Осаждение высаливанием: Процесс высаливания в основном зависит от степени гидрофобности

Изучение процессов высаливания

Осаждение высаливанием: Процесс высаливания в основном зависит от степени гидрофобности

СОСТОЯНИЕ ВОДЫ В ОРГАНИЧЕСКИХ И НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЯХ

Как показано в § 3, присутствующие в системе ионы по – разному влияют на структуру воды.

В результате упоря – дочивающе-разупорядочивающего действия ионов на структуру воды при введении неэлектролита должны на­блюдаться процессы высаливания (обезвоживания) или всаливания (оводнения).

Вопросу высаливания неэлек­тролитов посвящено большое число работ, основйые по ложения которых приводятся в обзорах [271—277].

В качестве основного параметра, характеризующего процесс высаливания, обычно используется сеченовский коэффициент высаливания Ks* [278], связанный с раство­римостью неэлектролита в воде (Sг°) и в растворе соли (Si) уравнением

/ К+ > Rb+ > Cs+; Cd2+ > Mg2+ > Ca2+ > Sr2+ > Ba2+;

SOS” > F” > OH” > CI” > Br” > NO” > J” > CIO7,

Т. е. наблюдается общая тенденция к понижению значе­ния Ks* при увеличении разупорядочивающего действия ионов высаливающих агентов на структуру воды.

Ано­мальное положение лития при высаливании анилина, этилацетата, диацетонового спирта и бензола (Na+: rs=Li+>K+) объясняется локальным гидролизом и свя­занной с этим переориентацией воды, что приводит к ме­нее выгодному для процесса высаливания ее состоянию [282]. Кроме того, обращает внимание сильное всали – вающее действие J – и С104~.

С другой стороны, представлялось целесообразным проследить за состоянием воды в органическом раствори­теле, приведенном в равновесие с водными растворами соответствующих солей, и оценить значения Кв* — коэф­фициента высаливания воды из фазы растворителя. Даже предварительные данные по сопоставлению ИК-спектров насыщенного водой кетона и этого раствора, приведенно­го в равновесие с 16 М раствором KF, показали (рис. 52), что до 90% воды высаливается из фазы растворителя в водную фазу.

Изучение спектров воды в метилэтилкетоне, приведен­ном в равновесие с рядом растворов солей (Li2S04, Rb2S04, CH3COONa, MgS04, ZnS04, NiS04, KF, NH4F,

NaCl, СаС12, ВаС12), показало, что и анионы й катионы

7100 6700 кем-'

Высаливающих агентов оказывают значительное влияние на содержание воды в растворителе, причем чем сильнее гидратируется соответствующий ион, тем меньше воды содержится в равновесной органической фазе. Аналогич­ные результаты (только с несколько меньшим изменени­ем) наблюдались и в случае равновесий водный раствор

Рнс. 52. ИК-спектры поглоще­ния воды в МЭК

1 — насыщенный раствор воды в ке­тоне, 2— то же, приведенное в рав новесие с 16 М раствором KF

Электролита — ТБФ. Из спектров по методу [280] опреде­лялось содержание воды в фазе метилэтилкетона и рас­считывались приближенные значения коэффициента вы­саливания воды Кв*, которые показали, что и в данном случае наблюдаются ряды значений Кв* для катионов и анионов:

Li+ > NH+ > Rb+ > Cs+; Zn2+ > Ni2+ > Mg2+; Al3+ > Cr3+;

> WO2- > CO2-; CH3COO – > F – > CI” > Br – > N03~.

Хотя полученные данные для ионов Со2+, Sr2+, Ва2+ и положение С032~ выпадают из закономерностей, обнаруженных для изменения структуры воды и для зна­ченийKs* (причины таких отклонений пока не совсем ясны), в общем наблюдается закономерность: чем силь­нее гидратируется данный ион, тем сильнее высаливается кетон из водной фазы и вода из фазы растворителя. К аналогичному выводу приводит и рассмотрение некото­рых тройных систем [282а]. Так, при повышении концент­рации NaOH, КОН, KF и СаС12 в системах соль—вода – ацетон (изобутиловый спирт, МЭК) по мере повышения концентрации высаливающего агента наблюдается умень­шение содержания воды и соответствующего электролита в фазе органического растворителя, т. е. происходит обез­воживание как неэлектролита, так и растворяющихся в
растворителе гидратированных ионных ассоциатов, что и приводит к снижению их растворимости.

Весьма интересными оказались качественные данные по равновесию водный раствор перхлората натрия — хи – нолин. Так, при приведении в равновесие хинолина с 10 М водным раствором ЫаС1С>4 объем органической фазы воз­растает на 60—65%, а водной фазы соответственно уменьшается.

Этот факт может быть объяснен переходом в фазу растворителя довольно больших количеств воды.

Сопоставление этих данных с всаливанием кетонов (даже ацетофенона и метилизобутилкетона) в водную фазу хо­рошо подтверждает роль структурных изменений воды под действием ионов электролитов и большое значение энергии водородной связи вода — растворитель. Дейст­вительно, поскольку энергия водородной связи (Ев.

) типа кетон — вода меньше энергии водородной связи вода — вода, то даже при значительном разрушении структуры воды хотя и происходит частичный переход ее в фазу растворителя, все же преобладает процесс высаливания неэлектролита. В случае же хинолина, когда Ел для свя­зи хинолин — вода больше £н связи вода — вода, имеет место обратная картина.

На основе анализа полученных результатов и сопо­ставления с литературными данными может быть выска­зано также следующее предположение о роли процессов гидратации, всаливания и высаливания при извлечении некоторых ионных ассоциатов [152, 280].

Анионы, разупорядочивая структуру воды, оводняют и катион, и неэлектролит, создавая этим условия для обра­зования гидратно-сольватных оболочек катиона (устойчи­вость таких комплексов катион—вода—растворитель бу­дет тем прочнее, чем сильнее поляризована вода, т. е.

чем больше заряд и меньше радиус катиона).

Склонность упо­мянутых выше ионов к образованию дальних, «небьерру – мовских» (по терминологии Даймонда [283]) ионных ассо­циатов приводит к повышению вероятности образования их с заранее «подготовленной» смешанной гидратно-соль- ватной оболочкой.

Среди большого числа разнообразных по своему составу и строению сольватов имеются такие, значения параметров растворимости которых довольно близки к значениям этого параметра равновесной фазы растворителя, в результате чего произойдет их распреде­ление между обеими фазами.

Выяснение механизма экстракции сильных кислот — одна из наиболее интересных и наиболее сложных задач теории экстракции. К сожалению, ценное для своего вре­мени представление об оксониевом механизме экстракции таких соединений в …

Изучение взаимодействия воды с органическими и неор­ганическими соединениями и расчет энергии такого взаи­модействия позволили с совершенно новой точки зрения рассмотреть механизм взаимодействия воды с силаноль – ными группами при ее …

Источник: https://msd.com.ua/sostoyanie-vody-v-organicheskix-i-neorganicheskix-soedineniyax/izuchenie-processov-vysalivaniya/

ПОИСК

Осаждение высаливанием: Процесс высаливания в основном зависит от степени гидрофобности
    Одним из широко применяемых методов фракционирования белков является высаливание нейтральными солями. Впервые этим способом были отделены глобулины от альбуминов. Глобулины осаждаются при 50%-ном насыщении сернокислым аммонием, а альбумины — при более высокой концентрации. Сульфат натрия, обладая меньшей растворимостью, чем сернокислый аммоний, осаждает только глобулины.

[c.59]
    Неорганические электролиты (ионы солей) по своему эффекту могут быть разделены на три группы а) стабилизирующие нативную структуру б) снижающие устойчивость глобул и в) смешанного действия — усиливающие денатурацию в малых и средних концентрациях и ослабляющие ее при более высоких.

Как мы установили, стабилизация является результатом эффекта, подобного высаливанию, при концентрациях солей, не приводящих, однако, к осаждению белка. Высаливающие соли стабилизируют белки с различной интенсивностью, соответствующей положению соли в лиотропном ряду Гофмейстера сульфат — фосфат — цитрат — тартрат — ацетат — хлорид — роданид. Это ряд высаливания.

По силе стабилизирующего действия анионы располагаются в аналогичный ряд. Ионы солей, введенные в раствор, усиливают гидрофобные связи в молекуле белка и этим упрочняют его структуру. [c.166]

    Диполи воды соединены с гидрофильными группами белков водородными связями.

Учитывая явления гидратации, можно объяснить рассмотренный нами процесс высаливания белков из растворов. При прибавлении к раствору белка высоких концентраций солей или таких органических растворителей, как спирт или ацетон, возникает конкуренция за молекулы воды между солью или спиртом, с одной стороны, и молекулами белка — с другой.

При определенных концентрациях ионы солей, молекулы спирта или ацетона связывают такое большое количество молекул воды, что несвязанной воды недостаточно для растворения белка, и он выпадает в осадок. [c.215]

    В этом разделе описан один из наиболее широко применяемых способов очистки ферментов —высаливание белков при высокой концентрации солей. Этот способ отличается по своему результату от всаливания , описанного в разд. 3.2. Хотя белки типа глобулинов (т. е.

белки, растворимость которых низка при низкой ионной силе вблизи их изоэлектрической точки) обычно характеризуются также относительно низкой растворимостью и при высокой концентрации соли, из этого правила есть много исключений.

Так, сывороточные у глобулины, типичные белки, нерастворимые при низкой солевой концентрации, осаждаются сульфатом аммония (при относительно низкой его концентрации— около 1,5 М). С другой стороны, некоторые другие сывороточные глобулины (а и р) обладают более высокой растворимостью в сульфате аммония и осаждаются им при концентрации около 2,5—3,0 М.

Процесс высаливания в основном зависит от гидрофобности белка, тогда как всаливание в большей степени определяется распределением зарядов на поверхности белковой глобулы и полярными взаимодействиями ее с растворителем. [c.61]

    Приготовление пробы. Обычно препаративный электрофорез в полиакриламидном геле не используют в качестве одного из начальных этапов в очистке белков и нуклеиновых кислот. Для предварительного грубого фракционирования компонентов омесей применяют методы хроматографии, высаливания или осаждения. Чтобы провести электрофоретическое разделение, пробу необходимо сконцентрировать до 5 мл для однородной системы и до 10—20 мл для неоднородной. От избытка солей можно избавиться при помощи диализа или гель-фильтрации. Концентрация солей в исследуемом растворе должна быть такой же, как в буфере концентрирующего геля. Если же этот гель не попользуется, то пробу диализуют против буфера разделяющего геля, разведенного в 5 раз. Медленное вхождение пробы в гель во время электрофореза свидетельствует о слишком высокой концентрации солей. Любой осадок, присутствующий в пробе, следует удалять центрифугированием или фильтрованием через миллипоровый фильтр, так как он может закупорить разделяющий гель. [c.117]

    Нейтральные соли выделяют высокомолекулярные соединения из растворов только при очень высокой концентрации соли, часто близкой к концентрации насыщения. Это явление настолько не похоже на коагуляцию, что обычно рассматривается как высаливание. [c.158]

    Высаливание. Высокие концентрации сульфата аммония, а также солей щелочных металлов осаждают белки.

Механизм осаждения связан со способностью солей разрушать гидратную оболочку растворенных белковых макромолекул, что приводит к их агрегации и последующему осаждению.

Далее используют ряд методов концентрирования и тонкой очистки белков, причем наиболее эффективными являются различные хроматографические процедуры. К преимуществам хроматографических методов следует отнести  [c.54]

    Нарушение устойчивости растворов полимеров при понижении температуры, добавлении нерастворяющей жидкости или,высоких концентраций солей приводит к различным случаям расслоения на две фазы, выпадения полимеров, высаливания белков и др.

Зависимость растворимости полимеров от молекулярного веса создает возможность их фракционирования путем дробного осаждения или растворения. Переход от полного смешения к ограниченной растворимости определяет также различные случаи коацервации. [c.

175]

    Температура оказывает необычное действие на растворимость белков при высокой концентрации соли из-за того, что, как было сказано выше, она влияет на гидрофобные взаимодействия.

В области высаливания растворимость белков обычно снижается с повышением температуры. Мутный белковый раствор, приготовленный для кристаллизации при комнатной температуре (разд. 9.

3), часто становится абсолютно прозрачным при температуре 4 С. [c.65]

    Высокие концентрации солей выделяют белки из водных растворов. Этот процесс называется высаливанием.

Высаливание существенно отличается от коагуляции не только тем, что оно протекает в значительно более концентрированных растворах, но и характером зависимости рт природы ионов. Правило Шульца-Гарди здесь неприменимо.

По своему влиянию на высаливание анионы располагаются В лиотропный ряд (ряд Гоф- [c.188]

    ВЫСАЛИВАНИЕ ПРИ ВЫСОКОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ СОЛИ [c.61]

    При высоких концентрациях добавление соли оказывает другое действие, например понижает активность воды ири образовании гидратированных ионов. В этом случае, напоминающем эффект высаливания, большая часть полимеров может подвергаться осаждению.

Подобное действие, приводящее к осаждению или разделению фаз, заставляет перемещаться молекулы иолимера по направлению к границе раздела кремнезем—вода задолго до того, как начинает происходить какое-либо разделение в системе, в которой отсутствует соль. [c.

983]

    Небольшие количества органического растворителя (например, до 10% по объему) практически не оказывают влияния на результаты фракционирования другими методами. Исключение составляют методы гидрофобной хроматографии (разд. 4.8) и аффинной адсорбции, зависящие от гидрофобных взаимодействий (разд. 4.5), а также часто фракционирование с помощью высаливания.

Если фермент относительно стабилен к действию растворителя, фракционирование сульфатом аммония можно проводить в присутствии растворителя. Однако концентрация соли, необходимая для осаждения белка, будет при этом, вероятно, несколько выше, что обусловлено присутствием молекул органического растворителя, препятствующих гидрофобной агрегации белка при высокой концентрации соли.

Излишки рас- [c.79]

    При высаливании белка нейтральными солями щелочных или щелочноземельных металлов, а также сернокислым аммонием необходимо применять высокие концентрации этих солей. Р а з л и ч н ы е б е л к и высаливаются при неодинаковых концентрациях соле й. Эгим обстоятельством пользуются для разделения белков на различные фракции.

Так, для высаливания так называемых глобул и н о в (например, из сыворотки крови) достаточно прибавлять сернокислый аммоний до иолунасыщеиия. Отделив глобулины фильтрованием, можно оставшуюся в фильтрате так называемую альбуминовую фрак ц и ю осадить добавлением сернокислого аммония до полного насыщения.

Методом фракционирования белков путем высаливания широко пользуются для получения различных белковых препаратов. [c.17]

    Хотя при низких концентрациях соли с короткими иммобилизованными алифатическими цепями связывается относительно мало белков, гидрофобную хроматографию можно распространить практически на все белки, поскольку гидрофобные взаимодействия усиливаются с повышением концентрации соли.

В частности, соли, проявляющие наибольшую эффективность при высаливании (см. разд. 3.3), такие, как сульфат аммония, характеризуются наибольшим усилением гидрофобных взаимодействий.

Это объясняется тем, что в основе обоих эффектов лежат одинаковые механизмы при высаливании основной причиной агрегации служит усиление гидрофобных взаимодействий между белками.

Следовательно, при высоких концентрациях соли большинство белков можно адсорбировать на гидрофобных группах, связанных с инертной матрицей (однако сама матрица может и не быть инертной см. ниже). [c.183]

    Хорошей растворимости многих неорганических солей ш достаточно высокой электропроводности их растворов удается достичь в основном при использовании растворителей с высокой диэлектрической проницаемостью. Наиболее широко применяемым растворителем является вода. В ней легко растворяются многие электролиты.

Обычно в случае сильных электролитов (минеральных кисл-от и ИХ солей) максимальная удельная электропроводность наблюдается для 4—6 Н. растворов электролита. Однако в практике электрохимического синтеза часто применяют менее концентрированные растворы (но обычно не ниже 0,1 н.

), так как в водных растворах содержащих неорганические фоновые электролиты в высоких концентрациях, происходит высаливание многих органических веществ. [c.40]

    Влияние ионной силы на поведение белков обусловлено взаимодействием солей, воды и белков.

Как правило, соли при относительно малой концентрации оказывают на белки действие, способствующее их растворению вследствие уменьшения электростатических взаимодействий между белками.

Наоборот, при более высокой концентрации это явление имеет инверсный характер (высаливание), т. е. белки могут осаждаться при уменьшении количества воды, имеющейся для солюбилизации (перевода в растворимое состояние). [c.416]

    В жидких удобрениях водных — растворах солей — в случае большой нх концентрации происходит высаливание, кристаллизация солей при понижении температуры 2. Применение же менее концентрированных растворов приводит к необходимости перевозить большие количества растворителя — воды.

Поэтому стремятся найти такие композиции жидких удобрений, которые имели бы высокие концентрации и низкие температуры кристаллизации (замерзания). Для хранения жидких удобрений требуется сооружение резервуаров большой емкости, так как они используются лишь в течение относительно короткого времени.

[c.627]

    С ульфокислота получается сульфированием антрахинона олеумом (с добавкой поваренной соли) с использованием 50% исходного материала отделяется высаливанием в виде натриевой соли (так называемая серебристая соль ) от смеси дисульфокислот (2,6- и 2,7-) Может быть выделена и в виде свободной кислоты при достаточно высокой концентрации кислого раствора, полученного после отделения обратного антрахинона [c.117]

    В отличие от лиофобных золей, растворы высокомолекулярных веществ являются термодинамически устойчивыми обратимыми истинными растворами. Они подчиняются правилу фаз и их устойчивость определяется соотношением энергетического (ДЯ) и энтропийного (ТД5) членов в уравнении (VIII. 1).

Для растворов полярных полимеров, обычно обладающих жесткими цепями, основное значение имеют изменения ДЯ, в значительной мере зависящие от сольватации. Тепловые эффекты, изменения упругости пара, сжимаемости и других свойств растворов при сольватации указывают, что наиболее прочно связанная часть растворителя составляет около одного слоя молекул вокруг полярных групп полимера (табл. 15).

Для растворов неполярных полимеров с гибкими цепями основное значение имеют изменения энтропии смешения, во много раз превышающие идеальные значения, и непосредственно связанные с гибкостью макромолекул в растворах.

Различные соотношения ДЯ и Д5, приводящие к возможности самопроизвольного растворения полимеров (Д2Нарушение устойчивости растворов полимеров при понижении температуры, добавлении нерастворяющей жидкости или высоких концентраций солей приводит к различным случаям расслоения на две фазы, выпадения полимеров, высаливания белков и др.

Зависимость растворимости полимеров от молекулярного [c.196]

    При малых концентрациях аммиака ошибку, вызываемую высаливанием аммиака, можно весьма приблизительно исключить применением среды с высокой и постоянной концентрацией нейтральной соли.

Это труднее сделать в случае высоких концентраций аммиака, когда даже незначительная ошибка в определении концентрации свободного аммиака сильно сказывается на величине п. Однако при работе с растворами 2 н. по отношению к нитрату аммония можно значительно уменьшить ошибку, вызванную высаливанием. Поправка на высаливание была введена следующим образом пусть [МНз]—величина, которую вместо концентрации аммиака вычисляют по формуле [c.142]

    При высаливании белка нейтральными солями щелочных или щелочноземельных металлов, а также сернокислым аммонием необходимо применять высокие концентрации этих солей. Различные белки высали в а ю т ся при неодинаковых концентрациях солей. Этим обстоятельством пользуются для разделения белков на различные фракции. Так, для высаливания так называемых глобулинов [c.17]

    Понижение устойчивости растворов ВМС также связано с изменением величин АЯ и А5, согласно ур. (2). Факторами, уменьшающими устойчивость раствотов, является изменение состава среды и температуры.

При добавлении к раствору жидкости, в которой полимер не растворяется, происходит выпадение осадка вследствие изменения АЯ—изменения условий взаимодействия между фазами аналогично действует понижение температуры, которое приводит иногда к расслоению на две фазы.

Однако потеря устойчивости растворов ВМС в отличие от подобных явлений в лиофобных золях протекает в форме явлений высаливания и застудневания (образование гелей).

Высаливание представляет собой процесс выделения белков под влиянием высоких концентраций солей (насыщенных или полуна-сыщенных растворов). Явление высаливания близко к явлению понижения растворимости в растворах низкомоле- [c.291]

    Мы уже видели, что йз мышечной ткани некоторые белки можно извлечь лишь солевыми растворами (Ш. работу 1). Однако чаще с помощью солей о с а ж д а ю т белки из раствора — высаливание.

Поскольку разныё белки осаждаются при разной концентрации соли, sTof метод используется для фракцибнирования белков. Для высаливания чаще всего используют сульфат аммония, отличающийся очень высокой растворимостью в воде (75,4 г в 100 мл).

Иногда оказывается более удобным Использовать сульфат натрия, хлорид натрия и другие соли.  [c.24]

    Высаливание является обратимым процессом и проводится солями щелочных металлов высокой концентрации. [c.135]

    Наряду с преимуществами, в производстве и применении жидких удобрений имеются известные трудности и недостатки. В жидких удобрениях — водных растворах солей — в случае большой их концентрации происходит высаливание, кристаллизация солей при понижении температуры.

Применение же менее концентрированных растворов приводит к необходимости перевозить большие количества растворителя — воды. Поэтому стремятся найти такие композиции жидких удобрений, которые имели бы высокие концентрации и низкие температуры кристаллизации (замерзания).

Требуется сооружение резервуаров большой емкости для хранения жидких удобрений, так как они расходуются в течение относительно короткого времени.

Применение жидких удобрений требует капиталовложений на организацию распределительных пунктов вблизи районов потребления, создания специального оборудования для внесения удобрений в почву, а также парка цистерн (железнодорожных и автомобильных) для их- перевозки применение безводного аммиака в качестве удобрения требует специального оборудования, рассчитанного на повышенное давление. [c.257]

    Растворы сернокислых солей титана обладают рядом специфических особенностей, которые отличают их от обычных растворов — истинных и коллоидных [ 4]. Их свойства зависят не только от химического состава, но также и от условий получения.

При выпаривании растворов образуется аморфная стеклообразная масса, а не кристаллические соли.

Эти растворы не коагулируют при высаливании кислотой, солями или спиртом, при диализе они равномерно распределяются по обе стороны мембраны способны к реакциям обменного разложения, образованию двойных солей, восстановлению титана до низшей валентности и к образованию перекисных соединений. Аномальное состояние титана в растворе проявляется также в возможности получения концентрированных растворов титанилсульфата, несмотря на его слабую растворимость в серной кислоте средней и высокой концентрации. [c.115]

    Высаливание ведут в стальных футерованных котлах с ме шалками. Наличие в растворе высокой концентрации одноименны ионов приводит к уменьшению растворимости соли сульфокислоть и выпадению ее в осадок. [c.40]

    В водных растворах белков выделение белков может быть осуществлено высокими концентрациями солей этот процесс называется высаливанием. Высаливание белков производится полунасышенными или насыщенными растворами солей N32804, (N114)3 SO4 и др.

и совершенно отличается от коагуляции лиофобных коллоидов слабыми концентрациями электролитов, в частности к высаливанию неприменимо правило Шульце-Гарди. В явлениях высаливания по Дебаю основное значение имеет вытеснение молекул растворенных веществ из электрического поля ионов, которые сильнее связываются с дипольными молекулами растворителя.

По своему влиянию на высаливание ионы располагаются в последовательности, называемой лиотропными рядами, или рядами Гофмейстера, в частности, для натриевых солей  [c.258]

    Твердая соль (или ее концентрированный раствор), попадая в водный раствор газа, ионизируется. При этом образовавшиеся ионы, имеющие как положительный, так и отрицательный заряды, притягивают к себе диполи воды, которые окружают ионы.-.С ростом концентрации раствора происходит перестройка структурных параметров воды.

При высоких концентрациях соли молекулярная структура раствора постепенно приближается к структуре кристаллогидрата соли.Шзаимодействие между диполями воды и ионами ингибитора имеет электростатический характер, оно более сильное, чем взаимодействие между молекулами газа и воды.

Одновременно квазикристаллическая структура воды, имеющая пустоты, нарушается. Растворимость газа падает. Для создания структурных ячеек из молекул воды при образовании гидрата требуются большие энергия и переохлаждение раствора. Описанное явление известно в физической химии под названием высаливание.

Оно наблюдается в системе, когда полярности компонентов раствора отличаются. Особенно ярко высаливание проявляется в тех случаях, когда молекулы растворенного вещества имеют дипольный момент, являющийся мерой полярности, равный нулю, а молекулы растворителя сильно полярны.

Водные растворы метана,этана, пропана, бутана, хлора, инертных газов, азота, углекислого газа чувствительны к ингибиторам. [c.96]

    Разделение неэлектролитов (или слабых электролитов) посредством вымывания водным раствором соли, обычно умеренной или высокой концентрации, называется высаливающей хроматографией.

Проведенное Секи [5] разделение фенола и трех крезолов с применением разбавленного карбонатного буфера не является примером метода высаливающей хроматографии, так как концентрация карбоната была слишком низка для э( ектив-ного высаливания кроме того, разделение зависело от буферного действия смешанных карбонатов. [c.238]

    Иониая сила. Значение этой величины оказывает влияние на прочность связывания фермента с носителем. При высокой концентрации солей присутствующие в растворе ионы вытесняют с поверхности носителя связанные за счет электростатических взаимодействий белковые молекулы.

Иными словами, возрастание ионной силы вызывает десорбцию фермента. Однако иногда эта закономерность не действует, и увеличение концентрации соли, наоборот, способствует адсорбции фермента на носителе. В таких случаях принято говорить об эффекте высаливания белка из раствора.

ч- [c.50]

    Как видно из табл. 66, наиболее обогащены органическим веществом щелочные воды, а наименее хлоридно-натриево-кальцие-вые и хлоридно-натриево-магниевые воды.

Следовательно, высокие концентрации ионов кальция и магния снижают содержание органических веществ в водах.

Это может быть связано с плохой растворимостью в воде кальциевых и магниевых солей органических кислот или с коагуляцией (высаливанием) органических соединений этими ионами. [c.157]

    Знание свойств и поведения растворов электролитов при средних и высоких концентрациях имеет большое значение как для электрохимии, так и для целого ряда смежных областей науки. Известно, однако, что большинство существующих в настоящее время теорий надежны только для малых концентраций.

Наличие больших и почти непреодолимых трудностей на пути создания теории, способной точно оценивать термодинамические и кинетические свойства ионов даже в растворах умеренных концентраций, заставило ученых уделить большее внимание экспериментальным исследованиям таких растворов с привлечением различных, в том числе и новейших, методов. Глава первая книги (Ж.

Денуайе, К. Жоликер) посвящена обзору достижений и состоянию этой области знаний. В ней много внимания уделено различным аспектам взаимодействия ионов с молекулами воды, рассмотрению природы явления гидратации и термодинамическим свойствам отдельных ионов.

Особый упор сделан на анализ данных, полученных разными спектральными методами, включая инфракрасную и ра-мановскую спектроскопию, ядерный магнитный резонанс и др. Некоторое внимание уделено теории эффекта высаливания и всаливания неэлектролитов солями.

Сделана попытка найти влияние этих эффектов на термодинамические свойства электролитов при определенных концентрациях. Приведены последние, наиболее достоверные значения чисел гидратации, полученных при помощи различных, в том числе и кинетических, методов. В заключение [c.5]

    Дегидратация достигается также прибавлением солей в больших количествах. Первые порции последних снимают заряд с коллоидальных частиц, а дальнейшие отнимают воду от их гидратных оболочек. Поэтому для высаливания лиофильного коллоида необходимы значительно более высокие концентрации электролита, чем для лиофобных.

Примером применения высаливания на практике может служить высаливание ядрового мыла из коллоидального раствора триглицерида. В отсутствии избытка соли раствор застывает в гель с большим количеством воды. Ядровое мыло представляет значительно более плотный гель с сравнительно небольшим содержанием воды (10 — 257о)- [c.

407]

Источник: https://www.chem21.info/info/1899154/

3.2.3. Фракционирование белков и получение обогащенной

Осаждение высаливанием: Процесс высаливания в основном зависит от степени гидрофобности

фракции

Методы фракционированиябелков основаны на их различиях врастворимости в воде, изменениигидродинамического радиуса, подвижностив зависимости от молекулярной массы истепени ионизации белковой молекулы.

К ним относятся такие методы, каквысаливание, осаждение органическимирастворителями и изоэлектрическоеосаждение. Как указывалось выше, белковаямолекула в растворе удерживается двумяфакторами – зарядом и гидратнойоболочкой.

При устранении этих обоихфакторов устойчивости белки осаждаются.

По химическим ифизическим свойствам вода, входящая всостав гидратной оболочки, отличаетсяот чистого растворителя. В частности,температура замерзания ее составляет–40°С. В этой воде хуже растворяютсясахара, соли и другие вещества.

Растворыбелков отличаются крайней неустойчивостью,и под действием разнообразных факторов,нарушающих гидратацию, белки легковыпадают в осадок.

Поэтому при добавлениик раствору белка любых водоотнимающихсредств (концентрированных растворовнейтральных солей щелочных ищелочноземельных металлов, органическихрастворителей) наблюдается дегидратациямолекул белка и их выпадение в осадок.На этом принципе основаны методывысаливания и осаждения органическимирастворителями.

Высаливание.Под действием концентрированныхрастворов солей щелочных, щелочно-земельныхметаллов и аммония (NaCl,Na2SO4,MgSO4,(NH4)2SO4)растворимость белков снижается, и онивыпадают в осадок. Этот процесс называютвысаливанием.

Так как растворимость белков различна,то и способность к высаливанию зависитот концентрации соли в растворе. Этопозволяет фракционировать белки, осаждаяих при различных концентрациях солей.

Постепенное увеличение концентрациисоли дает возможность получить рядотдельных фракций с преимущественнымсодержанием в одной из них выделяемогобелка. Белки с наименьшей растворимостью выпадают в осадок при небольшойконцентрации соли.

Процессвысаливания в основном зависит отгидрофобности белка. Типичная белковаямолекула имеет гидрофобные участки,соприкосновение которых с воднымрастворителем приводит к термодинамическинеустойчивому упорядочиванию структурыводы.

При внесении высокой концентрациисоли происходит сольватация ее ионов,в результате чего остается мало свободныхмолекул воды.

Дальнейшее увеличениеконцентрации соли ведет к отрывуупорядоченных молекул воды от гидрофобныхбоковых остатков аминокислот с обнажениемнеполярных участков белковых молекул,которые стремятся взаимодействоватьдруг с другом.

Белки, которые содержатна своей поверхности большое количествогидрофобных аминокислотных остатков,при этом агрегируют и выпадают в осадок.Белки с незначительным содержаниемнеполярных остатков остаются в растворедаже при его полном насыщении солью.

Привысаливании смеси белков часто имеетместо их соосаждение. Тем не менее многиеферменты осаждаются из раствора вдостаточно узком диапазоне концентрациисоли, что делает эту процедурувысокоэффективным методом фракционированиябелков.

На величинувысаливания белков оказывают влияниене только природа и концентрация соли,но и рН среды и температура. Катионы ианионы нейтральных солей, как правило,по-разному влияют на конформационнуюстабильность белков. Считают, что главнуюроль при этом играет валентность ионовсоли. Предложены лиотропные ряды катионови анионов:

Li+Na+K+NH4+Mg2+

SO42CH3COOClNO3CNS

Растворимостьбелков может изменяться и при изменениирН. Если самую высокую растворимость всолевых растворах белки имеют при рН 7(когда они содержат наибольшее числозаряженных групп), то наиболее полноеосаждение белка происходит вблизи егоизоэлектрической точки.

При выборе солейисходят из их растворимости в воде принизких температурах.

Чаще всего используютсульфат аммония, так как он обладаетнесомненными преимуществами переддругими нейтральными солями: он имеетвысокую высаливающую способность, невызывает денатурацию белков, хорошорастворим в воде, при растворениивыделяется мало тепла, обладает низкойстоимостью. Кроме того, концентрированныерастворы сульфата аммония имеют небольшуювязкость и плотность, что немаловажно,поскольку следующей стадией являетсяцентрифугирование.

Такимобразом, основной причиной высаливанияявляется дегидратация макромолекулбелка с одновременной нейтрализациейэлектрического заряда. К существеннымфакторам, определяющим растворимостьбелка, относят также поверхностноенатяжение на границе поверхности разделабелок – вода.

Белки,осажденные высаливанием, отделяют отбелков, оставшихся в растворе,центрифугированием и вновь растворяютв физиологическом растворе.

Осаждениебелков органическими растворителями.Из органических растворителей наиболеечасто используются ацетон и этанол,которые смешиваются с водой в любыхсоотношениях.

Добавление этих растворителейк водным растворам белков приводит куменьшению диэлектрической проницаемостирастворителя и изменению конформациибелковых макромолекул. По мере возрастанияконцентрации органических растворителейснижается способность воды к сольватациизаряженных гидрофильных молекул белка.

Молекулы воды, расположенные упорядоченнымобразом вокруг гидрофобных участковна поверхности белка, могут быть замещенымолекулами органического растворителя.Растворитель связывает воду, вызываядегидратацию молекул белка и неустойчивостьих в растворе.

При этом происходитагрегация молекул за счет электростатическихвзаимодействий между противоположнозаряженными участками на поверхностибелков, что аналогично осаждению визоэлектрической точке.

Вблизи изоэлектрическойточки белков осаждение происходит приболее низкой концентрации органическогорастворителя.

На осаждение белковпод действием органических растворителейвлияет также размер молекулы. Какправило, чем ниже молекулярная массабелка, тем выше концентрация органическогорастворителя, необходимая для егоосаждения. Крупные молекулы агрегируютбыстрее, чем мелкие.

Осаждениеорганическими растворителями проводятпри пониженной температуре (0°С). Низкаятемпература не только предохраняетбелок от денатурации, но и усиливаетосаждающее действие растворителя.

Приосаждении этаноломраствор белка должен быть нейтральнымили слабокислым, но не щелочным. Реакцияоблегчается присутствием электролита(например, хлористого натрия) вследствиеснятия заряда с частиц белка. Реакцияосаждения белка этанолом обратима принизких температурах и кратковременномдействии.

Ацетонобладает меньшим денатурирующимдействием, чем этанол, отчасти потому,что при низкой температуре требуютсянесколько более низкие его концентрации,чтобы получить такое же осаждение, каки при использовании этанола. Он такжеболее летуч, что позволяет легко удалятьего из растворенного осадка при пониженномдавлении.

Одним из преимуществфракционирования с помощью органическихрастворителей является то, что его можнопроводить при температуре ниже 0°С, таккак все смешивающиеся с водой растворителиобразуют смеси, замерзающие притемпературе значительно ниже 0°С. Этопредотвращает денатурирующее действиеорганического растворителя, котороестановится заметным при температуревыше +10°С.

Изоэлектрическоеосаждение белков. Большинствоферментов хорошо растворимо прифизиологических концентрациях солей,ионной силе 0,150,2М и нейтральном значении рН.

Растворимостьможно рассматривать как результатполярного взаимодействия растворенноговещества с водным растворителем и ионныхвзаимодействий его с присутствующимисолями, а также в некоторой степени какрезультат электростатическогоотталкивания между одноименно заряженнымимолекулами или небольшими (растворимыми)агрегатами молекул. В небольших агрегатахсильные разноименные зарядывзаимопогашаются. Например, еслиповерхность глобулы характеризуетсявысокой гидрофобностью, то это значит,что лишь малая ее часть взаимодействуетс растворителем и соответственно меньшеечисло заряженных групп реагирует ссолями. Если заряд снижается до нуля,электростатическое отталкиваниеуменьшается и по мере приближения кизоэлектрической точке молекулыпритягиваются друг к другу с образованиемкрупных агрегатов (рис. 3.2). Этот процессназывается изоэлектрическимосаждением.Следовательно, осаждаться из растворовв изоэлектрической точке могут толькогидрофильные белки.

Рис. 3.2. Растворимостьбелков вблизи изоэлектрической точки

Изоэлектрическаяточка(pI)– это значение рН, при котором положительныеи отрицательные заряды белка полностьюскомпенсированы и суммарный зарядмолекулы равен нулю. Изоэлектрическиеточки у разных белков разные, чтообусловлено их первичной структурой.Для большинства белков изоэлектрическаяточка соответствует слабокислой среде(рН ~ 5).

В смеси белковситуация осложняется соосаждением –разные белки со сходными свойствамиагрегируют и осаждаются при достиженииизоэлектрической точки.

Вышеописанныеметоды высаливания, осаждения белковорганическими растворителями и изоэлектрического осаждения являютсяспособамиобратимого осаждения белков,при которых белковые молекулы неподвергаются денатурации и их осадкимогут быть снова растворены с сохранениемсвоих нативных свойств.

Однакосуществуют способынеобратимого осаждения белков,когда происходит глубокая денатурациябелка, при которой нековалентные связив белковой молекуле разрываются иденатурированный белок не способенвосстановить свои первоначальныесвойства.

К ним относятся денатурацияпод действием температуры и путемизменения рН.

Эти методы используютсядля избирательнойденатурации,цель которой состоит в создании такихусловий, при которых выделяемый белокне денатурирует, тогда как часть ненужныхбелков осаждается под действиемденатурирующих агентов.

Воснове тепловой денатурации и денатурациисильными органическими кислотами лежитдегидратация белковых молекул. Дляосновной массы белков температурныйрежим находится в области 5060°С.

Важную роль при тепловой денатурациииграет ионная сила раствора, рН, егосолевой состав и время экспозиции.

Принагревании происходит разрыв дисульфидныхсвязей между полипептидными цепями,что приводит к изменению конформациибелковых молекул.

При необратимомосаждении белков сильными органическимикислотами чаще используют растворытрихлоруксусной и сульфосалициловойкислот. Трихлоруксусная кислота способнаосаждать только белки и не осаждаетпродукты их распада. В отличие от неесульфосалициловая кислота, являясьболее сильной кислотой, кроме белковосаждает также продукты их распада–высокомолекулярные пептоны иполипептиды.

Обязательнойстадией, предшествующей выделениюиндивидуального белка из обогащеннойфракции, является освобождение белковыхрастворов от низкомолекулярных соединений(сульфата аммония, органическихрастворителей). Для этого используютметоды диализа и гель-фильтрации.

Диализомназываетсяпроцесс разделения высокомолекулярныхи низкомолекулярных веществ с помощьюполупроницаемых мембран. При диализеприменяют полупроницаемые мембраны(целлофан), диаметр пор которых варьируетв широких пределах.

Этот метод основанна неспособности белков проходить черезполупроницаемую мембрану, которая легкопропускает низкомолекулярные вещества.

Диффузия последних через мембраныобеспечивается разностью концентрацийподлежащего удалению вещества висследуемом растворе и чистом растворителе,находящихся по разные стороны мембраны.

Белковый растворпомещают в целлофановый мешочек, которыйпогружают в чистый растворитель (воду,физиологический или буферный раствор)(рис. 3.3). Низкомолекулярные веществабудут выходить из мешочка в растворительдо тех пор, пока их концентрации по обестороны мембраны не станут равными. Дляускорения диффузии рекомендуетсярегулярно менять растворитель.

Рис. 3.3. Устройстводля диализа

Если осмотическоедавление в белковом растворе и растворителенеодинаково, то по мере выхода издиализного мешочка растворенноговещества молекулы чистого растворителябудут проникать внутрь мешочка (явлениеосмоса), что приведет к разведениюбелкового раствора.

Болеебыстрым и эффективным методом обессоливаниябелковых растворов служит гель-фильтрация(гель-хроматография), которую используюттакже для выделения индивидуальногобелка и определения его молекулярноймассы. Гель-фильтрацией называетсяпроцесс разделения высокомолекулярныхи низкомолекулярных веществ при помощигелей, основанного на различиях в размеремолекул. Принцип метода описан ниже(см. п. 3.2.4).

При обессоливаниибелковых растворов крупные молекулыбелков, минуя гранулы геля, двигаютсяс наибольшей скоростью и выходят изколонки первыми, а ионы соли, легкопроникающие внутрь гранул, задерживаютсяими и, двигаясь медленнее, выходят изколонки последними.

Присутствиесульфата аммония выявляют в пробе схлоридом бария по образованию осадкасульфата бария.

Источник: https://studfile.net/preview/2524129/page:3/

Ферменты – Стр 2

Осаждение высаливанием: Процесс высаливания в основном зависит от степени гидрофобности

8 Мембранные методы очистки и концентрирования ферментных растворов. Диализ. Электродиализ. Баромембранные способы.

В зависимости от движущей силы процесса мембранные методы классифицируются на диффузионные – диализ (движущая сила – разность концентраций по обе стороны мембраны), электромембранные – электродиализ (разность электрических потенциалов), баромембранные – обратный осмос, ультрафильтрация, микрофильтрация (разность давлений). Для очистки от низкомолекулярных примесей при небольших производительностях — диализ, для обессоливания в интенсивных условиях – электродиализ, для глубокой очистки от примесей с одновременным концентрированием – ультрафильтрация.

Диализ. Сущность диализа в том, что если два раствора с различной концентрацией какого-либо компонента разделить мембраной, то начнется естественный процесс диффузии, достигающий равновесия при выравнивании концентраций этого компонента с обеих сторон мембраны. Одни вещества хорошо проходят ч/з материал мембран, другие плохо.

Процесс диализа имеет ряд существенных недостатков:

1. при диализе возможна «потеря» фермента в результате вымывания ионов металлов, входящих в состав молекулы фермента;

2.при диализе водопроводной воды может происходить потеря активности фермента в результате попадания из воды в раствор ингибиторов фермента;

3.в процессе диализа одновременно с очисткой происходит сильное разбавление ферментного раствора. Объем продиализованного раствора увеличивается примерно на 20-25%, а если учесть, что происходит активное удаление балластных веществ, то в результате диализа получают очень разбавленные ферментные растворы.

Поэтому сейчас этот метод очистки ферментных растворов от балластных веществ в ферментной промышленности почти не используется.

Электродиализ. Применяется для удаления из раствора электролитных примеси, т. е. органические и минеральные ионы.

Сущность этого мембранного метода в том, что перенос ионов через мембрану интенсифицируют с помощью постоянного электрического поля, а мембраны изготавливают из специальных ионообменных материалов на основе синтетических полимеров.

Электрический потенциал к аппарату подводится через два электрода, размещенных в соответствующих электродных камерах. Обе камеры отделены от рабочей обессоливающей камеры, куда подается исходный раствор, ионообменными мембранами, со стороны катода – анионообменной, со стороны анода – катионообменной.

При работе аппарата катионы под действием постоянного электрического поля смещаются к аноду, встречают на пути катионообменную мембрану, проходят через нее в электродную камеру и в виде слабого раствора щелочи выводятся из аппарата. Соответственно ведут себя и анионы, выходя из аппарата в виде слабого раствора кислоты.

Обессоленный раствор ферментов (диализованный раствор) выводится из рабочей камеры.

Электродиализный метод осуществляется всегда в непрерывном режиме и существенно более энергоемок, чем диализ.

Баромембранные методы. С помощью полупроницаемых мембран разделяются истинные растворы, т.е. гомогенные системы, в то время как фильтрованием можно разделить лишь суспензии, т. е. твердую фазу отделить от жидкой. Баромембранные методы получили широкое распространение в биотехнологической, пищевой, фармацевтической, химической промышленности.

Физико-химический механизм.Растворение вещества в растворителе возможно только тогда, когда они имеют сродство друг к другу, т. е. когда на уровне межмолекулярного взаимодействия происходит сольватация молекулами растворителя молекул или ионов растворяемого вещества. Когда речь идет о водных растворах, процесс называется гидратация.

Поскольку молекула воды представляет собой диполь, ее энергия связи с частицей растворимого вещества тем больше, чем больший заряд несет эта частица на себе. Понятно, что чем больше заряд иона, тем больше количество молекул воды окажется связанным с ионом в виде многослойной гидратной оболочки.

Именно образованием гидратных оболочек объясняется явление, которое называется прямой осмос.

Если осмотическое давление о) больше гидравлического r), то происходит прямой осмос, если Ро = Рr, то диффузия через мембрану прекращается.

Если к раствору приложить рабочее давление, превышающее осмотическое, т. е. РrОто начнется перенос молекул воды слева направо, т. е. будет происходить дегидратация раствора, концентрирование растворенного вещества и получение чистой воды в правой половине сосуда. Это механизм называется обратным осмосом.

При ультрафильтрации происходит разделение высоко – и низкомолекулярных соединений с целью получения концентрата высокомолекулярных соединений.

Ультрафильтрация обладает способностью не инактивировать ферменты и требует минимальные энергозатраты.

9 Выделение и очистка ферментов. Осаждение ферментов органическими растворителями. Осаждение ферментов высококонцентрированными растворами солей

Культура микроорганизмов, выращенная поверхностным способом, и культуральная жидкость после глубинного культивирования содержат большое количество балластных веществ.

Выделение и очистка ферментов трудоемкий и дорогостоящий процесс, поэтому, если ферментный препарат можно использовать в виде неочищенной культуры микроорганизмов, его очистку не проводят, например, спиртовая, кожевенная промышленности, в с/х при получении кормов.

Осаждение ферментов органическими растворителями. Эффект осаждения белков связан с тем, что в присутствии органического растворителя снижается активность воды.

Происходит вытеснение молекул воды с поверхности белковой молекулы. Молекулы воды, расположенные на гидрофобных участках поверхности белка, могут быть замещены на молекулы органического растворителя.

При этом растворимость белков падает, происходят агрегирование и осаждение белковых молекул.

Факторы, влияющие на осаждение ферментов.

1.Размер молекулы белка. Крупные молекулы агрегируют быстрее, чем мелкие. Наиболее широко для осаждения ферментов используются этиловый спирт, ацетон и изопропиловый спирт.

2.Наличие в растворе некоторых ионов Меможет оказывать стабилизирующее влияние на фермент.

Так, ионы Са2+ способствуют сохранению активности α-амилаз, протеиназ, глюкоамилаз; защитным действием обладают ионы магния, марганца, кобальта. В то же время ряд нонов (Ее2+ , Рb2+ , Сu2+, Аl3+, Ni2+, Аg+ и др.

) действует отрицательно и их присутствие крайне нежелательно. Наличие электролитов часто позволяет снизить расход осадителя и улучшить структуру осадка.

3.Температура ферментного раствора и растворителяпри осаждении д.б низкой, т.к. смешивание спирта и водного раствора сопровождается повышением температуры раствора и может произойти инактиваця.

Оптимальная температура осаждения 3-5 °С для большинства м\о. Для этого ферментный раствор охлаждают до 1-3°С , а растворитель до -8 – -12°С.

4.рН среды. Наиболее полно ферменты выпадают в изоэлектрической точке, когда создаются благоприятные условия для агрегирования белковых молекул. Использование органических осадителей при рН, близком к изоэлектрической точке, позволяет ускорить осаждение ферментов и использовать растворители более низких концентраций.

5.Концентрация сухого вещества в исходном растворе.Максимальный выход активного фермента в препарат и наиболее стабильная структура осадка получаются при содержании сухого вещества не более 10-12%.

6.Длительность контакта с растворителем.Следует стремиться сократить это время до минимума, чтобы уменьшить инактивацию ферментов.

Осаждение ферментов высококонцентрированными растворами солей (высаливание).Процесс высаливания зависит от степени гидрофобности белковой молекулы. Белковая молекула имеет гидрофобные участки на поверхности в виде боковых цепей ряда аминокислот (тирозин, триптофан, лейцин, изолейцин, метионин, валин и фенилаланин).

На гидрофобных участках молекулы белка при соприкосновении с водой происходит образование слоя, состоящего из ориентированных молекул воды. При добавлении значительного количества соли происходит связывание воды, белок частично освобождается от воды и создаются условия для агрегирования белковых молекул. Растворимость белка резко падает, и он выпадает в осадок.

Чем выше концентрация соли, тем быстрее происходит образование осадка.

Хотя высаливание белков в основном определяется гидрофобными взаимодействиями, на этот процесс существенно влияют и другие факторы: рН среды, близость его к изоэлектрической точке белка, температура, степень чистоты ферментного раствора, длительность процесса и т. д.

Самую большую растворимость в солевых растворах большинство белков имеет при рН около 7, когда они содержат наибольшее количество заряженных групп, наименьшую растворимость – вблизи изоэлектрической точки.

Поэтому целесообразно вести осаждение ферментов методом высаливания при рН вблизи изоэлектрической точки.

Для высаливания могут быть использованы сульфат аммония, сульфат натрия, сульфат цинка и хлористый натрий. Наиболее часто используют сульфат аммония, реже – хлористый натрий.

Самая сложная стадия процесса высаливания – это внесение соли и способ ее растворения. Соль измельчают и медленно добавляют небольшими порциями при постоянном перемешивании, чтобы избежать локальных зон повышения концентрации соли в растворе. Перемешивание должно быть умеренным, без пенообразования.

Процесс формирования осадка может длиться от 20-40 мин до нескольких часов. Повышение температуры при высаливании благоприятствует быстрому агрегированию молекул белка в крупные хлопья, поэтому процесс ведут при 20-30°С. При высаливании можно добиться частичного фракционирования комплекса ферментов.

Источник: https://studfile.net/preview/5347921/page:2/

Medic-studio
Добавить комментарий