Тема 11:Растворы вмс. Свойства биополимеров

Дайте краткий ответ на теоретические вопросы:

1. Осмотическое давление растворов биополимеров. Уравнение Галлера. Онкотическое давление плазмы крови.

2. Растворы ВМС представляют собой истинные растворы, т.е. гомогенные, термодинамически устойчивые, не нуждающиеся в стабилизаторе, и образующиеся самопроизвольно системы. Однако растворы ВМС рассматривают в коллоидной химии, так как размеры их молекул приближаются, а в некоторых случаях даже превосходят размер коллоидных частиц. Кроме того, растворы ВМС в «плохих» растворителях содержат молекулы или агрегаты молекул с явно выраженной межфазной поверхностью. В концентрированных растворах ВМС обычно возникают достаточно большие ассоциаты молекул, которые можно рассматривать как вторую фазу. Наконец, растворы ВМС благодаря большим размерам их молекул обладают рядом свойств лиозолей: схожестью оптических свойств, малой скоростью диффузии, низким осмотическим давлением. Все это позволяет рассматривать многие проблемы одновременно и для коллоидных растворов, и для растворов ВМС.

3. В противоположность золям осмотическое давление растворов ВМС существенно и может быть измерено с достаточной точностью, что используется для определения их молекулярной массы.

4. С повышением концентрации ВМС их осмотическое давление перестает подчиняться закону Вант-Гоффа (π = cRT) и растет быстрее, причем экспериментально полученная кривая лежит выше теоретической прямой.

5. 

6. Рис. 14.6. Зависимость осмотического давления от концентрации раствора: 1 - раствор ВМС; 2 - раствор низкомолекулярного неэлектролита

7. Причиной отклонения от законов Вант-Гоффа является гибкость цепей ВМС, которые ведут себя, как несколько коротких молекул. Для расчета осмотического давления растворов ВМС предложено уравнение Галлера:

8. 

9. где c - концентрация раствора ВМС, г/л; М - молярная масса, г/моль; b - коээфициент, учитывающий гибкость и форму молекулы ВМС в растворе.

10. В сложных биологических системах суммарное осмотическое давление создается как низкомолекулярными электролитами и неэлектролитами, так и биополимерами. Составляющая суммарного осмотического давления, которая обусловлена наличием белков и других частиц коллоидного размера, называется онкотическим давлением. Доля онкотиче-ского давления относительно невелика: она составляет примерно 0,5% от суммарного осмотического давления (≈3,1кПа), однако отклонение этой величины от нормы приводит к серьезным нарушениям в функционировании организма.

11. 14.5. Мембранное равновесие

12. Измерения осмотического давления растворов ВМС полиэлектролитов могут быть связаны с ошибками, вызванными присутствием электролитов. Во избежание ошибок необходимо вводить поправки на мембранное равновесие. Теория мембранного равновесия была создана в 1911 г. английским физикохимиком Ф. Доннаном.

13. Мембранным равновесием Доннана (эффект Доннана) называют равновесие, устанавливающееся в системе растворов, разделенных мембраной, непроницаемой хотя бы для одного вида присутствующих в системе ионов.

14. Задерживаемый мембраной ион называется недиализируемым. Присутствие такого иона приводит к неравномерному распределению ионов по обе стороны мембраны при равновесном состоянии системы.

15. Пусть слева от мембраны находится белок в виде соли RNa, где R^- - анион, имеющий коллоидные размеры и не проходящий через мембрану. Справа находится раствор NaCl, для ионов которого мембрана проницаема:

16. 

17. При равновесии произведение концентраций диффундирующих ионов по обе стороны мембраны должно быть одинаковым (недиали-зуемые ионы в расчет не принимаются). Тогда: (c₁ + x)x = (c₂ - x)².

18. При c₁ = 0х = ½с₂ концентрация NaCl в равновесных растворах одинакова. При c₁ >> c₂ значение х очень мало, т.е. NaCl практически не переходит через мембрану, и осмотическое давление определяется только полиэлектролитом. При c₁ << c₂ электролит NaCl равномерно распределяется по обе стороны мембраны. Осмотическое давление определяется в этом случае только ионами низкомолекулярного электролита NaCl и составляет половину от осмотического давления полиэлектролита.

19. При промежуточных соотношениях концентраций в измеряемые значения осмотического давления необходимо вводить поправку, учитывающую мембранное равновесие.

20. Эффект Доннана обусловливает распределение электролитов в тканях организма и является причиной возникновения биопотенциалов.

21. Онкотическое давление (от др.-греч. ὄγκος — объем, масса) — коллоидно-осмотическое давление, доля осмотического давления, создаваемая высокомолекулярными компонентами раствора. В плазме крови человека составляет лишь около 0,5 % осмотического давления (3—4 кн/м², или 0,03—0,04 атм).

Застудневание растворов ВМС: механизм и факторы процесса (форма макромолекул, температура, концентрация, рН, электролиты). Свойства студней: тиксотропия и синерезис.

Застудневание растворов ВМС. Свойства студней: синерезис и тиксотропия.

Территория рекламы

Гель - связнодисперсная система, содержащая сплошную пространственную сетку из частиц дисперсной фазы, в ячейках которой заключен растворитель. Гель можно рассматривать как коллоидный раствор ВМС, который под воздействием внешних факторов потерял свою текучесть. Но гель может образоваться и в процессе ограниченного набухания. Для каждого полимера существует определенная точка гелеобразования, которая соответствует тому пороговому значению концентрации раствора, при превышении которой раствор переходит в гель. Для водного раствора агар-агара при комнатной температуре точка гелеобразования соответствует концентрации 1,2%, а для желатина - 0,5%.

Понижение температуры уменьшает подвижность макромолекул и способствует гелеобразованию. Наиболее легко гелеобразование протекает при рН, соответствующем изоэлектрической точке, когда макромолекула белка по всей длине содержит противоположно заряженные функциональные группы, склонные к образованию межмолекулярных связей. Способствует гелеобразованию также прибавление к раствору электролитов, чьи ионы, связывая воду, частично дегидратируют полимер.

Гелями в организме являются мозг, кожа, хрящи, глазное яблоко.

Для большинства гелей характерна эластичность. При резком механическом воздействии на гель происходит его разжижение, но этот процесс обратим, и в состоянии покоя образовавшийся раствор снова превращается в гель. Это явление называется тиксотропией. Тиксотропия наблюдается при сотрясении мозга и последующем восстановлении его структур.

При длительном стоянии геля происходит необратимый процесс его старения, который выражается в дальнейшем упорядочении структуры, сжатии геля и выделении из него растворителя. Этот процесс называется синерезисом. Старению геля способствуют низкая температура, высокая концентрация полимера, кислотность, соответствующая изоэлектрической точке, и длительный покой в системе. С процессом синерезиса, протекающем в живых тканях, связан процесс уплотнения мяса старых животных и утончение их костей.

Решите задачи:

1. ИЭТ гемоглобина и альбумина плазмы крови соответственно равны 6,8 и 4,64.

Укажите направление перемещения указанных ВМС при электрофорезе в буферной системе с рН = 5,1.

Ответьте на тесты:

1. Набуханию способствуют

1. водородный показатель не совпадает с изоэлектрической точкой

2. водородный показатель равен изоэлектрической точки

3. высокая температура

4. водородный показатель меньше изоэлектрической точки

5. водородный показатель больше изоэлектрической точки

2. Застудневанию способствует

1. водородный показатель не совпадает с изоэлектрической точкой

2. высокая температура

3. низкая концентрация

4. линейная форма макромолекул

5. сферическая форма макромолекул

3. Превращение раствора ВМС в гель называется

1. синерезисом

2. коацервацией

3. тиксотропией

4. высаливанием

5. застудневанием

4. Слияние водных оболочек нескольких частиц ВМС без соединения самих макромолекул называется

1. синерезисом

2. коацервацией

3. тиксотропией

4. высаливанием

5. застудневанием