Ионогенные группы
Страница 1

Вместо неизменных ионов на нитях матрицы и на поверхностях макромолекул (например белков) располагаются «ионогенные группы», которые в зависимости от условий в окружающей их водной среде (рН, наличие солей) могут проявлять себя либо как открытые, несущие электрический заряд ионы, либо быть нейтрализованными за счет сближения с ними несущих противоположный заряд ионов, например Na+ или С1-, а иногда за счет диссоциации или присоединения протонов Н+.

На поверхности белков ионогенными группами заканчиваются боковые ветви таких аминокислот, как лизин и аргинин или аспарагиновая и глутаминовая кислоты. Диссоциация протона в первом случае и ассоциация во втором нейтрализуют эти группы. Оба эти процесса зависят от концентрации протонов в окружающей водной среде, т. е. от величины рН (соответственно в щелочной или кислой области). Вместо химической модификации, каковой являются оба названных явления, нейтрализация заряда ионогенной группы может происходить и за счет его экранизации противоположно заряженным ионом, подходящим под действием кулоновской силы вплотную к ионогенной группе из окружающей среды. Ковалентной химической связи не образуется. Экранирующий ион в этом случае именуется «контрионом».

Ионогенные группы, способные проявлять свой положительный заряд, именуются «анионитами» — они в какой-то мере подобны аноду в электрической цепи. Группы, открывающие свой отрицательный заряд, соответственно именуются «катионитами». Для модификации нитей хроматографических гранул практика отобрала небольшое число ионогенных групп различной «силы». Наиболее употребимыми для «анионообменников» (хроматографических матриц, несущих аниониты) являются: диэтилами-ноэтил — сокращенное обозначение ДЕАЕ и ди-этил-2-оксипропиламиноэтил сокращенное обозначение QAE. Заметим, что первая из этих групп сравнительно легко может нейтрализоваться химически в щелочной среде за счет потери протона. Вторая — несет положительный заряд при любом значении рН среды и может нейтрализоваться только экранизацией отрицательно заряженным контрионом. В соответствии с этим отличием анионообменники на основе ДЕАЕ именуются «слабыми», а обменники на основе QAE — «сильными».

Аналогично и в случае отрицательных ионогенных групп, «катионообменники» бывают «слабыми» — они несут карбоксиметильные группы и «сильными», которые модифицированы сульфопропильными группами. Сокращенные обозначения этих групп, соответственно, СМ и SP. Сильные катионообменники сохраняют свой отрицательный заряд во всем рабочем биологическом диапазоне значений (рНЗ—11) и могут быть только заэкранированы положительными контрионами.

Что же касается матриц, несущих описанные модификации (в случае фракционирования биополимеров), то это уже знакомые нам гранулы на основе полисахаридов: сефадексы, химически сшитые агарозы и целлюлозы. В их торговых наименованиях присутствуют и название материала матрицы и сокращенного указания ионогенной группы. Например: «ДЕАЕ-сефадекс», «QAE-целлюлоза», «СМ-сефадекс», «SP-сефароза CL» и т. д. В каждом типе предлагается несколько обменников, различающихся между собой размерами гранул и пор.

Матрицы для ионообменной хроматографии при высоком давлении (на основе силикагеля) я оставляю в стороне. Фирма Pharmacia для своей системы быстрой хроматографии белков разработала на основе исключительно однородных по размерам гранул два типа сильных ионообменников: анионообменник под торговым названием «Моно Ф» — активная группа триметиламинометил и катионообменик «Моно S» — активная группа сульфометил .

Теперь полезно будет представить себе некоторые пространственные соотношения. Будем ориентироваться на очистку и фракционирование белков, поскольку это — основная область использования ионообменной хроматографии. Диаметры глобулярных белков (в отличие от их масс) варьируют не очень сильно. Так например, молекула бычьего сывороточного альбумина (М = 69 000) имеет в поперечнике 70 А, а молекула гамма-глобулина (М =150 000) около 100 А. (Ввиду этих цифр я не упоминал матрицы на основе полистирола, поскольку у них размер пор лежит в пределах 5-20 А.)

Пористость матриц, используемых для фракционирования белков, лежит в диапазоне 300-1000 А. В таких порах молекулы белков могут перемещаться столь же свободно, как теннисный мячик в изготовленной из проволоки пространственной сетке с ребром ячейки в 30-40 см.

Страницы: 1 2


Также смотрите:

Этапы антропогенеза
Филогенез человека представляют, исходя из дарвиновского положения, в соответствии с которым предками человека были обезьяноподобные существа, а развитие человека и человекообразных обезьян представляло собой не последовательные степени, а параллельные ветви эволюции, ...

Приложения
Техника культивирования растительного материала на искусственных питательных средах Организация биотехнологической лаборатории Для организации биотехнологической лаборатории необходимы просторные изолированные помещения, а также современное оборудование и высококаче ...

Возможности ионообменной хроматографии
На рис. показан результат хроматографического разделения 20-ти белков из 40S - субъединицы рибосомы рачка Artemia salina (Ting Shih etal. 1979) Фракционирование вели на колонке СМ-целлюлозы (1х30 см) линейным градиентом NaCI (0-0,4 М) в фосфатном буфере рН6,5. Раздел ...