Тема 16. Свойства растворов биополимеров. Изоэлектрическая точка белка.

Современная жизнь практически невозможна без материалов на основе ВМС. В медицине они применяются для создания искусственных сосудов, протезов, при изготовлении специальных, в том числе хирургических, клеев. Антимикробные волокна, изготовленные на основе природных полимеров (целлюлозы) или синтетических 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.

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. 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.

Набор заданий для контроля самоподготовки

Задание 1.

В процессе биосинтеза в клетках растений и живых организмов образуются макромолекулы белков. Определите, продуктом какой реакции они являются.

1. гидролиза ДНК;

2. поликонденсации моносахаридов;

3. поликонденсации гетероциклических соединений;

4. поликонденсации аминокислот;

5. гидролиза РНК.

Задание 2.

Макромолекулы альбуминов яичного белка имеют сферическую или эллипсоидную форму и свернуты в плотную компактную структуру. Укажите структурный тип данных макромолекул.

1. Фибриллярные;

2. Глобулярные;

3. Волокнистые;

4. α-правовращающая спираль;

5. 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.

1. рН = 7;

2. рН = pI;

3. рН = 0;

4. рН > pI;

5. рН < pI.

Задание 4.

Одним из важных физико-химических свойств растворов биополимеров является термодинамическая устойчивость. Укажите причину этого свойства.

1. Наличие пептидных связей, высокая вязкость раствора;

2. Способность к денатурации, низкая вязкость;

3. Способность к высаливанию и коацервации;

4. Наличие гидратной оболочки и заряда на макромолекулах белка;

5. Способность к электрофорезу и электроосмосу.

Задание 5.

Электрофорез различных растворов белка является одним из методов определения изоэлектрической точки белка. Укажите фактор, определяющий подвижность макромолекулы белка в данном методе.

1. Поверхностное натяжение;

2. Поверхностная энергии;

3. Заряд макромолекулы;

4. Осмотическое давление;

5. Количество гидрофобных радикалов.

Задание 6.

При снижении растворимости в растворах высокомолекулярных соединений наблюдается процесс слияние водных оболочек растворенных молекул биополимеров. Укажите название данного процесса.

1. Высаливание;

2. Осаждение;

3. Набухание;

4. Денатурация;

5. Коацервация.

Задание 7.

В соответствии с современной теорией М.Н. Пескова и С.Н Лихачева, процесс набухания происходит в две стадии. Укажите, особенности поглощения растворителя на I-ой стадии данного процесса.

1. Небольшое количество, без выделения теплоты;

2. Небольшое количество, экзотермический процесс;

3. Большое количество, без выделения теплоты;

4. Большое количество, экзотермический процесс;

5. Большое количество, эндотермический процесс.

Задание 8.

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.

1. Вязкость растворов;

2. Броуновское движение;

3. Объединение макромолекул в ассоциаты;

4. Перераспределение электролитов по обе стороны мембраны;

5. Образованием студней.

Задание 9.

Фракционное осаждение белков сыворотки крови проводят методом высаливания с сохранением нативной структуры. Укажите медицинские препараты, которые могут быть получены данным образом.

1. Хелатотерапевтические;

2. Гипотонические растворы;

3. Гипертонические растворы;

4. Сыворотки для прививок;

5. Физиологические растворы.