Необратимое осаждение белка всегда является следствием его денатурации. Наиболее распространенным способом денатурации является нагревание (кипячение). При этом усиливается тепловое движение молекул, в том числе - подвижность отдельных частей белка относительно друг друга. Происходящее ослабление и даже разрыв слабых типов связей приводит к увеличению масштабов этих сдвигов. В результате нарушаются высшие структуры белка - четвертичная, третичная и даже вторичная.
Легче всего это происходит с глобулярными белками. Полипептидная цепь теряет свою упорядоченность, ее клубок разворачивается. Как следствие, на поверхность начинают выступать и гидрофобные структуры, ранее «замаскированные» в глубине молекулы. Это ведет к тому, что белковая молекула теряет свою безусловную гидрофильность и лишается гидратной оболочки. Поскольку нагревают белковый раствор обычно вблизи изоэлектрической точки, то и заряд белковой молекулы при этом отсутствует или не очень значителен. В отсутствие обоих факторов стабилизации белковые молекулы могут сближаться друг с другом, формируя крупные конгломераты (хлопья), видимые глазом. Их образованию способствует и неупорядоченное, хаотичное замыкание слабых типов связи, уже не только внутри молекулы, но и между развернутыми полипептидными цепями. Появившиеся хлопья укрупняются и оседают, особенно при последующем охлаждении раствора.
Достаточное прогревание растворов белка всегда ведет к денатурации. Однако осадок образуется не всегда. Если нагревание проводить в щелочной или в сильно кислой среде, то белок все равно денатурируется и утрачивает гидратную облочку, но сохраняет свой заряд (очень значительный в среде, далекой от р1). Поэтому выпадения белка в осадок не происходит даже после охлаждения раствора. Но это будет уже коллоидный раствор денатурированного белка, стабилизированный только электрическим зарядом каждой частицы. Убедиться в этом легко: при добавлении к охлажденному раствору соответственно кислоты или щелочи наступает образование осадка, усиливающееся по мере приближения pH раствора к р1 растворенного белка.
Устойчивость к нагреванию очень различна у разных белков. Некоторые из них денатурируются уже при 50-60°С, другие — только при более высокой температуре (например, при 80°С), а есть и такие, которые устойчивы даже в кипятке. Все зависит от стабильности внутримолекулярной организации белка, особенно от плотности его пространственной упаковки, характера и обилия нековалентных связей. Эти различия иногда используют в экспериментальной практике. Например, при 56°С в течение 30 мин полностью денатурируется компонент Clq - один из белков системы комплемента, сосредоточенных в плазме крови и играющих незаменимую роль в механизмах им- мунохимической защиты организма. Два других белка этой системы — фактор В и компонент С2 - денатурируются и тоже полностью теряют биологическую активность в результате 20-мин. прогревания при 50°С. Прогрев сыворотку крови в том или ином режиме, можно получить реагент, лишенный нативной формы соответствующего компонента комлемента и не способный осуществлять иммунный лизис клеток. Если к такому реагенту добавить порцию интересующей исследователя сыворотки, то логическая активность вновь станет проявляться. По количеству исследуемой сыворотки, необходимому для этого, можно судить о содержании в ней того компонента, активность которого отсутствует в использованном реагенте. Описанный способ широко применяется в биохимии и иммунологии: несмотря на технические трудности, он несравненно проще и доступнее любого другого метода количественного определения индивидуального белка в столь сложной белковой смеси, каковой является любой биологический объект.
Дифференцированная денатурация белков прогреваниием используется и в одном из способов консервирования пищевых продуктов
пастеризации. Предложенный Л.Пастером, он заключается в кратковременном (15-30 мин) выдерживании, например, молока при температуре 60-70°С. В таких условиях главный белок молока (казеиноген) сохраняет свою на- тивность, тогда как некоторые белки микробов денатурируются, что препятствует размножению микрофлоры и удлиняет сроки сохранности пищевого продукта (в стерильных, разумеется, условиях).
Помимо тепловой обработки, известны и другие способы необратимого осаждения белка Нередко они сопряжены с химическим преобразованием белковых молекул, что уже выходит за рамки понятия «денатурация». Обычно речь идет о сильно действующих реагентах: крепкие растворы серной и других сильных кислот, щелочей, ряда органических веществ (пикриновая и сульфосалициловая кислоты, фенол, некоторые алкалоидные реактивы). Однако один из таких способов следует рассмотреть подробнее. Это - осаждение белков солями тяжелых металлов (Иg, РЬ, Си и другие). Они легко образуют прочные связи с некоторыми функциональными группами белковых молекул, особенно с группами -Я#. В результате происходит грубая и необратимая деформация белка — его денатурация. Важно подчеркнуть, что эффект наступает даже при очень низких концентрациях таких солей. Поэтому- то они и ядовиты. Особенно сулема - хорошо растворимый хлорид ртути. Острое отравление ими угрожает самой жизни. При попадании таких ядов через рот обычное промывание желудка нежелательно, т.к. создает условия для лучшего их всасывания в пищеварительном тракте. Лучше всего быстро ввести в желудок раствор какого-нибудь белка (нативного!): молоко, белок сырого яйца, сыворотку или плазму крови, наконец. Катионы тяжелых металлов окажутся прочно связанными с белками, после чего можно промывать желудок. При хроническом отравлении малыми дозами денатурированные белки быстро расщепляются ферментами клеток, а освободившиеся катионы тяжелых металлов оказывают свое денатурирующее воздействие на новые белковые молекулы. И эта последовательность повторяется снова и снова. Отсюда - длительная задержка катионов тяжелых металлов в организме, трудность их выведения и кумулятивный эффект повторных доз.