Факторы устойчивости растворов вмс

Устойчивость ВМС в растворе обеспечивается структурно-механическими и электростатическими факторами.

Структурно-механический фактор обусловлен наличием и толщиной сольватной оболочки, препятствующей взаимодействию частиц. Сольватная оболочка макро-молекул толще, чем у лиофобных коллоидных частиц. Поэтому они любым своим участком могут взаимодействовать с молекулами растворителя. В лиофобных сис-темах с растворителем контачит только поверхность частиц. Поэтому, в отличие от лиофобных коллоидных систем, структурно-механический фактор является опре-деляющим (основным) в сохранении устойчивости макромолекул в растворе.

Электростатический фактор обусловлен взаимным электростатическим отталки-ванием макромолекул вследствие возникновения у них одноименного заряда. В отличие от лиофобных коллоидов, заряд макромолекул возникает не за счёт избира-тельной адсорбции ионов, а вследствие диссоциации ионогенных групп макромо-лекул. У некоторых полимеров, такие группы отсутствуют. Поэтому электростати-ческий фактор является второстепенным фактором устойчивости.

Полиамфолиты

Многие биополимеры (нуклеиновые кислоты, белки) имеют боковые ионоген-ные группы и являются полимерами-амфолитами. У них каждая макромолекула одновременно содержит отрицательнно и положительно заряженные группы, поэто-му общий суммарный заряд полиамфолитов и их устойчивость зависят от рН рас-твора. В кислой среде они заряжаются положительно, т.к. избыток Н⁺ нейтрализует заряд отрицательно заряженных групп, например, в случае белков схематично:

R---COO^ + H⁺  R---COOH

\ \

NH₃⁺ NH₃⁺

В щелочной среде общий заряд полиамфолитов отрицателен, т.к. избыток ОН^ нейтрализует положительно заряженные группы:

R---COO^ + ОH^  R---COO^

\ \

NH₃⁺ NH₂^.Н₂О

При определенном значении рН число противоположных ионогенных групп в макромолекуле окажется одинаковым (заряды равными) и при этом полимер пере-ходит в электронейтральное состояние. Электронейтральное состояние полиамфо-литов называется изоэлектрическим состоянием, а значение рН раствора изоэлектрической точкой (ИЭТ). Например, для инсулина ИЭТ =7, для альбумина ИЭТ = 4,9, а для коллагена ИЭТ = 4. Таким образом, можно формулировать общее положение, выражающее зависимость заряда частиц от реакции среды: в изоэлектрической точке частицы полиамфолитов электронейтральны; в растворах, рН которых ниже изоэлектрической точки, частицы полиамфолитов имеют положительный заряд; в растворах, рН которых выше изоэлектрической точки, частицы полиамфолитов заряжены отрицательны. Например, в растворе с рН = 4,9 частицы альбумина электронейтральны, частицы коллагена заряжены отрицательно, а инсулина – положительно.

Свойства полиамфолитов в изоэлектрическом состоянии отличаются от свойств при других значениях рН (т.е. при заряженном состоянии). В изоэлектрическом сос-тоянии степень набухания, вязкость раствора, его осмотическое давление, устой-чивость полимера будут наименьшими, электрическая подвижность упадет до нуля (электрофорез не наблюдается). Это объясняется уменьшением степени сольватации макромолекул из-за снижения общего числа заряженных групп.

Изоэлектрическая точка конкретных белков, нуклеиновых кислот являются постоянной величиной, т.к. структура их молекул и число разных заряженных групп постоянны и определяются генетически. Поэтому ИЭТ биополимеров определяют с целью выяснения структуры их молекул. При прямых определениях измеряют электрофоретическую подвижность полимера в буферных растворах с различным значением рН. В изоэлектрической точке, ввиду отсутствия заряда у макромолекул, электрофоретическая подвижность их будет нулевой. При косвенных определениях находят минимумы степени набухания, вязкости, осмотического давления или устойчивости полимера в буферных растворах с различным значением рН.