Дайте коротку відповідь на теоретичні питання:
1. Аномальна в'язкість розчинів ВМС. Рівняння Штаудінгера. В'язкість крові.
Розчини ВМС тільки при дуже великих розведеннях (
0,01%) підпадають під дію законів Ньютона і Пуазейля. Характерною особливістю розчинів ВМС є їх висока в'язкість в порівнянні з чистим розчинником навіть при малих концентраціях.
В'язкістю (внутрішнім тертям) називають властивість рідин чинити опір дії зовнішніх сил, що викликають їх перебіг. Крім цього розчини ВМС не є ньютоновскими рідинами, так як величина їх в'язкості (# 951;) залежить від напруги зсуву (р) - відносини тангенциально прикладеної до зразка сили до одиниці поверхні (рис. 14.7).
Причини аномалії в'язкості полягають в наявності структурної в'язкості у подібних систем. Структурна в'язкість - це додаткова в'язкість, обумовлена додатковим опором течією з боку внутрішніх надмолекулярних просторових структур - сіток, ниток, великих крапель емульсій. В'язкість таких систем не залишається постійною при збільшенні напруги зсуву, а різко падає, поки не досягає постійної величини, але на більш низькому рівні внаслідок руйнування структури
Теорія Ейнштейна була використана Штаудінгером для виведення формули
питомої в'язкості (уд) розбавлених розчинів ВМС, що зв'язує її величину з молекулярної масою полімеру:
де K - константа, характерна для даного полімеру в даному розчиннику, що визначається експериментально; M - молекулярна маса полімеру *; c * - масова концентрація, що виражається в г / см3 або г / 100 см3.
В'язкість води при t ° = 20 ° C становить 1 мПа × с, а в'язкість крові в нормі - 4-5мПа × с. При різних патологіях значення в'язкості крові можуть змінюватися від 1,7 до 22,9 мПа × с. Неоднорідність структури крові, специфіка будови і розгалуження кровоносних судин призводить до складного розподілу в'язкості крові, що рухається по судинній системі. В'язкість крові залежить від багатьох факторів: температури, наявності тромбоцитів і білих кров'яних тілець (не тільки при патології).
В'язкість збільшується при згущенні крові, тобто при втраті води.
У хворих з хронічними формами ішемічної хвороби серця в'язкість крові підвищені, при фізичних навантаженнях вона зменшується.
В останні роки в медичній практиці вимір в'язкості крові використовується для вивчення її реологічних властивостей при важких інтоксикаціях.
Для вимірювання в'язкості використовують спеціальні прилади - віскозиметри.
2.Поліелектроліти. Ізоелектрична точка і методи її визначення
Під поліелектролітами розуміють ті ВМС, елементарне ланка яких містить йоногенних груп (нуклеїнові кислоти, білки, полісахариди, протеоглікани). Вони відрізняються від полімеров- неелектролітів (поліетилен, полістирол, каучуки, полівінілхлорид.) Так само, як низькомолекулярні електроліти від неелектролітів. Вони розчиняються в полімерних розчинниках і воді, електропровідні, на їх властивості сильно відбивається кулонівської взаємодії зарядів. За характером дисоціації йоногенних груп поліелектроліти діляться на: 1) поліелектроліти, що містять в своєму складі тільки кислотні групи, диссоциирующие з відщепленням іона Н + (-СООН, -SO3H, -SH). З природних полімерів до них відносяться агар-агар, окислений крохмаль, пектин. До складу макромолекул агару входять сульфогрупи, а елементарні ланки окисленого крохмалю і пектину містять карбоксильні групи. У деяких полімерах іон Н + в цих групах може бути заміщений на катіон металу; 2) поліелектроліти, макромолекули яких містять тільки основні групи (наприклад, -NH2). Серед біополімерів таких з'єднань немає, їх отримують синтетичним шляхом (аніонообмінні смоли - аніоніти, що мають велике практичне значення); 3) поліелектроліти, в макромолекулах яких чергуються кислотні та основні групи, - поліамфоліти. До них, перш за все, відносяться білки
Розчин каждогополіамфоліта в завіснмості від його складу має певне значення pH, при якому сума позитивних і негативних зарядів в ланцюзі рівні. Це значення pH називається ізоелектричної точкою (ВЕТ).
1. Поясніть. як заряджаються молекули альбуміну плазми крові при рН <4,64 и при рН> 4,64.
Напишіть відповідні схеми реакцій. ІЕТальбуміна = 4,64. Яєчний альбумін при рН = 5,0 (ВЕТ = 4,6
Характер і ступінь дисоціації поліелектролітів залежить від рН середовища і наявності низькомолекулярних електролітів. У кислому середовищі білки поводяться як підстави, в лужному - як кислоти. Точка, в якій концентрація Н + дорівнює концентрації ОН - іонів, називається ізоелектричної точкою. У цій точці білок не диссоциирован, заряду не несе і не володіє рухливістю в електричному полі. Ізоелектрична точка може бути знайдена з рівняння:
де kкіс .. kосн .. kводи - константи дисоціації кислотної частини білка, основної частини білка і води.
Зазвичай кислотні властивості білкової молекули виражені сильніше, ніж основні, тому для досягнення ізоелектричної точки необхідно створити кисле середовище (рН <7). В изоэлектрической точке белки проявляют наименьшую устойчивость, наименьшую вязкость, минимум набухания и осмотического давления, т.к при равном числе основных и кислотных групп гибкая молекула полимера сворачивается в клубок.
У ізоелектричної точці сумарний заряд білків, що володіють амфотерними властивостями, дорівнює нулю і білки не переміщаються в електричному полі. Знаючи амінокислотний склад білка, можна наближено визначити ізоелектричної точки (pI); pI є характерною константою білків. Ізоелектрична точка більшості білків тваринних тканин лежить в межах від 5,5 до 7,0, що свідчить про часткове переважання кислих амінокислот. Однак в природі є білки, які мають значення ізоелектричної точок лежать в крайніх значеннях рН середовища. Зокрема, величина РІ пепсину (фермент шлункового соку) дорівнює 1, а сальміна (основний білок з молочко сьомги) - майже 12.
У ізоелектричної точці білки найменш стійкі в розчині і легко випадають в осад. Ізоелектрична точка білка в сильному ступені залежить від присутності в розчині іонів солей; в той же час на її величину не впливає концентрація білка.
У хімії білків існує поняття «ізоіонная точка білка». Розчин білка називається ізоіонним, якщо він не містить ніяких інших іонів, крім іонізованих залишків амінокислот білкової молекули і іонів, що утворюються при дисоціації води. Для звільнення білка від сторонніх іонів зазвичай його розчин пропускають через колонку, наповнену сумішшю аніоно- і катіонообменнік. Ізоіонной точкою даного білка прийнято називати значення рН ізоіонного розчину цього білка:
де [Р] - молярна концентрація білка; Z - середній заряд молекули. Відповідно до цього рівняння, ізоіонная точка білка залежить від його концентрації. Очевидно, тому білок, за винятком випадку, коли РІ дорівнює 7, не може бути одночасно Ізоелектрична і ізоіонним.
Ізоелектрична точка (pI) - кислотність середовища (pH), при якій певна молекула або поверхня не несе електричного заряду. Амфотерні молекули (цвіттер-іони) містять як позитивні, так і негативні заряди, наявністю яких визначається pH розчину. Заряд різних функціональних груп таких молекул може змінюватися в результаті зв'язування або, навпаки, втрати протонів H +. Величина ізоелектричної точки такої амфотерной молекули визначається величинами констант дисоціації кислотною і основний фракцій:
Розчинність амфотерних молекул, як правило, є мінімальною при pH чи майже на ізоелектричної точці pI. Часто вони в своїй ізоелектричної точці випадають в осад. Багато біологічні молекули, такі як амінокислоти і білки, є за своєю природою амфотерними, так як містять і кислотні, і основні функціональні групи. Загальний заряд білка визначається бічними групами амінокислот, які можуть бути позитивно-або негативно-зарядженими, нейтральними або полярними. Загальний заряд білка при pH нижче ізоелектричної точки є позитивним. Навпаки, при pH вище ізоелектричної точки загальний заряд білка - негативний. У самій ізоелектричної точці сума позитивних зарядів на білковій молекулі дорівнює сумі негативних зарядів, тому будучи поміщена в електричне поле така молекула не рухається. Ізоелектричного фокусування білків використовується для поділу суміші білків в поліакриламідному гелі в градієнті pH в залежності від величини їх ізоелектричної точок.
У нашому випадку таблиця виглядає:
Ізоелектрична точка білка (pI)