Биогенные элементы. Разделы физической химии. Гончаров В.И - 30 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

СтГМУ | Ставрополь

Составители: 

Рубрика: 

59
4. Ситуационные задачи.
5. Задачи для самостоятельного решения
6. Контрольные вопросы.
Контроль на выходе: показать преподавателю на выходе результаты ла-
бораторных работ, уметь их объяснить.
7. Литература.
2. Основы теоретических положений
К поверхностным явлениям относятся процессы, происходящие на гра-
нице раздела фаз, они обусловлены особенностями состава и структуры по-
верхностей.
Образование поверхности раздела фаз требует совершения работы, следова-
тельно, сопровождается увеличением свободной энергии системы. В поверхно-
стном слое накапливается некоторый избыток энергии – поверхностная энергия
Гиббса G
s
, пропорциональная площади раздела фаз S:
G
s
= S,
где – коэффициент поверхности натяжения, т.е. работа образования
единицы поверхности. Следует отметить, что коэффициент поверхностного
натяжения часто называют поверхностным натяжением.
Самопроизвольное уменьшение свободной энергии G
s
в однокомпонент-
ных системах возможно только за счет уменьшения площади раздела фаз. В
многокомпонентных системах уменьшение G
s
возможно также за счет
уменьшения величины поверхностного натяжения в результате самопроиз-
вольного перераспределения молекул компонента между объемом фазы и
поверхности раздела. Это явление называется адсорбцией.
Границы раздела фаз газ-жидкость и жидкость-жидкость принято назы-
вать подвижными, а границы газ-твердое тело, жидкость-твердое тело – не-
подвижными. В рекомендуемой литературе
широко освещены теоретические
положения процессов адсорбции на указанных границах раздела фаз.
2.1. Поверхностная активность биологически-активных веществ.
Строение биологических молекул
Поверхностной активностью обладают многие природные соединения:
белки, фосфолипиды, холиевые кислоты и др. Молекулы фосфолипидов
дифильны и ассиметричны, имеют гидрофильную часть – этерифицирован-
ный фосфат и гидрофобную часть. Условно молекулу фосфолипида можно
изобразить
следующим образом:
Как и все ПАВ, молекулы фосфолипидов накапливаются в поверхностном
слое и уменьшают поверхностное натяжение водной фазы. При большой их
концентрации молекулы фосфолипидов самопроизвольно ориентируются т.о.,
чтобы гидрофобные части («хвосты») были направлены друг к другу, остав-
60
ляя для контакта с водой гидрофильные части («головки»). Образующиеся
при этом частицы называются мицеллами. В принципе возможно образование
сферических и пластинчатых мицелл, но наличие двух гидрофобных «хво-
стов» в молекулах фосфолипидов не позволяет им агрегатировать в мицеллы
с малым радиусом кривизны, поэтому в водных растворах они образуют по
типу пластинчатых мицелл
достаточно протяженные бимолекулярные слои,
стремящиеся замкнуться сами на себя. Биологические мембраны, изолирую-
щие клетку от окружающей среды и создающие внутри самой клетки отсеки,
представляют собой замкнутые на себя бимолекулярные слои, включающие
кроме молекул фосфолипидов молекулы холестерина и гликолипидов.
В настоящее время общепринятой является жидкостно-мозаичная мо-
дель биологических мембран:
1
2
3
1 – фосфолипиды
2 – периферические белки
3 – интегральные белки
Бимолекулярные слои фосфолипидов обладают хорошей изолирующей спо-
собностью. Они практически непроницаемы для полярных молекул. Белки и гли-
колипиды обеспечивают транспорт веществ через мембрану и обмен между клет-
ками химической информацией. Избирательное поступление ионов и полярных
веществ осуществляется через мембрану по специальным каналам. Катионные
каналы
, пропускающие ионы кальция, натрия, калия, имеют диаметр от 5 до 8 нм
и на внутренней поверхности таких каналов сосредоточены отрицательно заря-
женные группы. Различают пассивный (без затрат энергии) и активный (эндерго-
нический процесс) виды транспорта. Факторами, влияющими на интенсивность
пассивного транспорта, являются в основном градиенты концентраций, электри-
ческих потенциалов и гидростатическое давление
на мембране. Среди разновид-
ностей пассивного транспорта различают простую диффузию, протекающую по
одному из указанных градиентов, но с участием белка-переносчика.
Для активного транспорта, идущего против градиента концентрации или элек-
трического потенциала в мембранах существуют ферментативные системы («насо-
сы»). Энергозатраты на активный транспорт восполняются за счет гидролиза АТФ.
Для обмена химической
информацией между клетками на некоторых мем-
бранах имеются рецепторы гормонов – высокоспецифичные центры адсорбции.

Страницы