Высокомолекулярные соединения как полиэлектролиты. Изоэлектрическая точка

Полиэлектролитами называют ВМС, содержащие в основных или боковых цепях полярные ионогенные группы. В зависимости от характера диссоциации ионогенных групп полиэлектролиты проявляют свойства кислоты или основания, разделяясь на поликислоты, полиоснования и полиамфолиты.

Важнейшими представителями полиэлектролитов являются белки. Молекулы белков состоят из аминокислот, связанных пептидными связями, на концах цепи находятся кислотные карбоксильные (-СООН) и основные аминогруппы (-NH2):

В растворе ионогенные группы ионизируются. Белок содержит ионогенные группы на концах не только основной, но и боковых цепей.

В слабокислой среде подавляется ионизация карбоксильных групп, и макромолекула приобретает положительный заряд:

В слабощелочной среде ионизируются кислотные группы, и белок ведет себя как слабая кислота, приобретая отрицательный заряд:

В зависимости от силы иоиогенных групп при определенном pH заряды скомпенсированы, такое состояние молекулы называют изоэлектрическим, а соответствующее ему значение pH — изоэлектрической точкой (ИЭТ или pi):

Белок обычно является более сильной кислотой, чем основанием, его ИЭТ находится при pH < 7, но в каждом конкретном случае это зависит от соотношения кислотных и основных ионогенных групп и их констант диссоциации: ИЭТ фермента желудочного сока пепсина равна 2, фермента сока поджелудочной железы химотрипсина — 8,6, яичного альбумина — 4,8.

Влияние pH на форму молекул. Молекула в изоэлектрическом состоянии (pH раствора соответствует ИЭТ) в целом электронейтральна, при этом в ней присутствуют ионизированные и положительно, и отрицательно заряженные группы, взаимное притяжение которых сворачивает молекулу в клубок. При отдалении от ИЭТ как в более кислую, так и в основную строну молекулы обладают нескомпенсированным зарядом, одноименно заряженные группы отталкиваются, молекула распрямляется.

ВМС-полиэлектролиты способны к электрофорезу при условии, что они не находятся в изоэлектрическом состоянии. В зависимости от pH молекула будет двигаться или к положительному или к отрицательному электроду, значение pH влияет и на электрофоретическую подвижность.

<< Явление электрофореза рассматривалось в гл. 5.

Интерактивный компонент

Как экспериментально определить изоэлектрическую точку ВМС?

Поскольку pH оказывает сильное воздействие на структуру (конформации) макромолекул ВМС-полиэлектролитов, то и их свойства (вязкость, степень набухания, оптическая плотность) изменяются в зависимости от pH (рис. 9.7).

Определение ИЭТ

Рис. 9.7. Определение ИЭТ:

а — по зависимости вязкости раствора от pH; б — по зависимости степени набухания от pH; в — по зависимости оптической плотности раствора от pH

В изоэлектрическом состоянии молекула белка имеет структуру плотного клубка или глобулы, что затрудняет набухание, препятствует прохождению света через раствор, снижает вязкость и сопротивление течению жидкости. При выпрямлении молекул в областях pH больше или меньше ИЭТ возрастает вязкость, упрощается набухание, снижается оптическая плотность.

Резюме

ВМС-полиэлектролиты содержат в основных или боковых цепях ионогенные группы, ионизация которых зависит от pH среды. Заряд и форма макромолекулы полиэлектролита зависят от pH среды. Зависимость структуры белка от pH используется для определения ИЭТ.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >