2) пептидные связи
3) пространственную конфигурацию молекулы
4) водородные связи
Электрический заряд белковых молекул формируется ионизируемыми функциональными группами. К ним относятся свободные α-карбоксильные группы, диссоциирующие с образованием COO−, и свободные α-аминогруппы, способные присоединять протон с образованием NH3+. Дополнительный вклад в общий заряд вносят ионизируемые боковые радикалы аминокислот — прежде всего аспартата, глутамата, лизина, аргинина и гистидина.
Степень ионизации зависит от соотношения pH среды и pKa соответствующей группы. Поэтому один и тот же белок может иметь положительный, отрицательный или суммарно нейтральный заряд; значение pH, при котором суммарный заряд равен нулю, называют изоэлектрической точкой (pI). Заряд определяет электрофоретическую подвижность, растворимость, взаимодействие белка с мембранами, лигандами и другими макромолекулами.
Пептидные связи имеют амидную структуру и в физиологических условиях практически не несут формального заряда. Водородные связи преимущественно стабилизируют вторичную и третичную структуру белка, а пространственная конфигурация является результатом совокупного действия гидрофобных, электростатических, дисульфидных и водородных взаимодействий, но не непосредственной причиной заряда.
| Структурный элемент | Основная форма ионизации | Заряд при физиологическом pH | Биохимическое значение |
|---|---|---|---|
| Свободная α-карбоксильная группа | –COOH ⇄ –COO− + H+ | Преимущественно отрицательный | Формирует анионный компонент суммарного заряда белка |
| Свободная α-аминогруппа | –NH2 + H+ ⇄ –NH3+ | Преимущественно положительный | Формирует катионный компонент суммарного заряда белка |
| Боковые группы аспартата и глутамата | Диссоциация карбоксильных групп радикала | Отрицательный | Участвуют в связывании катионов и формировании активных центров ферментов |
| Боковые группы лизина и аргинина | Протонированные аминогруппы и гуанидиниевая группа | Положительный | Обеспечивают взаимодействие с нуклеиновыми кислотами и отрицательно заряженными поверхностями |
| Боковая группа гистидина | Обратимая протонация имидазольного кольца | Зависит от pH; может быть нейтральной или положительной | Участвует в кислотно-основном катализе и буферных свойствах белков |
| Пептидная связь | Амидная связь –CO–NH– | Обычно нейтральный | Соединяет аминокислотные остатки, но не является главным источником заряда белка |
| Изоэлектрическая точка (pI) | Сумма положительных и отрицательных зарядов равна нулю | Суммарный заряд отсутствует | Минимальная электрофоретическая подвижность и часто сниженная растворимость белка |
Таким образом, правильный ответ связан с наличием свободных кислотных и основных групп, способных к обратимой ионизации. Их соотношение определяет кислотно-основные свойства и суммарный заряд белка. На этом принципе основаны электрофорез белков, изоэлектрическое фокусирование и оценка изменения заряда белка при изменении pH среды.