BioFine

Мы подготовили материал для мысленного рассмотрения процессов закрепления молекулы белка на матрице ионообменника и его освобождения от связи с ней. Для первоначальной фиксации этой молекулы необходимо одновременное осуществление двух или, пожалуй, даже трех условий. Во-первых, белок должен подойти к нити полимера так, чтобы разноименно заряженные ионы на его поверхности и на нити сорбента оказались сближенными до расстояния, на котором эффективно действует кулоновская сила притяжения. Во-вторых (и в-третьих) оба сблизившихся иона должны быть не заблокированы контрионами. Хотя вероятность такого совпадения кажется и небольшой, но число столкновений с нитями ионообменника, которое испытывает каждая молекула белка за единицу времени настолько велико, что практически за несколько минут для каждой из молекул, находящихся внутри гранулы, благоприятная ситуация реализуется хотя бы однажды. Молекула в этот момент окажется связанной с матрицей. Ее поступательное движение прекратится, хотя под тепловыми ударами молекул воды молекула белка будет поворачиваться около единственной точки своей фиксации.

Оторвать макромолекулу белка от матрицы будет нелегко, потому что большая масса обусловит инерционность ее поведения, а также потому, что разнонаправленные импульсы ударов о поверхность белка многих молекул воды будут уравновешивать друг друга. Тем не менее, неизбежно наступит момент, когда равнодействующая этих импульсов окажется достаточно большой для того, чтобы удалить молекулу белка на такое расстояние, где кулоновское притяжение заметно ослабеет — молекула оторвется от матрицы. Если концентрация соответствующих контрионов в окрестностях обоих ионов будет мала и оба они в течение некоторого времени будут «открыты», то есть шанс, что отошедшая недалеко молекула белка за счет броуновского движения вновь сблизится с тем же самым ионом матрицы так, что восстановится ее первоначальная фиксация. Если же концентрация контрионов достаточно велика и хотя бы один из ранее взаимодействовавших ионов окажется заблокированным, белок окончательно оторвется от данной точки матрицы и возобновит свое диффузионное движение до тех пор, пока совпадение благоприятных условий не фиксирует его в новой точке внутри гранулы или пока он не покинет ее пределы и выйдет в окружающий элюент. Впрочем, в тот же момент из элюента в гранулу в процессе диффузии, вероятно, войдет точно такая же молекула белка.

Легко себе представить, что в первые же минуты после внесения смеси белков на колонку для каждого из них независимо установится динамическое равновесие распределения фиксированных и свободных молекул, отвечающее данным значением рН элюента и концентрации соли. А вместе с ним и динамическое равновесие концентраций этих молекул в подвижной и неподвижной фазах. (В отличие от гель-фильтрации, благодаря сорбции на обменнике равновесие концентраций будет сильно сдвинуто в сторону неподвижной фазы.)

После начала элюции свободно текущий элюент будет уносить молекулы, вышедшие из гранул, вниз по колонке. В результате чего динамическое равновесие концентраций в вышележащем слое будет восстанавливаться (на более низком общем уровне) за счет выхода молекул из неподвижной фазы в подвижную. А в нижележащем первоначально «пустом» слое гранул динамическое равновесие концентраций в двух фазах будет создаваться за счет перехода молекул из элюента в гранулы и их сорбции там. С новыми порциями свободного элюента, поступающего на колонку, этот процесс будет продолжаться, перенося все большее число молекул из вышележащего слоя в нижележащий . Таким образом зона связанного белка будет постепенно (и очень медленно) продвигаться вниз по колонке. Это продвижение будет происходить с различной скоростью у различных белков в соответствии с их индивидуальными особенностями. В первую очередь с количеством и пространственным расположением ионогенных групп на поверхности белка. Так будет продолжаться вплоть до выхода двигавшихся зон из колонки в виде более или менее узких «пиков» колоколообразной формы. Выходить эти пики будут, очевидно, в том же порядке и с такими же интервалами (или перекрытиями!), с какими двигались по колонке зоны связывания соответствующих белков. Это и есть истинный процесс хроматографического фракционирования.

До сих пор мы игнорировали возможность нахождения на поверхности белка двух и более ионогенных групп подходящего знака. Однако из приведенных ранее цифр следует, что расстояния между двумя такими группами на поверхности белковой глобулы и между ионогенными группами на ионообменнике имеют один и тот же порядок величины. Это означает возможность реализации следующей цепи событий.

Также смотрите:

Морфо-функциональная характеристика мочевыделительной системы. Анатомия почек
Почки расположены забрюшинно (ретроперитонеально) по обе стороны от позвоночника, причем правая почка несколько ниже левой. Нижний полюс левой почки лежит на уровне верхнего края тела III поясничного позвонка, а нижний полюс правой почки соответствует его середине. XI ...

Регуляция функций в организме
Для регуляции физиологических процессов в соответствии с потребностями организма и изменениями окружающей среды существует два механизма: гуморальный и нервный. Гуморальная регуляция физиологических процессов осуществляется с помощью химических веществ, которые посту ...

Безопасность жизнедеятельности. Безопасность на производстве
Охрана труда - эта область знаний, исследующая опасности, действующая в условиях производства, и разрабатывающая методы и средства зашиты работающих от них. Охрана труда - система сохранения жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности, включающая в с ...