активнее в его присутствии происходит дегидрация частиц, что облегчает соединение их между собой и образование структуры. Ниже приведен ряд анионов по их действию на скорость застудневания:

SO₄^2- > C₄H₄O₆^-> CH₃COO^- > CI^- > NO₃^- > Br^- > I^- > CNS^-

Ионы, стоящие в начале ряда ускоряют застудневание, а ионы, стоящие в конце ряда, замедляют его.

 

Полиэлектролиты - белки, полиакриловая кислота или полярные полимеры (крахмал, пектины) подвержены застудневанию в большей степени, чем, например, растворы неполярных ВМВ (таких, как каучук) в органических растворителях.

Присутствие в растворе электролитов влияет на скорость застудневания. Причём, как и в случае высаливания, это влияние оказывают анионы. Хорошо гидратирующиеся анионы, такие, как сульфат и ацетат, сильно ускоряют застудневание, а в присутствии тиоцианата (роданида), оно вообще не происходит. Действие таких анионов, как хлорид, иодид, нитрат, в общем, проявляется в меньшей степени, и содержащие их растворы застывают за время, соизмеримое с застыванием растворов без электролитов, но всё же несколько медленнее.

111. Полиэлектролиты. Полиамфолиты. Блки. Изоэлектрическая точка полиэлектролитов и белков. Метод ее определения.

Полимеры, макромолекулы которых содержат ионогенные группы, называются полиэлектролитами. В зависимости от природы ионогенных групп различают поликислоты, полиоснованияи полиамфолиты(последние содержат как кислотные, так и оснó вные группы). В водном растворе из-за диссоциации полярных групп макромолекула полиэлектролита существует в форме полииона, окружённого эквивалентным количеством малых противоионов. Сильные полиэлектролиты, например, полиэтилендисульфокислота в водных растворах, полностью ионизованы. У слабых полиэлектролитов, например полиакриловой кислоты, степень диссоциации полярных групп, а значит, и величина заряда, зависит от рН.

Полиэлектролиты могут быть растворимыми в воде, и нерастворимыми, как, например, белок кератин или синтетические ионообменные смолы. Применяются полиэлектролиты в качестве ионообменников, ПАВ, структурообразователей, загустителей и др. К полиэлектролитам относятся и важнейшие биополимеры- нуклеиновые кислоты, полипептиды и белки. Кроме того, что белки являются одним из основных компонентов живых организмов и важнейшим пищевым продуктом, они используются и в фармации в качестве лекарственных средств, составных частей кровезаменителей, стабилизаторов коллоидных лекарственных форм и т. д.

Особенности поведения полиэлектролитов в растворах обусловлены наличием электростатических взаимодействий: отталкиванием одноимённо заряженных групп в макромолекуле и притяжением низкомолекулярных противоионов к полииону. Отталкивание усиливается при разбавлении бессолевых растворов полиэлектролитов водой вследствие уменьшения экранирования заряженных групп противоионами. В результате полиионы, свёрнутые в клубок, распрямляются.

Белкиот синтетических полиамфолитовотличаются сравнительно невысокой плотностью полярных групп в макромолекулах. Так как белки состоят из остатков ами­но­кислот, их полярные группы - это, главным образом, -NH₃⁺ (оснó вные) и -СОО^- (кислотные) группы. В зависимости от рН среды эти группы могут быть ионизованы в различной степени. Так, в кислой среде подавляется ионизация карбоксильных групп, и макромолекулы существуют в виде полимерных катионов. В щелочной среде, наоборот, подавляется ионизация аминогрупп, что приводит к возникновению полимерных анионов.

При определённых значениях концентрации водородных ионов количества ионизированных основных и кислотных групп могут оказаться равными, причём количество тех и других в каждой макромолекуле является минимальным. Такое состояние белка называется изоэлектрическим, а значение рН, при котором система находится в изоэлектрическом состоянии, называется изоэлектрической точкой (ИЭТ, ИТ, pI). В ИЭТ макромолекула белка представляет собой амфиион ( цвиттер-ион ), строение которого можно изобразить так:

 

 

В макромолекулах большинства белков содержится больше способных к диссоциации карбоксильных групп, чем аминогрупп. Поэтому белки, как правило, являются более сильными кислотами, чем основаниями, и их изоэлектрическая точка обычно меньше 7. Но имеются и такие белки, изоэлектрическая точка которых > 7. Причём у каждого белка значение ИЭТ обычно соответствует рН среды, в которой функционирует белок. Отсюда следует, что белки проявляют наилучшую жизнедеятельность тогда, когда они находятся в изоэлектричсском состоянии. В частности, с этим связано буферное действие сред организма, поддерживающее необходимое для нормального функционирования белков значение рН среды.

Методы определения изоэлектрической точки белков

Изоэлектрическая точка- одна из важнейших характеристик белка. Все существующие методы её определения основаны на измерении свойств белков, связанных или с конформацией макромолекулы, или с их зарядом, при различных значениях рН. Во всех случаях готовится серия буферных растворов с различными значениями рН, в которые помещаются одинаковые количества исследуемого белка в виде раствора или в сухом виде.

Электрофоретический метод. Так как само выражение " изоэлектрическое состояние" говорит о равенстве числа положительных и отрицательных зарядов в амфиионах, ИЭТ можно определить с помощью электрофореза на бумаге, который проводится так. В прибор для электрофореза на бумаге вставляется несколько полосок фильтровальной или специальной хроматографической бумаги и каждая из них смачивается буферным раствором с определённым значением рН. На заранее отмеченное карандашом место в середине полосок пипеткой наносится капля раствора исследуемого белка. После этого прибор включается и через полоски бумаги с растворами проходит постоянный электрический ток.

В зависимости от рН буферного раствора макромолекулы изменяют свой заряд. В средах с рН > ИЭТ они заряжаются отрицательно:

NH3+ NH2 R + OH- « R COO- COO-,

 

а в средах с рН < ИЭТ – положительно:

NH3+ NH3+ R + H+ « R COO- COOH.

 

В растворе с рН, равным ИЭТ, макромолекулы белка приобретут нейтральный заряд. Таким образом, в электрическом поле макроионы будут перемещаться в различных направлениях, а нейтральные цвиттер-ионы останутся на месте в соответствии со схемой:

рН < ИЭТ	рН = ИЭТ	рН > ИЭТ
перемещение к катоду	смещение отсутствует	перемещение к аноду

В изоэлектрическом состоянии макромолекулы из-за минимального заряда обычно свернуты в клубки и наименее гидратированы. Это лежит в основе других методов, из которых наиболее надёжным и простым в исполнении является метод определения ИЭТ по минимуму вязкости. В этом случае с помощью вискозиметра измеряется относительная вязкость серии буферных растворов с добавлением одинакового количества белка. Из-за свёрнутости макромолекул белка, находящегося в изоэлектрическом состоянии, в наиболее плотные глобулы, наименьшей вязкостью будет обладать раствор с рН = ИЭТ.

Метод, связанный с действием водоотнимающих средств. Макромолекулы белков в изоэлектрическом состоянии наименее всего гидратированы. Поэтому выделение белков из раствора под действием водоотнимающих средств (например, спирт, ацетон в чистом виде или в присутствии нейтральных солей) происходит быстрее и полнее всего при рН, соответствующем изоэлектрической точке.

В принципе изоточка может быть определена и другими способами – по скорости застудневания, по степени набухания сухого белка и т. д. Однако эти методы не очень точны и требуют намного большего количества белка для исследования, что не всегда доступно.

⇐ Предыдущая29303132333435363738Следующая ⇒

Поделиться: