Fyzikálně-chemické vlastnosti proteinů závisí na aminokyselinovém složení polypeptidového
řetězce i na konečném prostorovém uspořádání molekuly (včetně přítomnosti prostetických skupin). Postranní řetězce aminokyselin,
uložené na povrchu molekuly, podmiňují specifické interakce bílkovin
s jinými molekulami.
Všechny proteiny mají schopnost působit jako antigen, tj. jejich
aplikací do cizorodého organismu je vyvolána tvorba protilátek. Vazba se
specifickou protilátkou se často využívá ke specifickému stanovení určitého
proteinu různými imunochemickými postupy.
1.
Celkový
náboj proteinů
Bílkoviny mají na svém povrchu desítky ionizovatelných skupin, které
pocházejí s postranních řetězců aminokyselin. V roztocích se proto
chovají jako amfolyty: v závislosti na pH
prostředí mohou mít výsledný náboj kladný nebo záporný. Různé proteiny mají
různé aminokyselinové složení i strukturu a tedy i různý celkový náboj. Toho se
využívá k separaci směsi proteinů v elektrickém poli pomocí elektroforézy.
Při určitém pH se počet kladných a záporných nábojů v molekule
vyrovná a celkový náboj bílkoviny je roven nule (tzv. izoelektrický
bod). Při pH izoelektrického bodu se protein nepohybuje v elektrickém
poli, čehož se využívá při izoelektrické fokusaci.
2.
Rozpustnost
proteinů ve vodě
Při rozpouštění proteinu dochází nejprve k jeho botnání, kdy se
pomalu vytváří nové nevazebné interakce s molekulami vody. Nejnižší
rozpustnost mají proteiny při pH svého izoelektrického bodu. Rozpustnost se
zvyšuje se vzrůstem ionizace funkčních skupin bílkoviny a přídavkem malého
množství neutrálních solí (tzv. vsolení). Ionty soli vytvářejí kolem
molekuly bílkoviny ochranný plášť a stabilizují ji tak v roztoku.
Při dalším zvyšování koncentrace anorganických solí (NaCl, (NH4)2SO4)
rozpustnost proteinů klesá. Ionty solí odebírají proteinům jejich hydratační
obal, což vede k postupnému vysolení (vysrážení) bílkoviny z roztoku.
Tento děj je zpravidla vratný.
Rozpustností
se jednotlivé druhy bílkovin liší: fibrilární proteiny, které jsou stavebním
materiálem organismů, se ve vodě nerozpouštějí (např. kolagen); globulární
proteiny, které plní v organismu různé biologické funkce (např. enzymy),
jsou rozpustné ve vodě (albuminy) nebo ve zředěných roztocích solí
(globuliny). Globuliny lze od albuminů
oddělit vysrážením při snížení iontové síly (koncentrace solí) roztoku.
Obecnou
metodou, která se používá k vysrážení proteinů z roztoku, je přidání
silné kyseliny (např. kyseliny sulfosalicylové, jenž se používá k detekci
proteinů v moči), zásady nebo nižšího alkoholu. Tyto chemické vlivy mohou kromě
vylučování proteinů z roztoku způsobit i jejich denaturaci.
Denaturace proteinů je proces, při kterém dochází ke ztrátě vyšších
struktur proteinu, při zachování struktury primární. Denaturovaná bílkovina má
méně pravidelné uspořádání než bílkovina původní (nativní), někdy je denaturace
spojena i se štěpením řetězce. Po úplném rozvinutí polypeptidového řetězce může
dojít k jeho náhodnému svinutí za vzniku tzv. statistického (náhodného)
klubka. Důsledkem je ztráta jedné nebo více vlastností nativní bílkoviny
(rozpustnost, pokles optické rotace). Vždy je spojena se ztrátou biologické
účinnosti.
Příčiny denaturace:
a)
fyzikální - teplo (různé proteiny mají různou tepelnou
stabilitu, většinou kolem 50 -
b)
chemické - látky vyvolávající prudké změny pH (kyseliny,
zásady), soli těžkých kovů (reakce s -SH skupinami), látky měnící
permitivitu prostředí (organická rozpouštědla), látky porušující vodíkové a
hydrofóbní vazby (močovina, guanidin, detergenty).
3.
Roztoky
proteinů
Bílkoviny tvoří molekulově disperzní (pravé) roztoky, ale vzhledem
k velikosti molekul mají některé vlastnosti společné
s koloidně-disperzními roztoky (rozptyl světla, viskozita, sedimentace).
Těchto vlastností je možno využít k průkazu bílkovin v roztoku. Typické koloidní roztoky tvoří albuminy, globuliny vytvářejí
většinou soly o relativně malé viskozitě. Roztoky fibrilárních proteinů
mají větší viskozitu, snadno přecházejí v gely: vláknité molekuly se
spojují a vytvářejí trojrozměrnou síť.
Roztoky bílkovin vykazují
pomalou difúzi a malý osmotický tlak (tzv. onkotický). V roztocích se projevují elektrochemické vlastnosti bílkovin. Proteiny
lze z roztoku oddělit dialýzou přes semipermeabilní membránu (=
polopropustnou, která propouští pouze nízkomolekulární látky).
4.
Spektrofotometrické
vlastnosti proteinů
Proteiny jsou bezbarvé látky. K výjimkám patří
hemoproteiny a flavoproteiny, které řadíme mezi pigmenty. Díky svým
prostetickým skupinám výrazně absorbují při 405 - 420 nm. V UV oblasti
slouží jako chromofory aromatické aminokyseliny (Tyr, Trp, Phe), které
odpovídají za charakteristické absorpční spektrum proteinů s absorpčním
maximem při 280 nm. Proteiny významně absorbují i při 260 nm, kde však
absorbují také báze nukleových kyselin.
Všechny
polypeptidy (stejně jako oligopeptidy od tripeptidů výše) dávají pozitivní
reakci s biuretovým činidlem, které se ke spektrofotometrickému stanovení
proteinů používá v klinické praxi. Stanovení je založeno na detekci dvou a
více peptidových vazeb v molekule. Vazbou Cu2+ ve slabě
alkalickém prostředí na kyslík z karboxylu a dusík z aminoskupiny,
tvořící peptidovou vazbu, vzniká barevný chelát.
Intenzita zbarvení závisí na množství peptidových vazeb.
Další informace
Vladimíra Kvasnicová
recenzoval Miroslav
Engliš
.