ВОПРОС № 5. Форма белков. Молекулярная масса

По форме молекул все белки делятся на глобулярные и фибриллярные.

Фибриллярные белки — белки, имеющие вытянутую нитевидную структуру, в которой отношение поперечной оси к продольной больше 1:10. Большинство фибриллярных белков не растворяется в воде, имеет большую молекулярную массу и высоко регулярную пространственную структуру, которая стабилизируется, главным образом, взаимодействиями (в том числе и ковалентными) между различными полипептидными цепями. Это коллаген, эластин, кератин, миозин, фибрин.

Глобулярные белки — белки, имеющие вытянутую нитевидную структуру, в которой отношение поперечной оси к продольной менее 1:10.белки. Часто, в их молекулах полипептидные цепи плотно свёрнуты в компактные шарообразные структуры — глобулы (третичные структуры белка). Глобулярная структура белков обусловлена гидрофобно-гидрофильными взаимодействиями. К глобулярным белкам относятся ферменты, иммуноглобулины, некоторые гормоны белковой природы (например, инсулин) а также другие белки, выполняющие транспортные, регуляторные и вспомогательные функции. Большинство белков организма. Миоглобин и гемоглобин.

Белки относятся к высокомолекулярным соединениям, в состав которых входят сотни и даже тысячи аминокислотных остатков, объединенных в макромолекулярную структуру. Молекулярная масса белков колеблется от 6000 (нижний предел) до 1000000 Да и выше в зависимости от количества отдельных полипептидных цепей в составе единой молекулярной структуры белка.

Поскольку аминокислотный состав и последовательность аминокислот выяснены для многих белков (более 2500), стало возможным вычисление химическим путем их молекулярной массы с высокой точностью. Однако для огромного количества разнообразных белков, встречающихся в природе, химическое строение не выяснено, поэтому основными методами определения молекулярной массы все еще остаются физико-химические методы (гравиметрические, осмометрические, вискозиметрические, электрофоретические, оптические и др.). Из них практически наиболее часто используются методы седиментационного анализа, гель-хроматографии и электрофореза

Наиболее проверенным и теоретически обоснованным методом определения молекулярной массы ВМС, а также размеров частиц суспензий и золей является метод ультрацентрифугирования. Современная ультрацентрифуга - сложное устройство, приводящееся во вращение с помощью электрического привода. Для ускорения оседания необходимо создать силовое поле в сотни тысяч раз больше, чем поле земного притяжения. Такое поле создается при быстром вращении ротора центрифуги. При сравнительно небольших скоростях (~ 20 000 об/мин) в растворе, помещенном в кювету, происходит распределение частиц по высоте, т.е. устанавливается седиментационное равновесие. При этом концентрация вещества от дна сосуда к верхним слоям системы постепенно уменьшается. В полидисперсных системах при седиментационном равновесии у крупных частиц наблюдается более сильное изменение концентрации по высоте, чем у мелких.

Изучая седиментационное равновесие (определяя по высоте раствора плотность, коэффициент преломления или какие-либо другие физические величины), можно сделать заключение о фракционном составе суспензии или ВМС, определить среднюю молекулярную массу растворенного вещества. При большем числе оборотов происходит оседание (седиментация) частиц. Так осуществляют разделение высокомолекулярных соединений, содержащих макромолекулы данного вещества разной длины, на отдельные фракции. С помощью ультрацентрифуги удалось доказать однородность молекул большинства природных белков, исследовать свойства ферментов, гормонов, вирусов, установить молекулярную степень дисперсности частиц в растворах ВМС и решить ряд других важных для развития науки вопросов. Методом ультрацентрифугирования можно исследовать также растворы низкомолекулярных веществ.

Осмотический метод заключается в следующем: по величине гидростатического давления, при котором прекращается переход растворителя в раствор, измеряют осмотическое давление раствора ВМС, а затем используют уравнение Вант-Гоффа: