Методы количественного определения белковой фракции основаны на определении количества общего азота. Наиболее распространенным считают определение методом Кьельдаля, который позволяет выделять азот ввиде аммиака только из аминов и их производных, но некоторые азотсодержащие соединения в этих условиях наряду с аммиаком образуют также молекулярный азот, что приводит к получению заниженных данных [3].

Метод Кьельдаля.

Метод Кьельдаля относительно прост, хорошо воспроизводим, стандартизирован и имеет несколько модификаций.

Метод включает в себя три основных этапа: дигерирование, дистилляцию и титрование.

Метод основан на окислении органических веществ до СО2, Н2О, NH3 при нагревании с крепкой серной кислотой. Аммиак реагирует с избытком H2SO4 конц и образует с ней сульфат аммония.

R-CHNH2COOH + H2SO4 > CO2 + H2O + NH3;

2NH3 + H2SO4 > (NH4) 2SO4.

После окончания сжигания навески избыток кислоты нейтрализуют щелочью, а аммиак, связанный в виде сульфата аммония, вытесняется избытком щелочи

(NH4) 2SO4 + 2NaOH > Na2SO4 + 2NH4OH.

После сжигания навески определение азота ведется колориметрически по оптической плотности окрашенных растворов, полученных при взаимодействии с реактивом Несслера.

Аммиак и соли аммония способны образовывать с реактивом Несслера (двойная соль йодистой ртути и йодистого калия, растворенная в едком калии). Иодид меркураммония - вещество, окрашенное в желто-бурый цвет.

NH4OH + 2 (HgI2KI) + 3KOH = OHg2NH2I + 7KI + 3H2O.

Исследование проводят по следующей схеме:

Навеску исследуемого продукта в объеме 0,04 г, взятую с точностью ±0,0001, помещают в пробирку. Затем последовательно вводят 2 мл H2SO4 (удельная плотность 1,84) и 1…2 капли H2O2 (33%). Проводят минерализацию, нагревая пробирку на водяной бане, при температуре 85 град.

Легко окисляющиеся вещества при этом полностью окисляются в течение 1-2 минуты, и обесцвеченная жидкость при дальнейшем нагревании остается бесцветной.

По окончании окисления, содержимое пробирки переводят количественно в мерную колбу на 100 мл до метки. Хорошо перемешав содержимое колбы, берут пробу в 10 мл и точно оттитровывают 0,5н NaOH по фенолфталеину, для определения количества щелочи, необходимой для нейтрализации.

После этого берут пробу того же раствора в 10 мл и переводят в другую мерную колбу на 100 мл, прибавляют установленное количество 0,5н NaOH для нейтрализации кислоты. После этого доводят водой до метки и хорошо взбалтывают. Эта жидкость используется для приготовления окрашенных растворов.

Приготовление окрашенных растворов. Для этого в двух мерных колбах емкостью по 100 мл готовят рабочий и стандартный растворы. В одну наливают 10 мл исследуемого раствора, доливают обе колбы на три четверти водой, после чего добавляют 4 мл раствора Несслера и доводят до метки.

Затем определяют оптическую плотность полученных окрашенных растворов.

На основании данных анализа проводят расчет содержания белка (%) по формуле:

,

где 0,002 - количество мг азота в 1 мл стандартного рабочего раствора;

Dm - оптическая плотность рабочего раствора;

Dm - оптическая плотность стандартного раствора;

m - масса навески исследуемого вещества, г;

К - коэффициент пересчета азота на белок, равный для продуктов животного происхождения 6,25; для продуктов растительного происхождения 5,7 [3].

Метод формольного титрования.

Другим количественным методом определения содержания белка является метод формольного титрования, который обычно применяют на молочных заводах. Метод можно применять только для анализа свежего сырого молока кислотностью не выше 22 єТ. Нельзя контролировать данным методом консервированные пробы.

Метод заключается в блокировке NH2-групп белков продукта внесенным формалином с образованием метилпроизводных белков, карбоксильные группы которых могут быть нейтрализованы щелочью:

HOOC - R - NH2 + 2HCHO > HCHO - R - N (CH2OH) 2;

HCHO - R - N (CH2OH) 2 + NaOH > NaOH - R - N (CH2OH) 2 + H2O.

Количество щелочи, пошедшее на титрование кислых карбоксильных групп, пересчитывают на массовую долю белков.

Исследование проводят по следующей схеме:

В колбу вместительностью 100 смі отмеривают 20 смі исследуемого продукта, 10-12 капель 1% раствора фенолфталеина и титруют 0,1н раствором гидроксида натрия до появления розовой окраски, соответствующей цвету эталона. Затем вносят прибором для автоматического отмеривания 4 мл нейтрализованного 40% формалина и вновь титруют 0,1н раствором гидроксида натрия до окраски эталона. Количество щелочи, пошедшее на второе титрование (при первом титровании она расходуется на нейтрализацию веществ, обусловливающих кислотность продукта), умножают на коэффициент 0,959 и получают массовую долю белков в продукте в процентах [3].

Для перевода количества раствора гидроксида натрия в проценты белка можно пользоваться таблицей.

Таблица 2. Зависимость массовой доли белков от объема раствора щелочи, затраченного на титрование проб в присутствии формалина.

2.2 Характеристика качественных методов определения содержания белков

2.2.1 Реакции осаждения белков

Белки в растворе и соответственно в организме сохраняются в нативном состоянии за счет факторов устойчивости, к которым относятся заряд белковой молекулы и гидратная оболочка вокруг нее. Удаление этих факторов приводит к склеиванию молекул белков и выпадению их в осадок. Осаждение белков может быть обратимым и необратимым в зависимости от реактивов и условий реакции. В лабораторной практике реакции осаждения используют для выделения альбуминовой и глобулиновой фракций белков, количественной характеристики их устойчивости, обнаружения белков в биологических жидкостях и освобождения от них с целью получения без белкового раствора [3].

Обратимое осаждение.

Под действием факторов осаждения белки выпадают в осадок, но после прекращения действия (удаления) этих факторов белки вновь переходят в растворимое состояние и приобретают свои нативные свойства. Одним из видов обратимого осаждения белков является высаливание.

Высаливание. Насыщенным раствором сульфата аммония осаждается альбуминовая фракция белков, полунасыщенным раствором - глобулиновая фракция.

Сущность реакции заключается в дегидратации молекул белка.

Ход определения. В пробирку наливают 30 капель неразведенной пробы и добавляют равное количество насыщенного раствора сульфата аммония. Содержимое пробирки перемешивают. Получают полунасыщенный раствор сульфата аммония, при этом глобулиновая фракция осаждается, а альбуминовая остается в растворе. Последнюю отфильтровывают, затем смешивают с порошком сульфата аммония до тех пор пока не прекратится растворение соли, при этом выпадает осадок - глобулины.

Необратимое осаждение белков.

Необратимое осаждение белков связано с глубокими нарушениями структуры белков (вторичной и третичной) и потерей ими нативных свойств. Такие изменения белков можно вызвать кипячением, действием концентрированных растворов минеральных и органических кислот, солями тяжелых металлов [3].

Осаждение при кипячении

Белки являются термолабильными соединениями и при нагревании свыше 50-60 градусов С денатурируются. Сущность тепловой денатурации заключается в разрушении гидратной оболочки, разрыве стабилизирующих белковую глобулу связей и развертывании белковой молекулы. Наиболее полное и быстрое осаждение происходит в изоэлектрической точке (когда заряд молекулы равен нулю), поскольку частицы белка при этом наименее устойчивы. Белки, обладающие кислыми свойствами, осаждаются в слабокислой среде, а белки с основными свойствами - в слабощелочной. В сильнокислых или сильнощелочных растворах денатурированный при нагревании белок в осадок не выпадает, так как его частицы перезаряжаются и несут в первом случае положительный, а во втором - отрицательный заряд, что повышает их устойчивость в растворе.

Ход определения. В 4 пронумерованные пробирки приливают по 10 капель раствора пробы. Затем 1-ю пробирку нагревают до кипячения, при этом раствор мутнеет, но так как частицы денатурированного белка несут заряд, они в осадок не выпадают. Это связано с тем, что яичный белок имеет кислые свойства (его изоэлектрическая точка 4,8) и в нейтральной среде заряжен отрицательно; во вторую пробирку добавляют 1 каплю 1% раствора уксусной кислоты и нагревают до кипячения. Белок выпадает в осадок, т.к. его раствор приближается к изоэлектрической точке и белок теряет заряд (один из факторов устойчивости белка в растворе); в 3-ю пробирку добавляют 1 каплю 10% раствора уксусной кислоты и нагревают до кипения. Осадка не образуется, так как в сильнокислой среде частицы белка приобретают положительный заряд (сохраняется один из факторов устойчивости белка в растворе); в 4-ю пробирку наливают 1 каплю раствора NaOH, нагревают до кипения. Осадок не образуется, поскольку в щелочной среде отрицательный заряд белка увеличивается [3].

Осаждение концентрированными минеральными кислотами

Концентрированные кислоты (серная, хлористоводородная, азотная и др.) вызывают денатурацию белка за счет удаления факторов устойчивости белка в растворе (заряда и гидратной оболочки). Однако при избытке хлористоводородной и серной кислоты выпавший осадок денатурированного белка снова растворяется. По-видимому, это происходит в результате перезарядки молекул белка и частичного их гидролиза. При добавлении избытка азотной кислоты растворения осадка не происходит. Вот почему для определения малых количеств белка в моче при клинических исследованиях применяется азотная кислота.

Ход определения. В три пробирки наливают по 5 капель концентрированной серной, хлористоводородной и азотной кислот. Затем, наклонив пробирку под углом 45 градусов, осторожно по стенке наслаивают такой же объем пробы. На границе двух слоев появляется осадок белка в виде белого кольца. Осторожно встряхивают пробирки, наблюдают растворение белка в пробирках с серной и хлористоводородной кислотами, в пробирке с азотной кислотой растворения белка не происходит.

Осаждение органическими кислотами. Трихлоруксусная кислота осаждает только белки, а сульфосалициловая осаждает не только белки, но и высокомолекулярные пептиды.

Ход определения. В две пробирки вносят по 5 капель раствора пробы. В одну из них прибавляют 2 капли сульфосалициловой кислоты, а в другую - 5 капель трихлоруксусной кислоты. В пробирках выпадает осадок белка.

Осаждение белка солями тяжелых металлов. Белки при взаимодействии с солями свинца, меди, ртути, серебра и других тяжелых металлов денатурируются и выпадают в осадок. Однако при избытке некоторых солей наблюдается растворение первоначально образовавшегося осадка. Это связано с накоплением ионов металла на поверхности денатурированного белка и появлением положительного заряда на белковой молекуле.

Ход определения. В три пробирки вносят по 5 капель пробы. В первую добавляют 1 каплю ацетата свинца, в третью - 1 каплю нитрата серебра. Во всех пробирках выпадает осадок. Затем в первую пробирку добавляют 10 капель нитрата серебра - растворения осадка нет [3].

2.2.2 Цветные реакции на белки

Цветные реакции применяются для установления белковой природы веществ, идентификации белков и определение их аминокислотного состава в различных биологических жидкостях.

Биуретовая реакция на пептидную связь. В основе ее лежит способность пептидных связей (-CO-NH-) образовывать с сульфатом меди в щелочной среде окрашенные комплексные соединения, интенсивность окраски которых зависит от длины полипептидной цепи. Раствор белка дает сине-фиолетовое окрашивание.

Ход определения. В пробирку вносят 5 капель раствора пробы, 3 капли NaOH, 1 каплю Cu (OH) 2, перемешивают. Содержимое пробирки приобретает сине-фиолетовое окрашивание [3].

Нингидриновая реакция. Сущность реакции состоит в образовании соединения, окрашенного в сине-фиолетовый цвет, состоящего из нингидрина и продуктов гидролиза аминокислот. Эта реакция характерна для аминогрупп в - положении, присутствующих в природных аминокислотах и белках.

Ход определения. В пробирку вносят 5 капель раствора пробы, затем 5 капель нингидрина, нагревают смесь до кипения. Появляется розово-фиолетовое окрашивание, переходящее с течением времени в сине-фиолетовое [3].

Ксантопротеиновая реакция. При добавлении к раствору белка концентрированной азотной кислоты и нагревании появляется желтое окрашивание, переходящее в присутствии щелочи в оранжевое. Сущность реакции состоит в нитровании бензольного кольца циклических аминокислот азотной кислотой с образованием нитросоединений, выпадающих в осадок. Реакция выявляет наличие в белке циклических аминокислот.

Ход определения. К 5 каплям раствора пробы добавляют 3 капли азотной кислоты и (осторожно!) нагревают. Появляется осадок желтого цвета. После охлаждения добавляют (желательно на осадок) 10 капель NaOH, появляется оранжевое окрашивание [3].

Реакция Адамкевича. Аминокислота триптофан в кислой среде, взаимодействуя с альдегидами кислот, образует продукты конденсации красно-фиолетового цвета.

Ход определения. К одной капле пробы прибавляют 10 капель уксусной кислоты. Наклонив пробирку, осторожно по стенке добавляют по каплям 0,5 мл серной кислоты так, чтобы жидкости не смешивались. При стоянии пробирки на границе жидкостей появляется красно-фиолетовое кольцо [3].

Реакция Фоля. Аминокислоты, содержащие сульфгидрильные группы - SH, подвергаются щелочному гидролизу с образованием сульфида натрия Na2S. Последний, взаимодействуя с плюмбитом натрия (образуется в ходе реакции между ацетатом свинца и NaOH), образует осадок сульфида свинца PbS черного или бурого цвета.

Ход определения. К 5 каплям раствора пробы прибавляют 5 капель реактива Фоля (к 5% раствору ацетата свинца прибавляют равный объем 30% раствора NaOH до растворения образовавшегося осадка). и кипятят 2-3 мин. После отстаивания 1-2 мин. появляется черный или бурый осадок [3].

Заключение