Речовини, молекулярна маса яких перевищує 10 тис. Дальтон, називаючи-ються високомолекулярними (ВМС) або полімерами. До числа найважливіших природних ВМС відносяться білки і полісахариди рослинного і тваринного происхожде-ня (желатин, альбумін, крохмаль, агар-агар), натуральний каучук та ін. Розчиненню полімерів передує іхнабуханіе - проникно-вение молекул розчинника в середу полімеру і пов'язане з цим збіль -ліченіе його маси і об'єму. У міру подальшого набухання відстані між макромолекулами збільшуються настільки, що вони починають відриватися один від одного і переходити в розчинник і вкінці кінців все молекули полімеру в силу дифузії рівномірно розподіляються по всьому об'єму розчинника, утворюючи справжній розчин.
Розрізняють необмежену і обмежене набухання, В першому випадку воно закінчується розчиненням полімеру. У другому випадку набухання не доходить до розчинення і утворюється холодець (набухання желатину у воді при кімнатній температурі). Причина обмежено-го набухання - в наявності хімічних зв'язків між макромолекулами, ко-торие не дають їм можливості переходити в розчинник.
Вільна і зв'язана вода в колоїдних pacтвopax
Молекули води електронейтральні. Однак, поміщені в зовнішнє електричне поле, вони проявляють дипольний характер, орієнтуючись при цьому відповідно електричним силовим лініям.
Аналогічно цьому гідратація гідрофільних колоїдів обумовлений-ється електричними зарядами високомолекулярних речовин. Таким чином на поверхні цих молекул утворюються оболонки з диполів молекул води, орієнтованих в залежності від знака заряду ВМС. Ті шари диполів води, які розташовані в безпосередній близькості до поверхні макромолекули, найбільш міцно пов'язані з нею і найбільш впорядковано орієнтовані. Цей шар утворює так звану пов'язану воду (або структуровану). Інша частина води вільна. Дослідження показали, що властивості зв'язаної води різко відрізняються від властивостей вільної води. За ступенем впорядкованості стру-ктура зв'язана вода наближається до властивостей твердого тіла і має бóБільшу щільність, ніж вода вільна. Гидратная оболонка не обла-дає розчинювальними властивостями, тому ВМС розчиняються у вільній воді.
Властивості розчинів ВМС
Розрізняють дві групи колоїдних систем - ліофобні, частіцикоторих не мають сольватной оболонки, і ліофільні, частки яких сильно сольватізіровани. До ліофільним колоїдам до недав-нього часу відносили і розчини ВМС. Однак дослідження показали, що розчини ВМС - це розчини справжні, хоча і володіють багатьма свій ствами колоїдних розчинів. Розчини ВМС мають малу дифузійної здатністю, не про-ника через полунепроніцаемую мембрани, pacсеівают промені світла.
Однак розчинення біополімерів веде до утворення справжніх рас-творити, так як між дисперсною фазою (молекули ВМС) і дисперсійним середовищем немає поверхні розділу, тобто системи ці гомогенні і, сле-послідовно, мають агрегативной стійкістю. Молекули білків, як відомо, мають або спиралевидную (фібриля-лярні білки), або глобулярную структуру (глобулярні білки). І та й інша структура несе на своїй поверхні заряджені групи (-NH3 + і -СОO -). Загальний заряд ВМС залежить від співвідношення цих груп в молекулі (табл.). Стан, при якому число груп -NH3 + дорівнює числу груп СОО ¯ в молекулі білків, називається ізоелектричної станом. Заряд молекули при цьому дорівнює нулю. рН, при якому білок знаходиться в ізоелектричному стані (ІЕЗ), називається ізоелектричної точкою (ВЕТ).
Зміна ІЕЗ білка в залежності від рН
До складу деяких складних білків входять Fe, Cu, J, Zn, Br, Mn і інші елементи. Деякі з них містяться в дуже малих кількостях, але мають важливе життєве значення. Так, залізо в складі білків гемоглобіну, міоглобіну і цитохромів грає важливу роль в процесі дихання, мідь - в окислювальних процесах, йод входить до складу гормонального білка щитовидної залози, кобальт - до складу вітаміну В12. що є складовою частиною ряду ферментів і т.д. Кількість азоту в білках тваринного походження становить в середньому 16% або на 1 г азоту припадає 6,25 г білка (100: 16 = 6,25) Ця величина використовується для обчислення вмісту білка в різних тканинах тварин (метод К'ельдаля).
В організмі тварин міститься до 50% білків від сухої маси, в насінні злаків - 8-12, в насінні бобових - 25-35, в бульбах (картопля) - 0,5-2%.
% Від маси свіжої тканини
% Від маси сухої тканини
Білкові речовини в природі знаходяться в різних станах. Наприклад, білки молока, сироватки крові представляють колоїдні розчини (золі), інші - тверді речовини, нерозчинні у воді (кератин вовни, роги і т.д.). У деяких органах білки знаходяться в напіврідкому стані (шкіра, м'язи).
Методи виділення білків
Для докладного дослідження фізико-хімічних і біологічних властивостей білків, хімічного складу і будови необхідною умовою є отримання індивідуальних білків в високоочищеним, гомогенному вигляді. Для цього зазвичай біологічний матеріал подрібнюють (гомогенизируют), білки витягають (екстрагують), поділяють (фракционируют).
Гомогенізація. Існують різні подрібнювачі гомогенізатори (ножові, маточне), кульові млини; методи заморожування і відтавання (почергове) - для отримання вірусних білків; руйнування ультразвуком, прес-методи (пропускання замороженого матеріалу через дрібні отвори під тиском) і т.д.
Екстракція білків. Для екстракції білків застосовуються різні буферні суміші з певними значеннями рН середовища, органічні розчинники, неіонні детергенти - речовини, що порушують гідрофобні взаємодії між білками і ліпідами і між білковими молекулами.
Широко використовуються гліцерин, розчини сахарози, буферні суміші - фосфатні, цитратні, боратного зі значеннями рН від слаболужних до кислих, які сприяють як розчинення, так і стабілізації білків. Широко застосовується трис-буфер (наприклад, 0,2 M розчин трис (оксиметил) амінометана з 0,1 M розчином HCl в різних співвідношеннях). Для виділення білків сироватки крові застосовують методи осадження етиловим спиртом (отримання гамма-глобуліну), ацетоном, бутіловим спиртом і т.д.
Широко застосовується осадження сульфатом амонію (NH4) 2 SО4 - для виділення альбуміну і глобулінів.
Для розриву білково-ліпідних зв'язків застосовують різні детергенти (для відділення від мембран) - тритон Х-100. додецилсульфат натрію, дезоксихолат натрію і т.д.