 |
Свойства растворов высокомолекулярных соединений
|
|
|
|
СВОЙСТВА РАСТВОРОВ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Биополимеры – природные высокомолекулярные соединения (ВМС). Растворы ВМС представляют собой гомогенные системы, являясь истинными растворами, где взвешенные частицы не содержат ядер, а представлены макромолекулами - молекулами гигантских размеров. Растворение ВМС осуществляется с образованием менее упорядоченной системой и более упорядоченными. Растворы ВМС образуются самопроизвольно с уменьшением свободной энергии, они представляют собой термодинамически устойчивые системы, способные существовать без стабилизатора неограниченное время в весьма больших массовых и значительных молярных концентрациях.. Растворы ВМС, подобно растворам низкомолекулярных соединений, могут быть и молекулярными, и ионными, причем в последнем случае природа зарядов связана с наличием функциональных групп.. ВМС способны образовывать не только истинные растворы, но и типичные лиофобные золи, если в качестве диспрессионной среды использовать такую жидкость, по отношению к которой данное высокомолекулярное вещество является лиофобным, т. е. не способным растворяться в нем. Являясь истинными растворами, растворы ВМС отличаются от растворов низкомолекулярных соединений. Огромные размеры молекул являются ответственными за большинство физических свойств растворов ВМС, отличающихся от низкомолекулярных соединений. На поведение растворов ВМС сильное влияние оказывают форма и отдельные фрагменты строения микро молекул.
Заряд частицы ВМС. Изоэлектрическая точка (pI). Одной из важных проблем, возникающих при изучении ВМС, является проблема появления на поверхности молекул заряда, который возникает по разным причинам. Поверхность ВМС может иметь собственный заряд, возникающий благодаря расположенным на ней анионным и катионным группам Заряженная поверхность является одной из особенностей крупных частиц, отличающей их от обычных низкомолекулярных растворенных веществ наличия заряда у частиц. Доказательством наличия заряда у частицы ВМС является ее поведение при электрофорезе: заряженная частица, присутствующая в растворе, в частности микромолекула, под действием электрических сил движется к электроду противоположного знака. Для белков между зарядом молекул и электрофоретической подвижностью существует прямая пропорциональная зависимость в широком интервале рН.
|
|
|
Значение рН, при котором электрофоретическая подвижность белка равна нулю, называется изоэлектрической точкой.
В кислой среде, когда в результате избытка водородных ионов подавлена ионизация карбоксильных групп, молекула белка ведет себя как основание, приобретает положительный заряд и при электрофорезе движется к катоду. В щелочной среде, наоборот, подавлена ионизация аминогрупп, и молекула белка ведет себя как кислота и при электрофорезе передвигается к аноду. В изоэлектрическом состоянии свойства растворов белков резко меняется: при этом они имеют, наименьшую вязкость, плохую растворимость. При значении рН, близком к изоэлектрической точки, разноименно заряженное группы -NH3+ и COO- притягиваются друг к другу и нить закручивается в спираль. Молекулы ВМС в развернутом состоянии придают растворам более высокую вязкость, чем молекулы ВМС, свернутые в спираль или клубок.
|
|
|
Гидрофильность растворов ВМС. Одно из важнейших свойств высокомолекулярных соединений — гидрофильность. Гидрофильность искусственных полимеров обусловлена двойными связями, аминными и спиртовыми группировками.
Гидрофильность природных полимеров обусловлена главным образом пептидными, эфирными, двойными связями, карбоксильными, карбонильными, спиртовыми и аминными группами. Различают диссоциированные [ионогенные] гидрофильные группы и недиссоциированные [полярные] группы.
Ионогенные гидрофильные группы: R—СООН, R—СООNa, R—NН3ОН, R—NH3Cl.
Диссоциация ионогенных групп обеспечивает ВМС электрический заряд, а полярные группы притягивают диполи воды, образующие гидратную оболочку. Именно это и делает растворы биополимеров устойчивыми к коагулирующему действию электролитов. Итак, устойчивость растворов ВМС определяется двумя факторами: наличием заряда и наличием гидратной оболочки, причём главным фактором является водная оболочка. Она препятствует коагуляции даже в изоэлектрическом [электронейтральном] состоянии. Образование третичной и четвертичной
структуры у белков не случайно — при такой укладке все гидрофильные группы находятся снаружи.
Примеры решения задач
Пример 1.
Какой заряд имеют альбумины (pI=4, 9) и глобулины (pI=7) в крови.
Решение:
рН крови в среднем 7, 36, так как изоэлектрическая точка ниже заряд белки имеют отрицательный, причем альбумины имеют заряд ниже, чем глобулины.
Пример 2.
При рН=6, 0 инсулин при электрофорезе остается на старте. К какому электроду инсулин будет перемещаться в 0, 1 М растворе соляной кислоты?
Решение:
ИЭТ инсулина равна 6, 0, т. е. белок не имеет заряда. рН (НСI) = - lgC(H+ ) = - lg10-1 =1. В кислой среде инсулин будет иметь заряд (+), следовательно инсулин будет передвигаться к катоду.
|
|
|
Пример 3.
Изоэлектрическая точка белка миозина равна 5, 0. При каких значениях рН: 2, 4, 5 или 7 электрофоретическая подвижность будет наибольшей?
Решение:
При рН=2 и при рН=4 происходит ионизация -NH2 , причем при рН=2 - в большей степени. При рН=5 ионизация отсутствует, электрофоретическая подвижность не наблюдается. При рН=7 происходит ионизация групп –СООН. Наибольшая электрофоретическая подвижность миозина наблюдается при рН=2, так как разность между значением ИЭТ и рН буферного раствора максимальна, частица белка имеет при этом наибольший положительный заряд.
|
|
|
