Ақуыз молекуласының құрылысы. Химия, 11 сынып, дидактикалық материал.

Топ мүшелеріне берілетін таратпа материалдар

Ақуыздардың суда ерігіштігі

Ақуыздардың құрамында (-ОН, -СООН, NH₂ және т.б.) гидрофильдік топтар болғандықтан, олар суда жақсы ериді.

Ақуыз молекулаларының сыртында, олардың гидрофильді топтарына дипольдік қасиеті бар су молекуласы байланысып, гидратты қабат түзеді. Сондықтан, ақуыз суда жақсы еріп, коллоидтық ерітінді түзеді. Бірақ, бұл коллоидтық ерітінді молекулалы-дисперстік жүйелерге жатады. Көптеген гидратты қабаттағы судың молекуласын өзіне қосып алатын факторлар (t, рН, кышкылдар, сілтілер және т.б.), ақуыздарды тұнбаға түсіріп, олардың ерітінділерінің тұрақсыздығын күшейтеді. Кейбір жағдайларда тұнбаға түскен акуыз молекуласы суды өзіне кайтадан қосып алып, бастапқы қалпына келе алады. Ақуыздардың мұндай жолмен тұнбаға түсуін «тұздардың көмегімен тұнбаға түсіру» деп атайды. Ақуыздарды тұздардың көмегімен тұнбаға түсіру, оларды кристалды түрде бөліп алуға мүмкіндік береді. Сонымен, ғылыми және практикалық жұмыстарда орын алатын диализ, тұздардың көмегімен тұнбаға түсіру сияқты ақуыздардың қасиеттері, оларды қоспадан тазартуға, бірінен-бірін ажыратып алуға мүмкіндік береді.

Ақуыздардың ерігіштігі бойынша жіктелуі жоғарыда келтірілген. Ақуызды заттардың суда ерігіштігі екі фактормен түсіндіріледі:

• Ақуыз молекулаларының зарядталуы және өзара тебісуі;
• Ақуыздың айналасында гидратациялық қабықтың пайда болуы - су диполдары глобуланың сыртқы бөлігіндегі зарядталған топтармен әрекеттеседі.

1. Ақуыз ерітінділері - коллоидты ерітінділер

Ақуыз ерітінділерінің қасиеттері молекулалардың үлкен мөлшерімен анықталады, яғни. ақуыздар коллоидты бөлшектер болып табылады және коллоидты ерітінділер түзеді.

Ақуыз ерітінділерінің қасиеттеріне мыналар жатады:

1. Коллоидты бөлшектердің дифракциясына байланысты жарықтың шашырауы - опалесценция. Бұл әсіресе жарық сәулесі ақуыз ерітіндісінен өткенде, жарқыраған конус көрінген кезде байқалады (Тиндалл эффектісі).

2. Ақуыз ерітінділері, шынайы ерітінділерден айырмашылығы, бұл ерітінділерде диффузия төмен жылдамдыққа ие.

3. Ақуыз бөлшектерінің диаметрі бойынша ақуыз мембранасының тесіктерінен кіші (жартылай өткізбейтін мембраналар) мембраналар арқылы енуіне қабілетсіздігі. Ол диализде қолданылады. Жедел бүйрек жетіспеушілігін емдеуде ақуыз препараттарын қоспалардан тазарту «жасанды бүйрек» қызметінің негізі болып табылады.

4. Үлкен молекулалар арасындағы тартылыс күштердің әсерінен жоғары тұтқырлық, бұл, мысалы, гельдер мен желелердің пайда болуында көрінеді.

5. Онкотикалық қысым тудыру.

Онкотикалық қысым - осмотикалық қысымның бөлігі (шамамен 0,5%). Осмотикалық қысым дегеніміз - еріткіштің жартылай өткізгіш мембрана арқылы аз концентрацияланған ерітіндіден неғұрлым концентрленуіне өтуін тудыратын күш.

Ерігіштік

Ақуыздардың суда ерігіштігі әртүрлі. Суда еритін ақуыз альбумин деп аталады, олардың құрамына қан мен сүт ақуыздары кіреді. Ерімейтін немесе склеропротеиндерге, мысалы, кератин (шашты құрайтын ақуыз, сүтқоректілердің шаштары, құстардың қауырсындары және т.б.) және жібек құрамына кіретін фиброин кіреді.

Ақуыздың ерігіштігі оның құрылымымен ғана емес, сонымен бірге еріткіштің табиғаты, иондық күші және ерітінді рН сияқты сыртқы факторлармен де анықталады.

Ақуыздар сонымен қатар гидрофильді (суда еритін) және гидрофобты (суды сіңірмейтін) болып бөлінеді. Цитоплазма, ядро ​​және жасушааралық зат ақуыздарының көпшілігі, оның ішінде ерімейтін кератин мен фиброин де гидрофильді болып табылады. Биологиялық мембрананы құрайтын ақуыздардың көпшілігі гидрофобты болып табылады.

Ақуыздың суда ерігіштігі ақуыз құрылымына, реакция ортасына, электролиттің болуына байланысты.

Гидрофильдік заттар суда және сулы ерітінділерде оңай ериді.

Ерігіш ақуыздар коллоидты ерітінді түзеді.

Гидролиз – минералдық қышқыл немесе ферменттердің әсерінен ақуыздың біріншілік құрылымы бұзылады және аминқышқылдарының қоспасы түзіледі.

Ақуыз молекуласының кеңістіктік құрылымының жартылай және толық бұзылуы.

Ақуыздың екідайлылығы

Ақуыздардың құрамында қышқылдықта, негіздікте амин қышқылдары да болғандықтан, молекулада әрдайым бос қышқылдық және бос негіздік топтар болады (сәйкесінше COO^- және NH₃ ⁺). Заряд негіздік және қышқылдық аминқышқылдарының топтарының қатынасы арқылы анықталады. Осы себепті ақуыздар рН төмендесе «+», ал рН жоғарылаған жағдайда «-» зарядталады. Егер рН изоэлектрлік нүктеге сәйкес келетін болса, ақуыз молекуласында нөлдік заряд болады. Екідайлылық биологиялық функцияларды жүзеге асыру үшін маңызды, оның бірі қандағы рН деңгейін ұстап тұру.

• • Екідайлылық

Ақуыздар екідайлы қасиетке ие, яғни жағдайға байланысты олар қышқылдық және негізгі қасиеттерін көрсетеді. Ақуыздарда сулы ерітіндіде иондалуға қабілетті химиялық топтардың бірнеше түрі бар: қышқыл аминқышқылдарының бүйір тізбегіндегі карбон қышқылының қалдықтары (аспарагин және глутамин қышқылдары) және негізгі амин қышқылдарының бүйір тізбегіндегі құрамында азоты бар топтары (негізінен лизиннің ε-амин тобы және CNH (NH₂) аргининнің амидті қалдығы, сәл аз дәрежеде - имидазол гистидинінің қалдығы).

Әр ақуыз изоэлектрлік нүктемен (pI) – орта қышқылдылығымен (рН) сипатталады, бұл кезде осы ақуыздың молекулаларының жалпы электр заряды нөлге тең болады және сәйкесінше олар электр өрісінде қозғалмайды (мысалы, электрофорез кезінде).

Изоэлектрлік нүктеде белоктың гидратациясы мен ерігіштігі ең аз болады. pI мәні ақуыздағы амин қышқылдарының қышқылдық және негіздік қалдықтарының ара қатынасына байланысты: қышқыл аминқышқылдарының көп қалдықтары бар ақуыздар үшін изоэлектрлік нүктелер қышқыл аймақта орналасқан (мұндай ақуыздар қышқылдық деп аталады), ал көп негіздік қалдықтары бар ақуыздарда олар сілтілік аймақта болады (негіздік ақуыздар). Бұл ақуыздың pI мәні буферлі ерітінді түріне және иондық күшке байланысты өзгеруі мүмкін, өйткені бейтарап тұздар ақуыздың химиялық топтарының иондану дәрежесіне әсер етеді. Ақуыз pI мәнін титрлеу қисығынан немесе изоэлектрлік фокустау арқылы анықтауға болады. Жалпы алғанда, ақуыздың рI оның атқаратын қызметіне байланысты: омыртқа ұлпаларының ақуыздарының көпшілігінің изоэлектрлік мәні 5,5-тен 7,0-ге дейін, пепсин, күшті қышқылдық асқазан сөлінің протеолитикалық ферменті, pI ~ 1. Фосфат топтарымен электростатикалық әсер ету нәтижесінде нуклеин қышқылымен байланысатын ақуыздар, көбінесе негізгі ақуыздар. Мұндай ақуыздардың мысалы гистондар мен протаминдер болып табылады.

2. Екідайлылық

Ақуыздардың құрамында қышқылдық және негіздік амин қышқылдары болғандықтан, оларда әрқашан бос қышқыл (СОO^–) және негіз (NH3 ⁺) топтары болады.

Ақуыздың заряды қышқылдық және негіздік амин қышқылдарының қатынасына байланысты. Сонымен, аминқышқылдары сияқты ақуыздар рН төмендеуімен оң, ал рН жоғарылағанда теріс зарядталады. Егер ерітіндінің рН ақуыздың изоэлектрлік нүктесіне сәйкес келсе, онда ақуыздың заряды 0 болады. Егер ақуызда негіздік аминқышқылдары (лизин және аргинин) басым болса, бейтарап рН-та ақуыздың заряды оң болады, өйткені заряд осы амин қышқылдарының радикалының оң зарядына байланысты. Егер ақуызда қышқылдық аминқышқылдары (глутамат және аспартат) басым болса, онда ақуыз қышқыл, бейтарап рН-та ақуыз теріс заряд көрсетеді, ал изоэлектрлік нүкте қышқыл ортада болады.

Табиғи ақуыздардың көпшілігі үшін изоэлектрлік нүкте pH 4,8-5,4 аралығында болады, бұл олардың құрамындағы глутамин мен аспарагин аминқышқылдарының басым екендігін көрсетеді. Ақуыздардың белгілі бір функцияларды атқаруы үшін екідайлылық маңызды. Мысалы, ақуыздардың буферлік қасиеттері, яғни қанның рН тұрақтылығын сақтау қабілеті ортаға қышқылдану кезінде H + иондарын қосуға немесе сілтілену кезінде оларды беру қабілетіне негізделген. Практикалық жағынан, екідайлылықтың болуы ақуыздарды заряд бойынша бөлуге (электрофорез) немесе белгілі ақуызды тұндыру үшін ерітіндінің рН өзгерісін пайдалануға мүмкіндік береді.

Ақуыз зарядына рН-тың әсері

Ерітіндідегі рН ығысуымен H ⁺ иондарының концентрациясы өзгереді. Орта изоэлектрлік нүктеден төмен қышқылданған кезде (рН төмендеген кезде) H + иондары теріс зарядталған глютамин және аспарагин қышқылдарының топтарына қосылып, оларды бейтараптайды. Бұл жағдайда ақуыздың заряды оң болады.

Ерітіндіде изоэлектрлік нүктеден ерітіндіде рН жоғарылағанда Н + иондарының концентрациясы төмендейді және оң зарядталған ақуыз топтары (NH₃⁺ топтары лизин мен аргинин) протонды жоғалтады, олардың заряды жоғалады. Ақуыздың жалпы заряды теріс болады.

Денатурация

Денатурацияның физика-химиялық қасиеті - бірқатар факторлардың әсерінен: температура, спирттің әсер етуі, ауыр металдардың тұздары, қышқылдар және басқа химиялық заттар әсер етуінен, ақуыз молекуласының екіншілік, үшіншілік құрылымының бұзылу процесін сипаттайды.

Ақуыз денатурациясы

Ақуыздың денатурациясы - оның биологиялық белсенділігінің және физикалық-химиялық қасиеттерінің кез-келген өзгеруін білдіреді, төртіншілік, үшіншілік немесе екіншілік құрылымды жоғалтуға байланысты. Әдетте, ақуыздар денеде қалыпты жұмыс істейтін жағдайларда (температура, рН және т.б.) тұрақты болады.

Осы жағдайлардың күрт өзгеруі ақуыздың денатурациясына әкеледі. Денатурациялаушы агентінің сипатына байланысты: механикалық (қатты араластыру немесе шайқау), физикалық (қыздыру, салқындату, сәулелену, ультрадыбыс) және химиялық (қышқылдар мен сілтілер, жоғары-белсенді заттар, мочевина) денатурация ерекшеленеді.

Ақуыздың денатурациясы толығымен немесе ішінара, қайтымды немесе қайтымсыз болуы мүмкін. Күнделікті өмірде ақуыздың қайтымсыз денатурациясының мысалы жұмыртқа дайындау болып табылады, ол жоғары температураның әсерінен суда еритін мөлдір ақуыз овальбумин тығыз, ерімейтін және ақ болып қалады. Кейбір жағдайларда денатурация қайтымды, мысалы суда еритін ақуызды аммоний тұздарын көмегімен (тұздану әдісі) тұндыру, бұл әдіс оларды тазарту әдісі ретінде қолданылады.

• Денатурация

Денатурация - ақуыздың төртінші, үшінші, екінші реттік құрылымын тұрақтандыратын байланыстардың бұзылуына байланысты ақуыздың қалпына келмейтін ерігіштігі, тұтқырлығы, химиялық белсенділігі, биологиялық функцияның төмендеуі немесе толық жоғалуы.

Денатурация қай жағдайда болады:

1. Физикалық денатурация

Ақуыздарды жоғары температурада қыздырғанда, бұл температураның көтерілуінен, ультракүлгін және микротолқынды сәулеленуден, механикалық кернеуден, зарядталған бөлшектермен ионданудан туындайды.

2. Химиялық денатурация

ақуызға қышқыл ерітіндісімен, сілті және тұздардың концентрленген ерітіндісімен әсер еткенде;

ауыр металдар тұздарының ерітінділерінде;

кейбір органикалық заттарда (формальдегидтер, фенолдар) болғанда;

радиоактивті сәулеленуде.

Жұмыртқа ақуызы, ақуыздың сулы ерітіндідегі мысалы бола алады. Ақуыздың азот қышқылымен реакциясы – ақуызды анықтаудың сапалық реакциясы. Кез-келген ақуыз гидролизінің нәтижесінде L-аминқышқылы қоспасы түзіледі, ақуыз құрамында жиырма аминқышқылы кездеседі.