Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Биополимеры в супрамолекулярных системах. Учебно-методическое пособие
.pdf
71
На рис. 2 приведена изотерма связывания ПАВ полиэлектролитом в водном растворе. На изотерме можно выделить характерные
участки: области начального электростатического связывания
ПАВ (I), кооперативного связывания (II) и насыщения макромолекул
ионами ПАВ (III). Перегиб на начальном участке изотермы обусловлен
началом формирования мицелл в объеме макромолекулярного клубка
и по аналогии с ККМ соответствует критической концентрации ассоциации (ККА) ПАВ с полимером. Образование мицеллоподобной фазы ПАВ является необходимым условием образования устойчивых
полимер-коллоидных комплексов. В области III достигается максимальная степень связывания ПАВ θ
max
.
Рис. 2. Изотерма связывания ПАВ полиэлектролитом в зависимости
от концентрации свободного ПАВ
Количественные характеристики связывания ПАВ
полиэлектролитами
Связывание ПАВ полиэлектролитом характеризуется величиной
степени связывания θ – долей ионогенных групп полиэлектролита, заполненных ионами ПАВ:
ИГ
р
ПАВПАВ
с
сс −
=
, (1)
где с
ПАВ
– общая концентрация ПАВ в анализируемой системе; с
P
ПAB
–
равновесная концентрация ПАВ в растворе; с
ИГ
– концентрация ионо-
генных групп полиэлектролита.
72
При образовании ПКК часть дифильных ионов ПАВ связывается
полиионом, а часть остается свободными (несвязанными). Для получения изотермы связывания ПАВ полиэлектролитом – зависимости степени связывания θ от равновесной концентрации ПАВ – необходимо
определить концентрацию свободного несвязанного ПАВ в растворе.
Устойчивость комплексов полиэлектролит – ПАВ контролируется по величинам константы диссоциации КД, расчет которой производится при θ=0,03:
( )( )
−−=1Zс
K
ИГ
Д
, (2)
где Z – соотношения молярных концентраций ПАВ и полиэлектролита
Z =с
ПАВ/сИГ.
Для исследования комплексообразования полиэлектролитов и
ПАВ применяется широкий комплекс физико-химических методов:
тензиометрия, кондуктометрия, турбидиметрия, динамическое и статическое светорассеяние, ЯМР-спектроскопия, нейтронная и рентгеновская рефлектометрия.
Перспективным методом исследования процесса
связывания дифильных молекул ПАВ полиэлектролитом является зондовая флуоресцентная спектроскопия.
В качестве флуоресцентного зонда часто применяется
пирен С16H
10
(рис. 3), благодаря его ярко выраженной
колебательной структуре в спектре флуоресценции,
которая чрезвычайно чувствительна к изменению
микроокружения его молекул. Отношение интенсивности флуоресценции пирена при 373 нм (I1) и 384 нм
(I3) в спектре является показателем полярности мик-
роокружения зонда. В полярной среде (в воде) отно-
шение I1/I3 (параметр полярности) пирена равно 1,4–1,6, в неполярной
среде – 0,6.
На рис. 4 продемонстрирована зависимость индекса полярности
микроокружения пирена от концентрации ПАВ в присутствии фиксированной концентрации полиэлектролита. В процессе формирования
ПКК отмечается типичное для растворов ПАВ снижение параметра
полярности пирена до ≈ 0,9–1. Этот факт подтверждает образование
мицеллоподобных агрегатов в микрообъеме макромолекулярных
клубков полиэлектролита. Значение ККА ПАВ с полиэлектролитом
Рис. 3.
Структурная
формула
пирена
73
находят графическим дифференцированием зависимостей отношения
I1/I3 от концентрации ПАВ.
Рис. 4. Зависимость отношения I1/I3 пирена от концентрации ПАВ
в смешанном растворе полиэлектролита и ПАВ
Порядок выполнения работы
1. Путем разбавления исходного раствора ДДС с концентрацией
0,02 моль/л в пробирках приготовить серию из 10 растворов. Разбав-
ление проводят следующим образом. В пробирку № 1 налить 3 мл
раствора ПАВ исходной концентрации, в пробирку № 2 – 9 мл раствора ПАВ с той же концентрацией. Далее в пробирку № 2 добавить 3 мл
растворителя (воды). Перемешать получившийся раствор. С помощью
пипетки отобрать 9 мл раствора из пробирки № 2, налить его в пробирку № 3 и добавить 3 мл растворителя. Дальнейшие разбавления
проводить таким же образом. Концентрацию разбавленных растворов
ПАВ определить по уравнению
,1
0
−=
V
V
сс
х
где сх – концентрация разбавленного раствора; с – концентрация разбавляемого раствора; V0 – объем добавленного растворителя (3 мл);
V – объем разбавленного раствора (12 мл).
2. В каждую пробирку добавить пипеткой 1 мл водного раствора
полиэлектролита. Перемешать полученные растворы комплексов хи-
74
тозан – ПАВ на магнитной мешалке в течение 10 мин, а затем выдержать в течение 1 ч для установления равновесия.
3. Приготовить 5 мл раствора пирена с концентрацией
2 ∙ 10
–6
моль/л. Растворителем для зонда служит этанол.
4. К 4 мл каждого раствора комплекса с помощью микрошприца
добавить 4 мкл пирена для достижения его концентрации в растворе
1 ∙ 10
–6
моль/л. Энергично встряхнуть пробирку рукой в течение одной
минуты. Спустя 15–20 мин налить раствор в кювету до метки и приступить к измерениям.
5. Перед началом работы ознакомиться с принципом работы на
люминесцентном спектрофлуориметре Cary Eclips (рис. 5). Спектры
флуоресценции пирена в растворах ПАВ регистрируют для щелей
возбуждения и эмиссии 5 нм. Возбуждение производят при длине
волны 335 нм. По спектрам поглощения пирена найти интенсивности
флуоресценции при 373 нм (I1) и 384 нм (I3). Полученные данные занести в таблицу следующей формы:
№ опыта
с
ПАВ
× 103, моль/л
I1/I3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
6. Построить зависимость отношения I1/I3 пирена от концентрации
ПАВ в растворах с фиксированной концентрацией хитозана. Значение
ККА ПАВ найти графическим дифференцированием зависимостей отношения I1/I3 от концентрации ПАВ (рис. 4).
7. Сравнить значения ККМ додецилсульфата натрия в индивиду-
альных растворах (ККМ
ДДС
= 8,4 ∙ 10
–3
моль/л) и ККА додецилсульфа-
та натрия в присутствии катионного полиэлектролита хитозана. Сделать вывод о закономерностях связывания ПАВ полиэлектролитом в
процессе формирования ПКК.
75
Рис. 5. Люминесцентный спектрофлуориметр Cary Eclips
76
Т Е С Т О В Ы Е З А Д А Н И Я
Выбрать один правильный ответ
1. Основными химическими элементами, входящими в состав
живой материи, являются:
А. углерод, водород, азот, кислород;
В. углерод, кремний, магний, бор;
С. углерод, водород, железо, марганец.
2. Клеточная теория была создана:
А. Матисом Шлейденом и Теодором Шванном;
В. Иоганнесом Мюллером;
С. Робертом Брауном.
3. Все клетки имеют:
А. ограничивающую их плазматическую мембрану, цитоплазму;
В. органеллы, ядерную зону или ядро;
С. хлоропласты, ядро;
D. ограничивающую их плазматическую мембрану, орга-
неллы, ядерную зону или ядро.
4. На рибосомах в клетках происходит синтез:
A. белков;
B. липидов;
C. нуклеиновых кислот.
5. Углеводы делятся:
A. на моносахариды, олигосахариды, полисахариды;
B. моносахариды, дисахариды, тетрасахариды;
C. моносахариды, полисахариды.
6. Резервными полисахаридами являются:
A. крахмал и гликоген;
B. целлюлоза и лактоза;
C. мальтоза, лигнин, хитин.
77
7. Самой распространенной альдогексозой является:
A. глюкоза;
B. галактоза,
C. талоза.
8. Наиболее распространенные в растительном мире углеводы:
A. крахмал, целлюлоза;
B. фруктоза, манноза;
C. гликоген, фибронектин.
9. Целлюлозу могут переваривать:
A. все млекопитающие;
B. жвачные млекопитающие;
C. жвачные млекопитающие и термиты.
10. Жирные кислоты в организме выполняют роль:
A. строительных блоков для липидов;
B. смазки для суставов;
C. стероидов.
11. Природные жиры (триацилглицерины), содержащие три не-
насыщенные жирные кислоты при комнатной температуре, являются:
А. жидкими;
В. твердыми;
С. газообразными.
12. Омыление – это:
А. щелочной гидролиз триацилглицеринов;
В. гидролиз триацилглицеринов;
С. реакция двойного обмена.
13. Главным компонентом «душистых масел» являются:
А. терпены;
В. фосфоглицериды;
С. стероиды.
14. Триацилглицериды подвергаются расщеплению в желудке с
помощью фермента:
А. липазы;
78
В. лактазы;
С. глюкоизомеразы.
15. Белки состоят:
А. из аминокислот;
В. глюкозы и фруктозы;
С. пуриновых оснований.
16. Носителем наследственной, генетической информации в ор-
ганизме являются:
А. молекулы ДНК;
В. молекулы РНК;
С. молекулы глюкозы.
17. Синтез белка идет:
А. на рибосомах;
В. на эндоплазматической сети;
С. на митохондриях.
18. Метаболизм состоит из двух стадий:
А. анаболизм, катаболизм;
В. катаболизм, биосинтез
С. биосинтез, анаболизм.
19. К стероидам относят:
А. мужские и женские половые гормоны;
В. гормоны надпочечников;
С. глицерин.
20. Выберите пептиды, которые встречаются в организме как
свободные соединения, не связанные со структурой белков:
А. инсулин;
В. эккефалины;
С. серил-глицин.
21. Рибонуклеиновые кислоты состоят:
А. из азотистых оснований, сахара рибозы;
В. азотистых оснований, сахара рибозы, остатка фосфорной
кислоты;
С. пиримидиновых, пуриновых оснований, сахара рибозы,
остатка фосфорной кислоты.
79
22. Дезоксирибонуклеиновые кислоты состоят:
А. из азотистых оснований, сахара дезоксирибозы;
В. азотистых оснований, сахара дезоксирибозы, остатка
фосфорной кислоты;
С. пиримидиновых, пуриновых оснований, сахара дезокси-
рибозы, остатка фосфорной кислоты.
23. В модели ДНК азотистые основания одной цепи ДНК спаре-
ны с основаниями другой цепи ДНК по принципу комплементарности:
А. аденин – тимин;
В. гуанин – цитозин;
С. аденин – урацил.
24. РНК может быть:
А. матричной;
В. транспортной;
С. эндоплазматической.
25. Аллостерические ферменты имеют следующие центры свя-
зывания с субстратом:
А. аллостерический и активный;
В. адсорбционный и каталитический;
С. аллостерический, адсорбционный, каталитический.
Добавить пропущенное слово
27. Вторичная структура белка – это укладка полипептидных
цепей в альфа-спираль или бета –… слои.
28. Нейтральные жиры – это … жирных кислот и глицерина.
29. Фосфолипиды и сфинголипиды являются важнейшими
структурными компонентами биологических …
30. В состав белков входит (сколько) … аминокислот.
31. Две аминокислоты могут ковалентно связываться друг с
другом при помощи замещенной амидной связи, называемой … связью, образуя дипептид.
32. Первичная структура белка – это последовательность распо-
ложения … остатков в полипептидной цепи.
33. Вторичная структура белка – это укладка полипептидных
цепей в альфа- … или бета – складчатые слои.
34. Третичная структура белка – это способ свертывания … це-
80
пей, включая укладку боковых радикалов глобулярных белков.
35. Четвертичная структура белка – это расположение … поли-
пептидных цепей, входящих в состав олигомеров относительно друг
друга, т. е. способ их совместной укладки.
36. В нуклеиновых кислотах найдено два типа углеводов – … и
дезоксирибоза.
37. Джеймс Уотсон и Френсис Крик предложили модель ДНК,
состоящую из (сколько) … цепей ДНК, закрученных в спираль, вправо
вокруг одной и той же оси.
38. Ген – это часть хромосомы, которая кодирует один …
39. Процесс сборки новых цепей биополимеров, запрограммиро-
ванных с помощью нуклеиновых кислот, называется … биосинтезом.
40. Биосинтез ДНК называется …
41. Биосинтез РНК называется …
42. Биосинтез белков называется …
43. Ферменты являются природными …, намного превосходя-
щими по своей эффективности синтетические.
44. Метаболизм представляет собой высококоординированную
и целенаправленную клеточную активность, обеспечиваемую участием многих взаимосвязанных … систем.
45. Катаболизм – это стадия, в которой происходит … сложных
органических молекул до более простых конечных продуктов.
46. Анаболизм – это стадия, …, в которой из малых молекул-
предшественников синтезируются белки, жиры, липиды, углеводы.
47. Гликолиз – это ферментативный процесс анаэробного негид-
ролитического расщепления … в клетках человека и животных, сопровождающийся синтезом аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) и
заканчивающийся образованием пирувата.
48. Основным аккумулятором химической энергии в клетке яв-
ляется …
49. Цикл Кребса – это циклический ферментативный процесс
полного окисления в организмах … кислоты.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]