Высокомолекулярные соединения (стр. 7 )

Периодическими реакциями объясняют сложное распределение окраски многих минералов, генерацию нервных импульсов, мышечные сокращения, сложное строение камней, образующихся в почках, печени и желчном пузыре.

На механические свойства студней сильно влияет концентрация ВМС в студне. Если в студне в единице объёма малое число постоянных межмолекулярных связей, то такой студень весьма эластичен. Студни с большим числом связей между макромолекулами малоэластичны, у них достаточно жесткая образовавшаяся сетка из макромолекул.

Коацервация. При нарушении устойчивости раствора белка или полисахарида возможно образование коацервата – новой жидкой фазы, обогащённой биополимером. Коацерват может выделяться в виде капель или образовывать сплошной слой, что приводит к расслаиванию системы на две фазы. Одна из фаз представляет собой раствор ВМС в растворителе, а другая – раствор растворителя в ВМС.

Коацервацию можно вызвать изменением температуры, рн среды или введением низкомолекулярных веществ.

Наиболее изучена коацервация белков и полисахаридов в водных растворах. Академик считал, что коацерваты сыграли большую роль в процессах происхождения жизни на Земле.

Коацервацию используют при микрокапсулировании лекарственных веществ. Для этого лекарственное вещество диспергируют в растворе полимера. В результате на поверхности лекарственного вещества формируется оболочка из адсорбированных капелек коацервата полимера. Капельки сливаются в сплошной слой на поверхности частиц лекарственного вещества и специальной обработкой переводятся в твёрдое состояние. Образовавшаяся твёрдая оболочка обеспечивает устойчивость, увеличивает длительность действия и устраняет неприятный вкус лекарственного вещества.

ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ

1.  Какие соединения называются высокомолекулярными?

2.  Как их можно классифицировать по происхождению и строению молекул?

3.  В чём состоит сходство и различия между растворами низкомолекулярных и высокомолекулярных соединений?

4.  Какова природа устойчивости растворов полимеров? Сравните её с природой устойчивости растворов низкомолекулярных веществ и лиофобных коллидов.

5.  Чем принципиально отличаются растворы ВМС от коллоидных систем?

6.  Какой процесс называется набуханием, и какой величиной оно характеризуется?

7.  В чём состоят особенности ограниченного и неограниченного набухания?

8.  Как изменяются энтальпия, энтропия и свободная энергия Гиббса при набухании?

9.  Какова роль набухания в физиологии животных и растений?

10.  Что такое вязкость жидкостей? Какие жидкости (растворы) называют ньютоновскими, а какие неньютоновскими и почему?

11.  В чём причины того, что растворы ВМС обладают высокой вязкостью?

12.  Объясните, что такое: а) относительная вязкость; б) удельная вязкость; в) приведённая вязкость и характеристическая вязкость?

13.  Уравнение Марка-Куна-Хаувинка. Для чего используют это уравнение? От чего зависит показатель α?

14.  Осмотическое давление, уравнение осмотического давления Вант-Гоффа.

15.  Осмотическое давление растворов полимеров, уравнение Галлера. Определение М полимера по измерению осмотического давления растворов ВМС.

16.  Осмос в природе. Что такое изотонические, гипертонические и гипотонические растворы?

17.  Объясните, что такое эндосмос и экзосмос?

18.  Осмолярная концентрация растворов, её связь с молярной концентрацией.

19.  Применение в медицине изотонических и гипертонических растворов.

20.  Что такое онкотическое давление, от каких факторов оно зависит?

21.  Мембранное равновесие. Уравнение Доннана.

22.  Мембранный потенциал, механизм его возникновения, способы измерения.

23.  Белки: общая характеристика.

24.  Каково строение молекул белка?

25.  Какие ВМС называются полиэлектролитами? Примеры.

26.  На какие группы делятся полиэлектролиты?

27.  Белки как полиэлектролиты. Как диссоциирует молекула белка в кислой среде, щелочной среде. Изоэлектрическая точка белка.

28.  Как доказать, что в большинстве случаев у частиц ВМС имеется заряд? Чем этот заряд отличается от заряда частиц лиофобных коллоидов?

29.  Электрофорез белков.

30.  Какие факторы вызывают денатурацию белка? Каков механизм денатурации?

31.  Сопоставьте механизмы коагуляции лиофобных коллоидов и нарушение устойчивости растворов ВМС.

32.  Какие системы являются студнями? Гомогенны ли они или нет и почему?

33.  Объясните, какие есть способы получения студней?

34.  Укажите факторы, влияющие на процесс застудневания.

35.  Влияние электролитов на процесс застудневания, влияние рН среды.

36.  Почему студни обладают свойствами и твёрдого тела и свойствами жидкости?

37.  Что такое тиксотропия? Какие студни тиксотропны и почему?

38.  Что такое интермицелярная жидкость? Какими особыми свойствами обладает связанная вода?

39.  Синерезис студней. Влияние электролитов на процесс синерезиса студней.

40.  Что такое периодические реакции? Почему они происходят в студнях?

41.  Коацервация, причины этого явления.

Примеры решения задач

Задача 1.

Рассчитайте относительную молекулярную массу поливинилового спирта, если постоянные в уравнении Марка-Куна-Хаувинка следующие: К = 4,53∙10-5 см3/г; α = 0,74; характеристическая вязкость [η] = 0,15 см3/г.

Решение

Подставляя значения в уравнение Марка-Куна-Хаувинка [η] =КМα получаем

0,15 = 4,53∙10-5∙М 0,74

или

М 0,74 = 105 =3,311 ∙ 10-2 ∙ 105 = 3,311 ∙ 103, т. е. М 0,74 = 3311.

Это равенство логарифмируют: 0,74 lgM = lg 3311. Значение lg 3311 находят по таблице логарифмов.

lgM = = 4,757, т. е. lgM = 4,757. Далее по таблице антилогарифмов находят значение М. Оно равно 57 150.

Ответ: 57 150.

Задача 2.

Рассчитайте относительную молекулярную массу белка миоглобина, если постоянные в уравнении Марка-Куна-Хаувинка для раствора данного белка в воде следующие: К = 2,32 ∙10-2 см3/г; α = 0,5; характеристическая вязкость [η] = 3,1 см3/г.

Решение

Для расчетов пользуемся уравнением Марка-Куна-Хаувинка и подставляем в него данные:

3,1 = 2,32 ∙ 10-2М 0,5;

М 0,5 = = 1,336 ∙ 102 = 1,33,6, т. е. М 0,5 = 133,6.

Возводим обе части равенства в квадрат и получаем относительную молекулярную массу: М = (133,6)2 = 17 849.

Ответ: 17 849.

Задача 3.

В четыре пробирки с 1 М растворами СН3СООК, КСNS, K2SO4 и KCl поместили по 0,5 г полярного полимера. В каком из растворов электролита набухание полимера максимально, в каком – минимально и почему?

Решение

Действие ионов электролитов и набухание ВМС связано с их способностью к гидратации. По способности уменьшить набухание анионы располагаются в ряд (при одном и томже катионе):

CNS1- > I1- > Br1- > NO31- > Cl1- > CH3COO1- > SO42-

Поскольку ионы CNS1- усиливают набухание, а ионы SO42- - тормозят, то в растворе KCNS набухание максимально, а в растворе К2SO4 – минимально.

Задача 4

Изоэлектрическая точка пепсина желудочного сока находится при Рн 2,0. Каков будет заряд макромолекулы фермента при помещении его в буферный раствор с рН 8,5?

Решение

При помещении пепсина в раствор с рН среды большей ИЭТ подавляется диссоциация аминогрупп и макромолекулы фермента приобретают отрицательный заряд:

‾ООС – R – NH3+ + R – COO ‾ + H2O

Задача 5

Желатина помещена в буферный раствор с рН 3. Определите знак заряда частиц желатины, если изоэлектрическая точка белка равна 4,7.

Решение

При помещении желатины в раствор с рН среды, меньшим ИЭТ, подавляется диссоциация карбоксилььных групп и частицы желатины приобретают положительный заряд:

‾ООС – R – NH3+ + Н+ ↔ НООС – R – NH3+

Задача 6

Изоэлектрическая точка белка альбумина равна 4,9. Белок помещен в буферную смесь с концентрацией водородных ионов 10 -6 моль/л. Определите направление движения частиц белка при электрофорезе.

Решение

Если концентрация ионов водорода 10 -6 моль/л, то рН среды равен 6, так как рН = - lg[H+].

Поскольку рН среды > ИЭТ (6 > 4,9), то согласно следующему уравнению белок приобретает отрицательный заряд и при электрофорезе перемещается к аноду:

H3N+ – CH(R) – COO ‾ + OH ‾ ↔ H2N – CH(R) – COO ‾ + H2O

ЛИТЕРАТУРА

ЛИТЕРАТУРА ОСНОВНАЯ

(общая химия)

1.  Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учебник для медицинских вузов. /, , и другие. Под ред. , 8 изд.,560 с. – М.: Высш. Шк., 2010.

2.  Практикум по общей химии. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учебное пособие для студентов медицинских вузов.(Ред. ).- М., Высшая школа, 4 изд., 239 с., 2008 г.

3.  Сборник задач и упражнений по общей химии. Учебное пособие. (, , ). М: Высшая школа, 4 изд., 255с., 2010г.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

1.  Слесарев : Основы химии живого: Учебник для вузов. – СПб: Химиздат, 2000.

2.  , , Болбас биофизической и коллоидной химии. «Вышэйшая школа», Минск, 2009.

3.  , , Юстратов химия. СПб.: Издательство «Лань», 2003.

4.  Глинка, химия: учебник /под ред. , . – 18 изд., перераб. и доп. – М.: Издательство Юрайт; ИД Юрайт, 2011. (Учебник ориентирован на студентов медицинских вузов).