САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Химический факультет

Кафедра коллоидной химии

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕЖДУ БЕЛКАМИ И ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТАМИ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ

Курсовая работа по дисциплине «Физическая химия»

Содержание

Введение

.Общие представления

.Связь со структурой компонентов

3. Начало комплексообразования

4. Коацервация комплексов

.1 Теоретическое описание коацервации комплексов

.2 Структура коацерватной фазы

. Термодинамика образования новой фазы

. Связывание белка с линейными полиэлектролитами и со сферическими полиэлектролитными щётками

. Основные методы исследования коацерватов

Выводы

Список литературы

Введение

Белки широко распространены в живой природе. В ней они не изолированы от остальных компонентов живой материи, и функционируют в составе тех или иных надмолекулярных структур, которые являются основой молекулярной организации биологических систем. Надмолекулярные ансамбли играют важную роль во многих биохимических процессах. В состав таких структур входят вещества различной природы, многие из которых образуют комплексы с белками. Данные комплексы стабилизированы за счёт электростатических и гидрофобных взаимодействий.

Белок-полиэлектролитные комплексы представляют собой продукт электростатического взаимодействия между макроионами полиэлектролитов и противоположно заряженными глобулярными белками. Когда в водном растворе взаимодействие между двумя такими комплексами становится сильнее, чем между одним комплексом и молекулами растворителя, происходит гидрофобное связывание комплексных частиц. При этом наблюдается явление коацервации - разделения раствора макромолекул на две несмешивающиеся жидкие фазы.

Коацервация используется в различных областях: пищевой, косметической, фармацевтической, а также в медицине, в частности, при иммобилизации ферментов, доставке антигенов, проектировании и производстве биоматериалов, очистке белков. Для качественного проведения этих процессов необходимо полное понимание соответствующих механизмов. Коацервация, рассматриваемая в данной работе, является их важной стадией.

.Общие представления

Система, состоящая из белков и полиэлектролитов, определяется характером их взаимодействия. На данном рисунке представлены крайние случаи результата такого взаимодействия в водных растворах:

Рис.1. Основные направления поведения системы при смешении белков с полиэлектролитами (на примете полисахаридов).

Раствор, изображенный в центре, содержит взаимно растворимые биополимеры, которые не взаимодействуют друг с другом. Невзаимодействующие биополимеры могут и не быть взаимно растворимыми, тогда они называются несовместимыми, при их смешении образуется двухфазная система. Это явление называется сегрегацией. Третий вариант поведения системы - это фазовое разделение вследствие взаимодействия между полимерами, при котором происходит образование комплексов.

Изучение белок-полиэлектролитных комплексов проводилось по статьям, в которых вводится ряд ограничений, связанных со структурой белков и полиэлектролитов. Под полиэлектролитами здесь понимаются гидрофильные соединения, а так же нерастворимые в воде иониты и содержащие гидрофобные группы дифилы. Рассматриваются только полиэлектролиты с гибкими цепями, исключаются уникальные жесткие нуклеиновые кислоты. Белки представлены только глобулярными видами, потому что у них четко определена третичная структура, которая отражает их роль в биосинтезе, регуляции, транспорте и хранении. Таким образом, исключаются нерастворимые в воде фибриллярные (волокнистые) белки [1].

Глобулярные белки растворяются в водных растворах с образованием коллоидных систем. Примерами таких белков являются альбумин, основная составная часть белка куриного яйца; глобин, белковый компонент гемоглобина и многие другие.

Общий заряд белка определяется боковыми группами аминокислот, которые могут быть как положительно или отрицательно заряженными, так и нейтральными. Биполярная структура ?-аминокислот, из которых состоит белок, является следствием взаимодействия между аминогруппой и карбоксильной группой:

Таким образом, кислотно-основное равновесие для ?-аминокислот может быть описано следующим выражением:

аммонийная соль pKа1 цвиттер-ион аминокарбоксилат pKа2

Для каждой ?-аминокислоты есть своё определённое значение pH, при котором цвиттер-ион преобладает в равновесии с карбоксилатом и аммонийной солью. Это значение называется точкой нулевого заряда (ТНЗ), обозначается через pI и определяется соотношением:

.

Несмотря на то, что в каждой молекуле белка имеется как минимум по одной концевой ?-амино и ?-карбоксильной группе, их количество не достаточно для какого-либо вклада в суммарный заряд поверхности белка. В отличие от свободных аминокислот кислотно-основные свойства белков обусловлены не ?-амино- и ?-карбоксигруппами, занятыми в образовании пептидных связей, а заряженными радикалами аминокислотных остатков. Например, основные свойства белков могут быть обусловлены остатками таких аминокислот, как аргинин(Arg), лизин (Lys) и гистидин (His). Кислые свойства могут возникать из-за присутствия остатков аспарагиновой (Asp) и глутаминовой кислот (Glu):