Общие теоретические сведения. Полиэлектролитами называются высокомолекулярные соединения (ВМС), способные в растворе диссоциировать с образованием высокомолекулярного иона

Полиэлектролитами называются высокомолекулярные соединения (ВМС), способные в растворе диссоциировать с образованием высокомолекулярного иона.

Важнейшими представителями полиэлектролитов являются белки. Молекулы белков построены на основе аминокислот и содержат основные группы –HONH₃ и кислотные группы – СООН. В общем виде формулу белков можно представить как

HONH₃-R-COOH,

где R – достаточно длинный углеводородный радикал.

В кислой среде (например НС1) подавлена ионизация карбоксильных групп и белок ведет себя как слабое основание:

HONH₃-R-COOH + Н⁺ ® ⁺NH₃-R-COOH + Н₂О.

Молекула при этом приобретает положительный заряд.

Так как между одноименно заряженными группами, разбросанными по всей длине молекулы, действуют силы отталкивания, цепная молекула белка в кислой среде будет стремиться развернуться. Однако при большом избытке НС1 из-за высокого содержания хлорид-ионов степень ионизации соединения C1NH₃-R-COOH будет понижаться и молекула снова свернется в более плотный клубок.

В щелочной среде (например NaOH) из-за большого количества гидро-ксид-ионов, подавлена ионизация групп HONH₃⁺ и белок ведет себя как слабая кислота:

HONH₃-R-COOH +ОН^–®HONH₃-R-COO^– + Н₂0.

Молекула при этом приобретает отрицательный заряд.

И в этом случае цепная молекула стремится развернуться вследствие электростатического отталкивания групп СОО^–. Однако при большом избытке щелочи из-за высокого содержания ионов Na⁺ заряд будет уменьшаться и молекула будет находиться в форме клубка.

Таким образом, как в кислой, так и в щелочной среде молекулы белка обладают нескомпенсированным зарядом разного знака.

Регулируя рН белкового раствора, можно добиться перевода белка в изо-электрическое состояние.

Изоэлектрическим состоянием белка называется состояние белковой молекулы, при котором ее положительные и отрицательные заряды взаимно скомпенсированы.

Молекулу белка в изоэлектрическом состоянии можно считать нейтральной, хотя в ней имеются ионизированные группы. Условно молекулу белка в изоэлектрическом состоянии можно изобразить как

⁺NH₃-R-COO^–.

Изоэлектрическая точка белка (ИТБ) – это значение рН, при котором белок переходит в изоэлектрическое состояние.

Так как белок обычно является более сильной кислотой, чем основанием, то его ИТБ лежит при рН < 7. Иначе говоря, для достижения изоэлектриче-ского состояния в растворе должен находиться некоторый избыток кислоты для подавления ионизации кислотных групп. Так как в ИТБ число ионизированных основных и кислотных групп одинаково, гибкая макромолекула сворачивается в клубок. При этом происходит вытеснение сольватированного растворителя, и белковое соединение выпадает в осадок.

Практически все свойства растворов белков проходят через экстремальные значения в изоэлектрическом состоянии: осмотическое давление и вязкость в изоэлектрической точке (ИЭТ) минимальны и сильно возрастают в кислой и щелочной средах вследствие возрастания асимметрии молекул. Минимальна также способность вещества к набуханию, оптическая плотность раствора в ИЭТ максимальна. Изучение всех этих свойств используется для определения ИТБ.