Изоэлектрическая точка

4.4. Растворы полимерных электролитов. Изоэлектрическая точка

Изоэлектрическая точка

СредиВМС важное место занимают белки. Белкиявляются полимерными электролитами,так как их молекулы содержат ионогенныегруппы. Поэтому растворы белков имеютцелый ряд особенностей по сравнению срастворами других полимеров. В общемвиде формула аминокислот, образующихбелки, может быть записана как NH2-R-COOH.

В водном растворе макромолекулапредставляет амфотерный ион+NH3-R–COO-.Если числа диссоциированных амино- икарбоксильных групп одинаковы, томолекулы белка в целом электронейтральны.Такое состояние белка называютизоэлектрическим состоянием, асоответствующее ему значение рН раствора– изоэлектрической точкой (ИЭТ).

Чащевсего белки – более сильные кислоты,чем основания, и для них ИЭТ лежит прирН7. При различныхрН форма макромолекул различна. В ИЭТмакромолекулы свернуты в клубоквследствие взаимного притяженияразноименных зарядов. В кислой и щелочнойсредах в макромолекуле преобладаютзаряды одного знака и молекулы существуютв виде гибких цепочек.

Поэтому практическивсе свойства растворов белков проходятчерез экстремальные значения визоэлектрическом состоянии: осмотическоедавление и вязкость минимальны в ИЭТ исильно возрастают в кислой и щелочнойсредах, минимальна также способностьвещества к набуханию, оптическаяплотность раствора в ИЭТ максимальна.

Изучение всех этих свойств используетсядля определения изоэлектрической точкибелков.

5.1. Общая характеристика эмульсий

Эмульсиипредставляют собой микрогетерогенныесистемы типа ж/ж, в которых дисперснаяфаза и дисперсионная среда находятсяв жидком состоянии. Такие системы могутдлительно существовать только в томслучае, если их образуют жидкости,нерастворимые одна в другой.

Размерышариков дисперсной фазы колеблются вшироких пределах и в большей частисоставляют 0,1-10,0 мкм. Поэтому их можнонаблюдать в поле обычного микроскопа.Наиболее распространены эмульсии, вкоторых роль дисперсионной среды играетвода, а роль дисперсной фазы – жиры,минеральные масла, толуол и т.д.

Все этивещества, нерастворимые в воде, условноназывают одним термином масло и обозначаютбуквой М. Воду обозначают буквой В.Название дисперсной фазы записывают вчислителе дроби, а дисперсионной среды– в знаменателе. Так, молоко – масло вводе – обозначают М/В, бензола и толуолав воде также – М/В.

Эмульсию воды в нефтии эмульсию воды в сливочном маслеобозначают В/М.

5.2. Устойчивость эмульсий

Вопросуоб устойчивости эмульсий посвященомного работ. Например, при хранениимолока, производстве и хранении майонеза,приготовлении охлаждающих эмульсийважно создать условия для их длительногохранения, т.е. исключить возможностьрасслоения жидких фаз.

В других случаяхнеобходимо, наоборот, наиболее просто,быстро и экономно разрушить эмульсию,разделить фазы, из которых она состоит.Например, при переработке нефти удалитьводу, диспергированную в ней. впроцессе получения природного каучуканеобходимо выделить каучук, которыйсодержится в виде частиц шарообразнойформы (млечный сок) или грушевидной.

Величина частиц и их масса в эмульсияхзначительно больше, чем в коллоидныхрастворах. Поэтому величинаdlnn/dh(n– число частиц,h – высота),которая характеризует кинетическуюнестойкость системы, для эмульсийдостаточно велика. Во многих эмульсияхплотность дисперсной фазы меньшеплотности дисперсионной среды.

Поэтомучастицы не оседают, а всплывают. Терминсливки является общим и относится нетолько к эмульсии жира в воде, но и клюбой другой системе типа М/В, например,толуол/вода, бензол/вода.

Скоростьперехода эмульсий в состояниеседиментационного равновесия, зависящаяот степени дисперсности, как правилобольше, чем у коллоидных растворов. Изформулы (2.9) следует (лекция 2):

.

Эмульсииобладают в большей или меньшей степениагрегативной неустойчивостью. Стремлениесистемы к самопроизвольному уменьшениюповерхности раздела осуществляетсяпутем слияния шариков дисперсной фазы.Такое слияние называется коалесценцией.

Чембольше поверхностное натяжение награнице раздела фаз, из которых состоитэмульсия, чем больше они отличаются постепени полярности, тем больше проявляетсяагрегативная неустойчивость. У большинстваэмульсий поверхностное натяжение награнице раздела фаз существенноотличается от нуля, поэтому такие системытермодинамически неустойчивы.

Поагрегативной устойчивости эмульсииможно разделить на две большие группы:разбавленные и концентрированные. Кпервой группе относятся эмульсии, вкоторых объем дисперсной фазы составляет74 % от общего объема. Однако вследствиеполидисперсности и, главным образом,деформации капель дисперсной фазы ееобъем может достигать 99,0 и даже 99,9 %.

Устойчивость концентрированных эмульсийне обеспечивается наличием электрическогозаряда частиц даже большой величины.Чтобы исключить коалесценцию, в такиеэмульсии необходимо вводить специальныестабилизирующие добавки, называемыеэмульгаторами.

В качестве эмульгаторовиспользуются ВМС или поверхностно-активныевещества, молекулы которых имеют четковыраженные полярную и неполярную группы.

Так,ВМС, например белки, адсорбируются наповерхности капель и образуют пленочныедвумерные студни и сольватная оболочкапрепятствует коалесценции.

МолекулыПАВ, адсорбируясь на поверхности шариков,ориентируются так, что полярные группынаправлены в сторону полярной жидкости,а неполярные – в сторону неполярной. Врезультате на поверхности каплиобразуются двумерные пленочныекристаллоподобные структуры.

В качествепримера таких прочных пленок можнопривести мыльные пузыри. Обычно эмульсиитипа М/В стабилизируются гидрофильнымиэмульгаторами, а эмульсии В/М –олеофильными.

Изоэлектрическая точка • ru.knowledgr.com

Изоэлектрическая точка

Изоэлектрическая точка (пи, pH фактор (I), IEP), pH фактор, в котором особая молекула не несет чистого электрического обвинения.

Стандартная номенклатура, чтобы представлять изоэлектрическую точку является pH фактором (I), хотя пи также обычно замечается и используется в этой статье для краткости.

Чистое обвинение на молекуле затронуто pH фактором ее окружающей среды и может стать более положительно или отрицательно зарядило из-за выгоды или потери, соответственно, протонов (H).

Поверхности естественно заряжают, чтобы сформировать двойной слой. В общем падеже, когда поверхностные определяющие обвинение ионы — H/OH, чистое поверхностное обвинение затронуто pH фактором жидкости, в которую погружено тело.

Стоимость пи может затронуть растворимость молекулы в данном pH факторе. У таких молекул есть минимальная растворимость в водных или рассолах в pH факторе, который соответствует их пи, и часто ускоряйте из решения.

Биологические амфотерные молекулы, такие как белки содержат и кислые и основные функциональные группы. Аминокислоты, которые составляют белки, могут быть положительными, отрицательными, нейтральными, или полярными в природе, и вместе дать белку ее полное обвинение.

В pH факторе ниже их пи белки несут чистый положительный заряд; выше их пи они несут чистый отрицательный заряд.

Белки могут, таким образом, быть отделены согласно их изоэлектрической точке (полное обвинение) на полиакриламидном геле, используя или QPNC-СТРАНИЦУ или технику, названную изоэлектрическим сосредоточением, которое использует градиент pH фактора, чтобы отделить белки. Изоэлектрическое сосредоточение — также первый шаг в 2-м электрофорезе в полиакриламидном геле геля.

Вычисление ценностей пи

Для аминокислоты только с одним амином и одной группой карбоксила, пи может быть вычислено от среднего из pKas этой молекулы.

:

PH фактор электрофоретического геля определен буфером, используемым для того геля. Если pH фактор буфера будет выше пи управляемого белка, то белок будет мигрировать к положительному полюсу (отрицательный заряд привлечен к положительному полюсу).

Если pH фактор буфера будет ниже пи управляемого белка, то белок будет мигрировать отрицательному полюсу геля (положительный заряд привлечен отрицательному полюсу). Если белком будут управлять с буферным pH фактором, который равен пи, то он не будет мигрировать вообще.

Это также верно для отдельных аминокислот.

Примеры

В этих двух примерах изоэлектрическую точку показывает зеленая вертикальная линия. В глицине ценности pK отделены почти 7 единицами, таким образом, концентрация нейтральных разновидностей, глицин (GlyH), — эффективно 100% аналитической глициновой концентрации. Глицин может существовать как zwitterion в изоэлектрической точке, но равновесие, постоянное для реакции изомеризации в решении

:HNCHCOH HNCHCO

не известен.

Другой пример, аденозиновый монофосфат, как показывают, иллюстрирует факт, что третья разновидность может, в принципе, быть включена. Фактически концентрация (УСИЛИТЕЛЯ) H незначительна в изоэлектрической точке в этом случае.

Если пи будет больше, чем pH фактор, то у молекулы будет положительный заряд.

Керамические материалы

Изоэлектрические точки (IEP) металлической окисной керамики используются экстенсивно в материальной науке в различных водных шагах обработки (синтез, модификация, и т.д.).

В отсутствие chemisorbed или physisorbed поверхностей частицы разновидностей в водной приостановке, как обычно предполагается, покрыты поверхностными гидроксильными разновидностями, M-OH (где M — металл, такой как Эл, Си, и т.д.).

В значениях pH выше IEP преобладать поверхностная разновидность — M-O, в то время как в значениях pH ниже IEP, разновидности M-OH преобладают. Некоторая приблизительная стоимость общей керамики упомянута ниже (Haruta и Brunelle, кроме, где отмечено).

Точная стоимость может значительно различаться, в зависимости от существенных факторов, таких как чистота и фаза, а также физические параметры, такие как температура. Кроме того, точное измерение изоэлектрических точек трудное и требует осторожных методов, даже с современными методами. Таким образом много источников часто цитируют отличающиеся ценности для изоэлектрических точек этих материалов.

Примеры изоэлектрических точек

Следующий список дает pH фактор изоэлектрической точки в 25 °C для отобранных материалов в воде:

Примечание: список заказан, увеличив значения pH.

  • вольфрам (VI) окисный WO: 0.2-0.5
  • сурьма (V) окисный SbO:
  • ванадий (V) окись (vanadia) VO: 1-2 (3)
  • кремниевый диоксид (кварц) SiO: 1.7-3.5
  • кремниевый карбид (альфа) SiC: 2-3.5
  • тантал (V) окись, TaO: 2.7-3.0
  • олово (IV) окисный SnO: 4-5.5 (7.3)
  • цирконий (IV) окись (двуокись циркония) ZrO: 4-11
  • марганец (IV) окисный MnO: 4-5
  • индиевая оловянная окись ITO: 6
  • дельта-MnO 1.5, бета-MnO 7.3
  • титан (IV) окись (titania) (рутил или anatase) TiO: 3.9-8.2
  • кремний азотирует SiN: 6-7
  • железо (II, III) окись (магнетит) FeO: 6.5-6.8
  • гамма железо (III) окись (maghemite) FeO: 3.3-6.7
  • церий (IV) окись (ceria) CeO: 6.7-8.6
  • хром (III) окись (chromia) CrO: 7 (6.2-8.1)
  • гамма алюминиевая окись (гамма глинозем) AlO: 7-8
  • таллий (I) окисный TlO: 8
  • альфа-железо (III) окись (hematite) FeO: 8.4-8.5
  • альфа-алюминиевая окись (альфа-глинозем, корунд) AlO: 8-9
  • кремний азотирует SiN: 9
  • иттрий (III) окись (yttria) ЭЙ: 7.15-8.95
  • медь (II) окисный CuO: 9,5

Изоэлектрическая точка белка и ее определение. От чего зависит изоэлектрическая точка белков? Почему изоэлектрическая точка различна для разных белков?

Изоэлектрическая точка

Молекулы белков представляют собой амфотерные основания, поскольку содержат свободные амино- и карбоксигруппы. При рН раствора меньше 7 они имеют отрицательный заряд, а при рН больше 7 — положительный. При равенстве данных зарядов, которое достижимо при установлении в растворе определенной кислотности или щелочности, устанавливается так называемая изоэлектрическая точка белка.

Понятие об изоэлектрической точке

Белки состоят из аминокислот. Некоторые из этих соединений (аргинин, аспарагиновая кислота, гистидин, глутаминовая кислота, лизин) представлены в виде радикалов, содержащих ионогенные группы, то есть такие группы, которые способны к ионизации.

Помимо них к ионизации способны альфа-карбоксильная и аминогруппы, расположенные на углеродном и азотном концах полипептидных цепей. Если рН раствора равен 7 или приближен к данной отметке, то в ионизированном состоянии находятся все ионогенные группы.

По мере удаления от данного значения рН в ту или иную сторону, причем преимущественно в кислую, белок начинает переход в изоэлектрическое состояние, при котором молекула данного вещества становится электронейтральной, число ионизированных групп стремится к нулю.

Величина рН, при которой белки переходят в изоэлектрическое состояние, называется изоэлектрической точкой белков (ИЭТ).

Физико-химическая природа белков

Из-за того, что в состав белков входят карбокси- и аминные группы, они могут диссоциировать как основания и как кислоты. Свободная карбоксильная группа при диссоциации отдает положительно заряженный ион водорода и анион COO-.

В результате ион водорода присоединяется к аминогруппе, что характеризует основные свойства белка, в результате чего образуются частицы белка с отрицательным и положительным зарядами. При помещении белка в кислый раствор его кислотная диссоциация будет подавляться из-за значительного присутствия катионов водорода.

И наоборот, при помещении его в основный раствор его основная диссоциация будет подавляться из-за присутствия анионов COO-.

Пропускание через белковый раствор электрического тока приведет к тому, что анионы начнут двигаться к катоду, а катионы — к аноду.

В любом белке есть определенная величина рН, при которой движение ионов при пропускании тока не будет происходить.

В этом случае говорят о равенстве разнонаправленных ионов и равенстве различных степеней (основной и кислой) в белковой молекуле, что характеризуется изоэлектрическим состоянием.

Как известно, вода представляет собой диполь, поэтому она располагает свои частицы вокруг белковой молекулы в зависимости от того, как она заряжена. В изоэлектрической точке молекула белка не имеет гидратно-ориентированной оболочки. Если осуществляется осаждение белков, необходимо, прежде всего, разрушить гидратную оболочку, сняв электрический заряд.

Использование ИЭТ в промышленности

В изоэлектрическом состоянии некоторые свойства раствора белка, такие как набухание, вязкость, осмотическое давление, светопропускание, имеют минимальные значения, при этом показатель преломления и оптическая плотность достигают, наоборот, максимальной величины.

Изоэлектрическую точку белка можно определить опытным путем, определяя зависимость указанных выше свойств белкового раствора: от величины рН, при этом по положению экстремумов на графиках определяют ИЭТ.

В изоэлектрическом состоянии казеин способен осаждаться, что применяется при производстве сыров и кисломолочных продуктов, для получения казеина из обезжиренного молока, как сырья в различных производствах (казеиновые клеи, искусственные продукты питания и т. д.).

Измерение ИЭТ позволяет оценить качество белка, в частности, молочного продукта на наличие примесей. Это актуально на сегодняшний день, поскольку введение растительных добавок в молочную основу позволяет заменить часть животного белка растительным, который является более дешевым.

Помимо этого, изоэлектрическая точка белка может использовать при очистке сточных вод от птицефабрик. Так, основная доля загрязнений сточных вод убойного цеха птицефабрики приходится на белки крови.

Учитывая то, что ИЭТ большинства белков находится в зоне слабокислой реакции среды, наиболее полное извлечение белков будет происходить при слабокислой реакции среды при величине рН, стремящейся к ИЭТ.

Факторы, оказывающие влияние на ИЭТ

На ИЭТ оказывает влияние несколько факторов. Рассмотрим, от чего зависит изоэлектрическая точка белков. Прежде всего, она определяется преобладанием аминных или карбоксигрупп в составе молекулы белка. Большая часть белков представляют собой более сильные кислоты по сравнению с основаниями, поэтому для них ИЭТ меньше 7.

Имеется группа белков, которые являются более сильными основаниями, чем кислотами, для них ИЭТ больше 7. Установлена сильная корреляционная зависимость между изоэлектрической точкой белка и содержанием ионов солей в растворе. Концентрация белка не оказывает никакого влияния на данный показатель.

Рассмотренные факторы позволяют понять, почему изоэлектрическая точка различна для разных белков.

Примеры ИЭТ белков:

  • пепсин имеет значение ИЭТ около 1;
  • казеин и желатин — 4,7;
  • яичный альбумин — 4,8;
  • муцин — 2,7;
  • пепсиноген — 3,7;
  • альбумины — 4,6;
  • инсулин — 5,3;
  • оксигемоглобин — 6,8;
  • карбоксигемоглобин — около 6,9;
  • миоглобин — 7,0;
  • химотрипсин — 8,6;
  • цитохром С — 10,5;
  • сальмин — 12.

Иэт и ее определение

Все методы определения изоэлектрической точки белков основаны на приготовлении буферных растворов, имеющих отличающуюся реакцию среды. Во все эти растворы помещаются одинаковые навески изучаемого белка, который может быть как в сухом виде, так и в виде раствора. Используются различные методы определения ИЭТ. Как определить изоэлектрическую точку белка?

Основными методами определения ИЭТ являются электрофорез, по минимуму вязкости и связанный с применением водоотнимающих веществ. Могут использоваться и некоторые другие методы, такие, как определение по степени набухания сухого белка, скорости застудевания, но они менее точные и требуют наличия большого количества белка.

Электрофорез

При использовании данного метода в прибор для его осуществления помещаются полоски хромотографической или фильтровальной бумаги, смоченные определенным буферным раствором.

Посередине каждой полоски делается карандашная отметка, в которую при помощи пипетки наносится одна капля изучаемого раствора белка. Затем прибор включают и через эти полоски пропускают электрический ток.

Макромолекулы изменяют свой заряд в зависимости от величины рН буферного раствора. Если величина рН превышает ИЭТ, то наблюдается отрицательный заряд макромолекул, и наоборот.

Если рН равно ИЭТ, то макромолекулы становятся нейтрально заряженными.

Через определенное время подача тока прекращается, полоски бумаги достаются из прибора и высушиваются, после чего пятна белка опрыскивают нингидрином для их проявления.

ИЭТ устанавливают по буферному раствору полоски бумаги, где белковое пятно осталось там же, где была нанесена капля. При необходимости этот метод может быть применен и для тонкого фракционирования белков.

Применение других методов для определения ИЭТ

При нахождении в изоэлектрическом состоянии молекулы белков менее гидратированы, поэтому изоэлектрическую точку белка можно определить, используя метод по минимуму вязкости. Для его применения необходимо наличие вискозиметра.

С помощью этого прибора определяют относительную вязкость буферных растворов. Молекулы белка, находящегося в изоэлектрическом состоянии, свернуты, поэтому самая небольшая вязкость будет у раствора, в котором его рН будет совпадать с ИЭТ.

На этом же свойстве основан метод, связанный с действием водоотнимающих средств. В качестве таких средств могут выступать ацетон, эфир или спирт. Выделение белков из соответствующих растворов потенциально происходит тем быстрее и полнее, чем полнее соответствует реакция среды ИЭТ. В изоэлектрической точке растворы белков неустойчивы.

Таким образом, существуют различные методы определения изоэлектрической точки белка. И ее определение должно выполняться в зависимости от имеющегося оборудования, материалов, количества белка.

Устойчивость белка в ИЭТ

В изоэлектрической точке белка силы отталкивания между белковыми частицами в макромолекуле ослабевают, благодаря чему происходи агрегация этих молекул и белок выпадает в осадок.

Это свидетельствует о том, что в ИЭТ белок неустойчивый за счет потери заряда, который является фактором стабилизации водных белковых растворов.

Если к белку добавить кислоту или основание, то молекулы перезаряжаются, белок осуществляет переход в раствор.

В заключение

Таким образом, изоэлектрическая точка белка представляет собой значение реакции среды (рН), при котором в белковой молекуле отмечается равенство разнонаправленных (отрицательных и положительных) зарядов и равенство различных степеней (основных и кислотных) диссоциации. В данной точке белок теряет заряды и становится неустойчивым, вследствие чего выпадает в осадок. Молекула белка сворачивается, в то время, когда она несет в себе определенные заряды, она распрямлена в виде нити.

Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.

×
Рекомендуем посмотреть