Lenindzher Основы биохимии т.1 (1128695), страница 21
Текст из файла (страница 21)
4-7), Мицеллы могут солержать сотни или даже тысячи молекул мыла. Такие мицеллы остаются равномерно суспендированными в воде, так как все онн несут отрицательный заряд и потому стремятся оттолкнуться друг от друга. Мыльная вода обычно бывает мутной, потому что мицеллы имеют довольно большие размеры и рассеивают свет. Характерное расположение неполярных групп в таких мицеллах обусловлено стремлением окружающих мицеплу молекул воды образовывать водородные связи друг с другом и связываться с гидрофильными карбоксильными группами, вынуждая тем самым углеводоролные цепи перемешаться внутрь мнцеллы, где они не могут контактировать с водой. Молекулам воды «нравятся» другие молекулы воды и карбоксильные группы болыпе, чем углеводородные цепи, которые не способны образовывать водородных связей. Мы используем термин гидрофабное взаимодействие дпя обозначения процесса объединения гидрофобньгх участков амфипатнческих молекул внутри таких мицелл, однако на самом леле речь идет о стремлении молекул воды, окружающих мицеллу, образовать как можно больше водородных связей друг с другом; именно это стремле- Ряс.
4-7. Обрвзаввяве мяпеллы мыла в воле. Непслярвые хвссгы молекул алеете натрию скрыл ы внутри мвпеллы, тогда квк агряпвхель- на зврклекные кврбаксплыгые группы ввходлз- сл пв паверхносгв мвпеллы. Число ионов Нв+ в валкой фазе равна чехлу сзрвггехельньи заря- дов пе мпяелле, твк чга в целом раствор влек гралейтрвлев. ГЛ. 4. ВОЛА Полупроннцннмви мембрани А ние и служит движущей силой образования мнцелл и причиной их се абнльности.
Многие компоненты живых клеток, например фосфолициды 1гл. 12), белки (гл. 8) и нуклеиновые кислоты (гл. 27), обладают амфипатическими свойствами и стремятся образовать в водных растворах структуры, в которых неполярные. гилрофобные, участки изолированы от водной фазы. Более того, как мы увидим ниже (гл, 12), именно мицеллярная организация амфипатических липндных молекул составляет «основу» биологических мембран. Водные растворы обладают четырьмя важными свойствами, известными под названием кол.гигативньгх свойств, в основе которых лежит изменение физической константы воды под влиянием растворенных в ней веществ. К этим свойствам относятся: !) температура замерзания, 2) температура кипения, 3) давление пара и 4) осмотическое давление.
Слово «коллигативный» означает «взаимосвязанный». Коллигативные свойства растворов- это свойства, имеющие общую основу н изменяющиеся под влиянием растворенных веществ так, что эти изменения можно заранее предсказать. Раствор 1,00 моля любого идеального нелетучего вещества в 1000 г воды (или каког о-либо другог о растворителя) называется,иоллльны и (! пу) раствором. В таВодный раствор нещостна, не проникающего через нииаол1ую ком растворе влияние растворенного вещества проявляется в том, что при давлении 760 мм рт. ст. температура замерзания волы (О'С в случае чистой воды) снижается до — 1,86 С, температура кипения (обычно 100'С) повышается до 100,543"С, н осмотическое давление, измеряемое прн помощи специальной аппаратуры (рис.
4-8), достигает 22,4 атм. Идеальным растворенным веществом называегся такое вещество, которое не диссоциирует на две или более составные части и ие претерпевает ассоциации, приводящей к уменьшению обгцего числа растворенных частиц. Коллигативные свойствазависят только от числа растворенных частиц в единице объема растворителя и не зависят от их химического строения.
Это объясняется тем, что один моль любого неионизнрованного со- Рис. 4-8. Оемое и оемогичеекое давление. А. по- ходное состояние. Вода перетекает из внешнего прог гре негев через мембрану внутрь реегворв, егремяеь выравнять конненгркпии воды по обе стороны мембраны. Д Конечное еоез ояние. Во- ле проиикпв в раствор вешеегве, молекулы кото- рого неспособны проходить сквозь мембрану, в резульгеш чего произошло разбавление раствора.
В состоянии равновесия давление еголбв раствора, имеющего высоту И, точно уравновешивает оемогичеекое давление. харак- теризующее стремление воды перегеквгь в зону с более низкой ее кон«вихре«ней. В Оемотиче- екое дввление зго сила, когоруго необходимо приложить к поршню, чтобы прелогвретнгь не- правленнЫЙ в противоположную сгорону помо- г ичегкии ток жидкооги Оно численно равно ги- дро«ге гич в«кому давлению столба жидкости высотой И. ЧАСТЬ Ь БИОМОЛЕКУЛЫ единения содержит строго определенное число (6,02-10") молекул (число Авогадро). Отсюда следует, что 1ш растворы глицерина (мол.
масса 92) и глюкозы [мол. масса 180) должны иметь одинаковые температуры замерзания ( — 1,86'С), температуры кипения (100,543" С) и осмотические давления (22,4 атм), поскольку оба этих раствора содержат одно и то же число молекул в! 000 г (1 л) воды. Темпера~ура замерзания О,!00 гп раствора глюкозы должна быть в 10 раз меньше, чем температура замерзания 1,0 т раствора, т.е.— 0,186"С, так как число молекул в этом растворе (на 1 л воды) в 10 раз меньше, чем в !т растворе. О,!00 гп раствор )ЧаС1, в котором все молекулы полностью диссоциированы на ионы )Ча+ и С1, должен замерзать при — 0,372' С, поскольку число частиц растворенного в нем вешества (на ! л воды) в лва раза больше, чем в О, ! 00 т растворе глюкозы.
Все эти правила, позволяющие предвидеть коллигатнвные свойства и предсказывать численные значения соответствующих констант, точно соблюдаются только в случае разбавленных водных растворов. Рассмотренная выше способность волы изменять свои свойства под влиянием растворенных в ней веществ имеет очень важное биологическое значение. Она позволяет, например, пресноволным рыбам сохранять активность в воде при температуре ее замерзания, так как обшая концентрация всех растворенных вешеств в крови рыб достаточно высока, чтобы температура ее замерзания оказалась ниже температуры замерзания волы.
Кроме того, благодаря наличию в крови растворенных вешеств, в частности белков, не способных проходить сквозь капиллярные мембраны, в крови создается более высокое осмотическое давление. чем в межклеточной жидкости. В результате вода диффундирует из межклеточной жидкости в кровеносные капилляры, что способствует заполнению сосудистой системы н предохраняет ее от коллапса.
Другая причина, по которой растворенные вещества влияют на свойства воды, состоит в том, что эти вешества стремятся разрушить водородные связи между молекулами воды. Присутствие в воде веществ ионной природы, таких, как (ЧаС1, приводит к заметному изменению структуры жидкой воды. Это обусловлено тем, что каждый ион (в частности, ионы Ха' и С) ) окружен гидратной оболочкой, состоящей из дипольных молекул воды, причем геометрия и свойства таких гидратнрованных ионов несколько отличаются от геометрии и свойств ассоцнатов (кластеров), образуемьгх молекулами воды за счет водородных связей; гидратированные ионы имеют более упорядоченную и более регулярную структуру.
Таким образом. растворенные соли стрем1пся разрушить нормальную структуру жидкой воды и изменить ее свойства как растворителя. Ниже мы увидим, по растворимость белков резко уменьшается прн повышении концентрации нейтральных солей. например ХаС(, )Чаэс, и ((Ч НА)за,, изменяющих свойства воды и снижающих ее способность растворять белки.
Такое влияние растворснных нейтральных солей может быль использовано для разделения смеси белков, поскольку многие белки различаются по своей способности осажлаться из солевых растворов. 4.5. Состояние равновесии обратимых реакций характеризуется константой равновесии Молекулы воды обладают слабо выраженной способностью к обратимой ионизация, в процессе которой они распадаются на ионы водорода (Н ) и ионы гндроксила (ОН );при этом между недиссоциированными молекулами н ионами устанавливается равновесие: НΠ— Н' + ОН . (1) Поскольку обратимая ионизация воды имеет очень важное значение для понимания свойств и роли воЛы в функционировании живой клетки, мы должны распс лагать способом выражения степени ее ионизация в количественных терминах.
Рассмотрим кратко некоторые обшне свойства обратимых реакций. Состояние равновесия любой химической реакции характеризуется конспсасслсой равновесия. Выражение константы равновесия лля обшей реакции А+ В С+ О (2) легко можно получить исходя из закона действующих масс. Согласно этому закону, химическая реакция, описываемая уравнением (2), будет протекать слева направо, пока не установится новое состояние равновесия, если мы увеличим концентрацию одного из реагирующих веществ (А или В) либо концентрации обоих этих весцеств. И наоборот, увеличение концентрации веществ С или О либо одновременное увеличение концентраций обоих этих веществ приведет к тому, что данная реакция будет идти справа налево до достижения нового равновесия. Этому принципу можно дать также более количественную формулировку.
Скорость примой реакции со протекающей слева направо, пропорциональна произведению активньп концентраций реагирующих веществ А н В: ес = асс (А) (В), где й, — константа пропорциональности, а квалратные скобки означают молярную концентрацию. Скорость обратной реакпии, и„протекающей справа налево, равна соответственно и2 (сз с.Сэ Рэ ' Поскольку равновесие определяется как состояние, при котором скорости прямой и обратной реакции равны. при равновесии должно соблюдаться равенство С'2 н, следовательно: й, ~А~ (В1 = й, (С1 (О1.
Преобразование этого выражения дает ИР) «2 (А1 (В) Отношение двух констант скоросс и— )с.в„ может быть заменено одной новой кон- стантой, а именно константой равнове- сия Кщ. равной (Штрих означает, что величина константы равновесия выражает отношение малярных (а не весовых или объемных) концентраций исходных реагирующих веществ и продуктов реакциис) Константа равновесия..это постоянная величина, являющаяся количественной характеристикой любой химической реакции, протекающей при определенной температуре.
Она позволяет вычислить состав равновесной смеси лля данной реакции независимо от количеств исходных веществ и образующихся продуктов. И наоборот, если известны концентрации всех исходных реагентов и конечных продуктов в состоянии равновесия, то лля данной реакции. протекающей при известной температуре, легко можно вычислить величину константы равновесия. 4.6. Ионнзацню воды можно охарактеризовать величиной константы равновесна Перейдем теперь от общих рассуждений к рассмотрению интересующего нас процесса ионнзапни воды и попытаемся описать его в количественных терминах. Этот обратимый процесс приводит, как указывщсось выше, к образованию водородных н гнлроксильньп ионов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
