method
.pdfСВОЙСТВА РАСТВОРОВ БИОПОЛИМЕРОВ. ИЗОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ТОЧКА БЕЛКА.
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ:
Современная жизнь практически невозможна без материалов на основе ВМС. Велико их значение в медицине, где они применяются для создания искусственных сосудов, разнообразных протезов, при изготовлении специальных, в том числе хирургических клеев. Антимикробные волокна, изготовленные на основе природных полимеров (целлюлозы) или синтетические ВМС (поливиниловый спирт) имеют свойство задерживать рост
различных |
микроорганизмов и применяются в хирургической практике как |
шелковый |
материал. В технологии лекарств синтетические полимеры |
применяют как вспомогательные вещества при изготовлении различных лекарственных форм. К ним принадлежат ВМС, которые способны пролонгировать действие лекарственных препаратов в организме, а также растворы полимеров, которые используют как крове- и плазмозаменители.
Биополимеры – это высокомолекулярные органические соединения. Среди них самое большое значение принадлежит полисахаридам, белкам и нуклеиновым кислотам. Следует отметить, что белки – основные вещества, из которых построены ядра и протоплазма живых клеток, мышцы, соединительная ткань, кожа и др. Они являются основными носителями жизни. Полисахариды входят в состав мембран клеток и их органелл, а также являются поставщиками энергии. Среди наиболее важных полисахаридов – крахмал, гликоген, целлюлоза. Нуклеиновые кислоты обеспечивают сохранение и передачу генетической информации и принимают участие в синтезе клеточных белков. Они входят в состав нуклеопротеидов, содержащихся в клетках растений, животных, бактерий и вирусов.
Вследствие своих специфических свойств биополимеры выполняют различные функции, например: коллаген, кератин выполняют структурную и опорную функции, ферменты катализируют биохимические реакции, гормоны их регулируют, нуклеиновые кислоты сохраняют и передают наследственную информацию, полисахариды являются резервными питательными веществами.
Изучение физико-химических свойств ВМС чрезвычайно важно для понимания механизма биохимических реакций, а также механизма взаимодействия лекарственных и токсических веществ с биополимерными структурами организма.
ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ:
ОБЩАЯ ЦЕЛЬ:
Уметь интерпретировать структуру, свойства растворов биополимеров и их влияние на процессы, происходящие в организме.
Достижение данной цели обеспечивается решением конкретных целей.
121
КОНКРЕТНЫЕ ЦЕЛИ
УМЕТЬ:
1.Идентифицировать высокомолекулярные соединения в зависимости от пространственного строения, природы мономеров и способу получения.
2.Интерпретировать изоэлектрическое состояние и методы определения изоэлектрической точки белков.
3.Трактовать термодинамическую устойчивость растворов ВМС и методы осаждения белков.
4.Анализировать свойства высокомолекулярных соединений на основе химического состава и пространственного строения макромолекул.
5.Интерпретировать значение высокомолекулярных соединений в биологии, медицине и фармации.
СОДЕРЖАНИЕ ОБУЧЕНИЯ:
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ:
1.Классификация высокомолекулярных соединений. Сравнительная характеристика растворов ВМС, истинных и коллоидных растворов.
2.Основные классы биополимеров: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды. Глобулярная и фибриллярная структура белков.
3.Изоэлектрическое состояние белков и методы определения изоэлектрической точки. Электрофорез.
4.Факторы термодинамической устойчивости растворов ВМС. Методы осаждения белков. Особенности высаливания биополимеров из растворов: схема Кройта, лиотропные ряды Гофмейстера. Коацервация и денатурация белков.
5.Особые свойства растворов ВМС:
−набухание;
−застудневание;
−вязкость;
−осмотическое давление;
6.Мембранное равновесие Доннана и его биологическая роль.
7.Значение растворов ВМС для жизнедеятельности организма и применение биополимеров в медицине и фармации.
122
2.ГРАФ ЛОГИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ
РАСТВОРЫ ВМС
Классификация
По природе мономеров |
|
По пространственному |
|
По способу получения |
||
|
|
|
строению |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Биополимеры
Белки |
|
Нуклеиновые кислоты |
|
Полисахариды |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Структура
Изоэлектрическое |
|
|
Физико-химические свойства |
|
|
состояние |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Методы определения
ИЭТ
Электро
форез
Диссоциация |
|
Термодинамическа я устойчивость |
|
Коллоидная защита |
|
Вязкость |
|
|
Набухание |
|
|
Осмотической давление |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Методы осаждения белков
Денатурация |
|
Каоцервация |
|
Высаливание |
|
Лиотропные ряды Гофмейстера |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Неограниченное |
|
Ограниченное |
|
Онкотическое давление |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Отеки |
|
|
|
|
|
|
|
Застудневание
Тиксотропия
Синерезис Диффузия
Роль растворов ВМС в жизнедеятельности организма и применение биополимеров в медицине и фармации.
123
3. ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ: Основная литература:
1.Мороз А.С., Луцевич Д.Д., Яворська Л.П. Медична хімія. – Вінниця:
Нова книга, 2006. – С. 676-729.
2.Медицинская химия: учебник. Калибабчук В.А., Грищенко Л.И., Галинская В.И. и др. – К.: Медицина, 2008. – С. 318-341.
Дополнительная литература:
3.Биофизическая химия. Л.П. Садовничая, В.Г. Хухрянский, А.Я. Цыганенко. – К.: Вища шк. Головное изд-во, 1986. – С. 238-259.
4.Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. Физическая и коллоидная химия. Учебник для ин-тов. – М.: Высш. школа, 1975. – С. 196-244.
ОРИЕНТИРОВАННАЯ ОСНОВА ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Инструкция к лабораторно-практическому занятию:
Изучение влияния электролитов на величину набухания желатина.
Принцип метода: метод основан на влиянии природы анионов на процесс набухания биополимера.
Материальное обеспечение: сухие пробирки, стеклянная палочка, желатин, миллиметровая бумага, раствор раствор NaI, пипетки, дистиллированная вода.
Ход работы:
1.Взять три сухих пробирки и пронумеровать их.
2.В каждую из пронумерованных пробирок поместить одинаковое количество сухого желатина (приблизительно 0,5 см по высоте пробирки).
3.С помощью полоски миллиметровой бумаги измерить толщину пласта сухого желатина до набухания в каждой из пробирок.
4.Затем в пробирку № 1 внести 5 мл дистиллированной воды, в пробирку
№2 – 5 мл раствора Na2SO4, в пробирку № 3 – 5 мл раствора NaI.
5.Через 1-2 минуты содержимое пробирок осторожно перемешать стеклянной палочкой и оставить на 20 минут.
6.По истечении времени измерить толщину набухшего пласта желатина и результаты занести в таблицу:
|
|
Высота слоя |
Высота слоя |
Степень |
|||||||
|
|
набухания |
|||||||||
№ |
Электролит |
сухого желатина, |
набухшего желатина |
||||||||
|
|
ho мм |
h в мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. |
Дистиллированная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вода |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. |
Раствор Na2SO4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. |
Раствор NaI |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7. |
Рассчитать степень набухания желатина в каждой пробирке. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
8. |
Результаты занести в таблицу. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9. |
Сделать вывод о влиянии анионов на степень набухания желатина. |
124
Изучение влияния электролитов на застудневание раствора желатина.
Принцип метода: метод основан на влиянии природы анионов на процесс застудневания биополимера.
Материальное обеспечение: водяная баня, сухие пробирки, пипетки, 6% раствор желатина, раствор КСI, раствор КNO3, раствор CH3COOК, раствор К2SO4, раствор КCNS, дистиллированная вода.
|
Ход работы: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. |
Взять шесть сухих пробирок и пронумеровать их. |
|
|
|
|
|||||
2. |
В каждую из пронумерованных пробирок поместить по 1 мл растворов |
|||||||||
электролитов, в последовательности определенной в таблице. |
|
|
||||||||
3. |
На водяной бане подогреть 6% раствор желатина до жидкого состояния. |
|||||||||
4. |
В каждую из шести пробирок добавить по 1 мл подогретого 6% раствора |
|||||||||
желатина. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
5. |
Пробирки поместить в горячую водяную баню на 10 минут. |
|
|
|||||||
6. |
По истечении времени пробирки охладить под струей холодной воды. |
|||||||||
7. |
Отметить время застудневания и результаты занести в таблицу: |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
№ пробирки |
1. |
2. |
3. |
4. |
5. |
|
6. |
|
|
|
электролит |
КСl |
КNO3 |
CH3COOК |
К2SO4 |
КCNS |
|
Н2О |
|
|
|
|
время |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
застудневания |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8. |
По полученным результатам составить лиотропный ряд анионов. |
|||||||||
9. |
Сделать вывод о степени влияния электролитов на процесс |
|||||||||
застудневания. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
10. |
Сравнить полученные данные с лиотропным рядом Гофмейстера, |
|||||||||
приведенным в учебнике. |
|
|
|
|
|
|
|
НАБОР ЗАДАНИЙ ДЛЯ ПРОВЕРКИ ДОСТИЖЕНИЯ КОНКРЕТНЫХ ЦЕЛЕЙ ОБУЧЕНИЯ
Задание 1.
В процессе биосинтеза в клетках растений и живых организмов образуются макромолекулы белков. Определите, продуктом какой реакции они являются:
A.Конечный продукт гидролиза ДНК;
B.Продукт поликонденсации моносахаридов;
C.Продукт поликонденсации гетероциклических соединений;
D.Продукт поликонденсации аминокислот;
E.Конечный продукт гидролиза РНК.
Задание 2.
Макромолекулы альбуминов яичного белка имеют сферическую или эллипсоидную форму и свернуты в плотную компактную структуру. Укажите структурный тип данных макромолекул:
125
A.Фибриллярные;
B.Глобулярные;
C.Волокнистые;
D.α-правовращающая спираль;
E.Двойная антипараллельная спираль.
Задание 3.
Высаливание и застудневание белков наиболее целесообразно проводить тогда, когда биополимеры находятся в изоэлектрическом состоянии. Укажите значение рН, которое соответствует такому состоянию:
A.рН = 7;
B.рН = ИЭТ;
C.рН = 0;
D.рН > ИЭТ;
E.рН < ИЭТ.
Задание 4.
Одним из важных физико-химических свойств растворов биополимеров является термодинамическая устойчивость. Укажите причину этого свойства:
A.Наличие пептидных связей, высокая вязкость раствора;
B.Способность к денатурации, низкая вязкость;
C.Способность к высаливанию и коацервации;
D.Наличие гидратной оболочки и заряда на макромолекулах белка;
E.Способность к электрофорезу и электроосмосу.
Задание 5.
Электрофорез раствора биополимера является одним из методов определения изоэлектрической точки белка. Укажите фактор, определяющий подвижность макромолекулы белка в данном методе:
A.Поверхностное натяжение;
B.Поверхностная энергии;
C.Заряд макромолекулы;
D.Осмотическое давление;
E.Количество гидрофобных радикалов.
Задание 6.
Высаливанием из сыворотки крови было выделено более 12 белков. Существенное влияние на данный процесс оказывает добавление анионов и катионов различных электролитов. Укажите правильный лиотропный ряд анионов:
A.SO42- > Cl- > CNS- > Br-;
B.CNS- > SO42- > Cl- > Br-;
C.Cl- > CNS- > Br- > SO42-;
D.Br- > Cl- > CNS- > SO42-;
E.SO42- > Cl- > Br- > CNS-.
126
Задание 7.
При снижении растворимости в растворах высокомолекулярных соединений наблюдается процесс слияние водных оболочек растворенных молекул биополимеров. Укажите название данного процесса:
A.Высаливание;
B.Осаждение;
C.Набухание;
D.Денатурация;
E.Коацервация.
Задание 8.
Денатурация биополимеров может быть вызвана изменением реакции среды, выходящая за пределы значений рН от 3 до 10. Укажите термодинамические особенности данного процесса:
A.Уменьшение энтропии;
B.Увеличение энтропии;
C.Экзотермический процесс;
D.Эндотермический процесс;
E.Несамопроизвольный процесс.
Задание 9.
В соответствии с современной теорией М.Н. Пескова и С.Н Лихачева, процесс набухания происходит в две стадии. Укажите, особенности I-ой стадии данного процесса:
A.Небольшое количество растворителя, без выделения теплоты;
B.Небольшое количество растворителя, экзотермический процесс;
C.Большое количество растворителя, без выделения теплоты;
D.Большое количество растворителя, экзотермический процесс;
E.Большое количество растворителя, эндотермический процесс.
Задание 10.
Возникновение патологических опухолей в организме, уменьшение эластичности тканей человека с возрастом рассматриваются как процесс разжижение и дальнейшего застудневание ВМС. Укажите название данного процесса:
A.Синерезис;
B.Старение;
C.Коацервация;
D.Седиментация;
E.Денатурация.
Задание 11.
Растворы белков отличаются от истинных и коллоидных аномально высокой вязкостью. Укажите, фактор, обуславливающий данную особенность:
A.Высокая гидрофильность;
B.Денатурация;
127
C.Низкая температурая;
D.Небольшая молекулярная масса;
E.Биологическая активность.
Задание 12.
При нарушении онкотического давления в организме возникают отёки соединительной ткани. Укажите изменение концентрации белков, при возникновении данной патологии:
A.C(низкомолекулярных соединений) > С(белков);
B.С(белков крови) < С(белков соед. ткани);
C.С(белков крови) ≈ С(белков соед. ткани);
D.С(белков крови) > С(белков соед. ткани);
E.C(Na+; K+) > С(белков).
Задание 13.
В 1911 году Доннан предложил уравнение, которое объясняет влияние концентрации различных веществ на жизнедеятельность клеток, величину биопотенциалов и т.п. Укажите процесс который описывается данным уравнением:
A.Вязкость растворов;
B.Броуновское движение;
C.Объединение макромолекул в ассоциаты;
D.Перераспределение электролитов по обе стороны мембраны;
E.Образованием студней.
Задание 14.
В фармации фракционное осаждение белков сыворотки крови проводят методом высаливания с сохранением нативной структуры. Укажите, медицинские препараты, которые могут быть получены данным образом:
A.Хелатотерапевтические;
B.Гипотонические растворы;
C.Гипертонические растворы;
D.Сыворотки для прививок;
E.Физиологические растворы.
Эталоны ответов: |
|
|
|
|
1 – D; |
5 – C; |
9 – В; |
13 – D; |
|
2 |
– В; |
6 – E; |
10 – A; |
14 – D. |
3 |
– B; |
7 – E; |
11 – A; |
|
4 |
– D; |
8 – B; |
12 – B; |
|
128
КРАТКИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ НА ПРАКТИЧЕСКОМ ЗАНЯТИИ:
Вначале занятия осуществляется определение уровня подготовки студентов
кзанятию путем проведения фронтального опроса студентов. Затем рассматриваются тестовые задания, приведенные в методическом пособии.
После рассмотрения тестовых заданий, студенты решают обучающие задачи по теме «Растворы биополимеров. Изоэлектрическая точка белка». Следующим этапом является выполнение лабораторной работы с использованием приведенной инструкции. После завершения практической части, студенты оформляют протокол лабораторной работы, в который вносят данные, полученные при проведении эксперимента, и проводят соответствующие расчеты.
После завершения лабораторной работы проводится анализ и коррекция знаний студентов путем рассматривания свойств высокомолекулярных соединений на основе химического состава и пространственного строения макромолекул и медико-биологического значения биополимеров.
Следующим этапом проводится тестовый контроль знаний студентов по теме «Растворы биополимеров. Изоэлектрическая точка белка» с использованием тестов формата А.
Занятие заканчивается подведением итогов работы и оцениванием знаний студентов: объявляются результаты тестового контроля и осуществляется проверка протоколов выполненной лабораторной работы.
129
СОДЕРЖАНИЕ
№ |
|
|
ТЕМА |
|
|
Стр. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Введение |
в |
практикум. |
Периодический |
закон |
|
1. |
Д.И.Менделеева. Основные классы неорганических |
3 |
||||
|
соединений. |
|
|
|
|
|
2. |
Биогенные s- и p- элементы, биологическая роль, |
12 |
||||
применение в медицине. |
|
|
||||
3. |
Биогенные d- элементы; биологическая роль, применение в |
22 |
||||
медицине. |
|
|
|
|
||
4. |
Растворы. |
|
Электрофотоколориметрический |
метод |
31 |
|
определения концентрации растворов. |
|
|||||
5. |
Растворы. Перманганатометрия как метод объемного |
39 |
||||
количественного анализа. |
|
|
||||
6. |
Комплексообразование в биологических системах. |
|
46 |
|||
7. |
Кислотно-основное равновесие в организме. Водородный |
54 |
||||
показатель. |
|
|
|
|
||
8. |
Буферные системы, классификация и механизм действия. |
62 |
||||
|
|
|
|
|||
9. |
Коллигативные свойства растворов. Решение задач. |
|
70 |
|||
10. |
Осмос и осмотическое давление. |
|
|
76 |
||
11. |
Тепловые эффекты химических реакций. Химическая |
82 |
||||
термодинамика. |
|
|
||||
12. |
Кинетика биохимических реакций. Химическое равновесие. |
90 |
||||
13. |
Сорбция биологически-активных веществ на |
границе |
98 |
|||
раздела фаз. |
|
|
|
|
||
14. |
Дисперсные системы. Получение, очистка и |
свойства |
105 |
|||
коллоидных растворов. |
|
|
||||
15. |
Лиофобные золи и их свойства. Коагуляция. Коллоидная |
113 |
||||
защита. |
|
|
|
|
||
16. |
Свойства растворов биополимеров. Изоэлектрическая точка |
121 |
||||
белка. |
|
|
|
|
130