На головну

поліелектроліти

Багато природних і синтетичні полімери містять в складі елементарних ланок своїх макромолекул різні іоногенні функціональні групи, здатні диссоциировать у водних розчинах. Такі речовини називаються високомолекулярними електролітами, або поліелектролітами. При їх дисоціації утворюються невеликі рухливі іони і багатозарядний полімерний макроіонів. За характером дисоціації йоногенних груп поліелектроліти можна розбити на наступні 3 види.

1. Поліелектроліти, що містять в своєму складі тільки кислотні групи, диссоциирующие з відщепленням іона Н+, Наприклад -COOH, -SO3H, -SH. З природних полімерів до таких поліелектроліти відносяться агар, окислений крохмаль, пектин. До складу макромолекул агару входять сульфогрупи, а елементарні ланки окисленого крохмалю та пектину містять карбоксильні групи. У деяких полімерах іон водню в цих групах може бути заміщений на катіон металу.

2. Поліелектроліти, макромолекули яких містять тільки основні групи, наприклад, аміногрупу -NH2. Серед біополімерів таких з'єднань немає. Дані поліелектроліти отримують синтетичним шляхом. До них відносяться багато аніонообмінні смоли (аніоніти), що мають велике практичне значення.

3. Поліелектроліти, в макромолекулах яких чергуються кислотні та основні групи. Такі поліелектроліти можна назвати полімерними амфотерними електролітами, або поліамфоліта. До них відносяться найскладніший і найважливіший для живих організмів клас полімерів - білки.

Наявність в макромолекулах білків двох вільних йоногенних груп: основний -NH2 і кислотної -COOH - надає їм амфотерні властивості. У водних розчинах білок може диссоциировать і як кислота, і як підстава:

Pt-COOH - Pt-COO- + H+

Pt-NH2 + HOH - Pt-NH3+ + OH-

У кислому середовищі, що містить надлишок іонів Н+, Іонізація СООН-груп буде подавлена ??і макромолекула білка придбає позитивний заряд за рахунок іонізації аміногруп.

У лужному середовищі, навпаки, буде придушуватися процес протонирования NH2-груп, зате практично повністю продіссоцііруют СООН-групи. Білок буде вести себе як кислота і його молекули придбають негативний заряд.

Очевидно, повинна існувати така концентрація іонів Н+ в розчині, при якій число іонізованих кислотних груп в молекулі білка буде дорівнює числу іонізованих основних груп. Сумарний же електричний заряд такої макромолекули стане рівним нулю. Даний стан білка в водному розчині називається ізоелектрична станом, А значення рН розчину, при якому молекула білка знаходиться в ізоелектричному стані, його ізоелектричної точкою (I).

Більшість природних білків містить в пептидного ланцюга значні кількості залишків дикарбонових амінокислот (аспарагінової, глутамінової). Такі білки називаються кислотними. Ізоелектрична точка кислотних білків лежить в області рН <7. Для її досягнення в розчин білка потрібно ввести деяку кількість сильної кислоти, щоб придушити дисоціацію частини карбоксильних груп.

нейтральні білки містять в своїх макромолекулах приблизно рівну кількість кислотних і основних груп. Вони переходять в ізоелектричної стан безпосередньо в ході свого розчинення і не вимагають для цього додатку сильної кислоти або лугу. Для них I ? 7.

У молекулах оснoвних білків NH2-груп міститься більше, ніж кислотних. Для переведення їх в ізоелектричної стан в розчин потрібно додати якусь кількість лугу, щоб депротонованої надлишкові оснoвние групи. Відповідно електрична точка основних білків лежить в області рН> 7.

Від реакції середовища і характеру дисоціації білкової молекули залежить її форма в розчині. При дисоціації йоногенних груп тільки по кислотному або тільки за основним типом в зігнутої спіраллю пептидного ланцюга з'являться однойменні заряди, розподілені по всій її довжині. За рахунок виникаючих електростатичних сил расталкивания сусідні витки спіралі будуть прагне віддалитися один від одного. В результаті цього макромолекула буде розтягуватися.

У ізоелектричному стані уздовж пептидного ланцюга чергуються заряди протилежного знака, що сприяють стиску молекули або навіть скручування її в глобулу (рис. 79б).

Мал. 79. Форма макромолекули білка в кислому середовищі (А), В ізоелектричної точці (Б) і в лужному середовищі (В)

Таким чином, в ізоелектричному стані молекули білка в розчині займають найменший обсяг. Зі збільшенням або зменшенням рН молекули розпрямляються.

Обсяг макромолекул білків впливає на в'язкість їх розчинів. У ізоелектричному стані вона повинна бути мінімальною (рис. 80). На цій властивості розчинів білків заснований один із способів визначення їх ізоелектричної точки. Її дослідним шляхом можна визначити ще і електрофоретичної методом. Аналогічно зміни в'язкості залежно від рН розчину протікає і процес набухання білків. У ізоелектричної точці ступінь набухання білка мінімальна.

Мал. 80. Залежність в'язкості розчину білка від рН середовища:
А - ізоелектрична точка білка




Роль процесів коагуляції в промисловості, медицині, біології | Розчини високомолекулярних сполук | Здатність частинок дисперсної фази коагулировать під впливом зовнішніх чинників, наприклад, при додаванні електролітів, зміну температури. | Загальна характеристика високомолекулярних сполук | Класифікація полімерів | Набухання і розчинення ВМС | тиск набухання | Осмотичний тиск розчинів ВМС | Онкотичноготиск крові | В'язкість розчинів полімерів |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати