Некоторые ВМС, содержащие ионогенные группы в молекуле, ведут себя как электролиты, - типичными и наиболее важными представителями высокомолекулярных электролитов являются белки.

Белки амфотерны, так как содержит в своей молекуле как кислотные

(-COOH), так и основные (-NH) группы. Диссоциация белковых молекул происходит по-разному, в зависимости от pH среды:

В кислой среде макроион имеет положительный заряд:

+NН₃-R-СОО- + H+

+NН₃-R-СООH

в щелочной - отрицательный:

+NН₃-R-СОО- + ОН-

NН₂-R-СОО- + Н₂O

В результате диссоциации ионогенных групп на макромолекуле белка возникает заряд. В нейтральной среде диссоциация кислотных и аминогрупп определяется константами диссоциации кислотных и аминогрупп.

В белках кислотные группы диссоциируют больше, чем аминные, поэтому макромолекула содержит больше отрицательных зарядов и в электрическом поле будет двигаться к аноду.

При добавлении кислоты будет подавляться ионизация кислотных групп и усиливаться основных, что уменьшит число отрицательных зарядов на макромолекуле и увеличит число положительных. Если число диссоциированных амино- и карбоксильных групп одинаковы, то молекула белка в целом электронейтральна. Такое состояние белка называют изоэлектрическим состоянием, а соответствующее ему значение pH раствора - изоэлектрической точкой (ИЭТ). Чаще всего белки - более сильные кислоты, чем основания, и для них ИЭТ лежит при pH < 7. При различных pH изменяется форма макромолекул в растворе. В кислых и щелочных средах в макромолекуле преобладают заряды только одного знака, и вследствие их взаимного отталкивания молекулы распрямляются и существуют в растворе в виде длинных гибких цепочек. В ИЭТ макромолекулы свернуты в клубок вследствие взаимного притяжения разноименных зарядов. При этом происходит вытеснение сольватированного на молекуле белка растворителя, и белковое соединение выпадает в осадок. Практически все свойства растворов белков проходят через экстремальные значения в изоэлектрическом состоянии: осмотическое давление и вязкость минимальны в ИЭТ и сильно возрастают в кислой и щелочной средах вследствие возрастания асимметрии молекул, минимальна также способность вещества к набуханию и электропроводность, оптическая плотность раствора в ИЭТ максимальна. Изучение всех этих свойств используется для определения изоэлектрической точки белков. Значение PH, при котором диссоциация основных и кислотных групп в молекуле идёт в равной мере и полиион имеет наименьший заряд, называется изоэлектрической точкой (ИЭТ).

Для белков точка ИЭТ лежит в кислой среде. Наличие в изоэлектрической точке разноименно заряженных частиц приводит к сворачиванию гибких гигантских белковых молекул в спирали и клубки. В результате изоэлектрической точки многие свойства белков достигает экстремальных значений: становится наибольшей плотности, снижается до минимума их объём, вязкость, способность к набуханию, теряется способность молекулы направленно двигаться в электрическом поле.

По мере удаления от изоэлектрической точки в полиионе увеличивается число одноимённо заряженных групп, и тогда одноименно заряженный ионы, электростатически отталкиваются друг от друга, заставляют распрямляться гибкие молекулы белка, что облегчает проникновение молекул растворителя в белок т.е. способствует набуханию.

На рисунке 1 показано зависимость степени набухания белков от pH среды. Минимум набухания соответствует изоэлектрическому состоянию белка. Такое аномальное поведение белков заставляет технологов определять изоэлектрическую точку используемых белковых веществ и для достижения наилучших технологических результатов строго следят за pH среды перерабатываемого продукта.

Рисунок 1- Влияние pH среды на набухание белков

Обычно кривая содержит несколько экстремумов как справа, так и слева от изоэлектрической точки, это объясняется тем, что в проводимых экспериментах для создания требуемого pH среды используют, как правило, буферные растворы, содержащие определённое количество кислоты и соли. приводит к тому, что в исследуемой среде кроме ионов Н⁺ и ОН^- находится ионы катиона соли и анионы кислоты, которые создают свои дополнительные изоэлектрические точки белка за счёт изменения конфигурации молекул ВМС.

Значительное влияние на набухание полимеров оказывает присутствие неорганических электролитов (нейтральных солей) . При этом неорганические электролиты по-разному снижают набухание ВМС полиэлектролитов.

Экспериментальная часть

Ддя определения ИЭТ белка желатина определяем степень набухания желатиновых пластинок в растворах с различным значением рН. И строим график зависимость степени набухания белков от pH среды.

Название полимера Желатин Температура 25С

Номер тигеля	рН раствора	Масса, мг
		Сухой пластины с проволокой (mo)	Набухшей за время пластины с проволокой (m,)	Проволоки (g)	Сухой пластины (mo) без проволоки (mo=mo-g)	Набухшей пластины (m) без проволоки (m=m,-g)
1	3,8	130	188	0	130	188
2	4,1	78	104	0	78	104
3	4,4	76	126	0	76	126
4	4,7	105	119	0	109	115
5	5,0	110	155	0	110	155
6	5,3	98	141	0	98	141
7	5,6	64	100	0	64	100
8	5,9	95	130	0	95	130
9	6,22	91	143	0	91	143

Определим степень набухания желатиновых пластинок в рН растворе

Код для цитирования: Скопировать