ЗАНЯТТЯ № 11

1. ТЕМА. Властивості розчинів біополімерів. Ізоелектрична точка білка.

2. ОБГРУНТУВАННЯ ТЕМИ. Без таких високомолекулярних сполук (ВМС) як поліпептиди і білки, полісахариди, нуклеїнові кислоти, неможливо уявити функціонування живої істоти. Ці природні полімери входять до складу дисперсних систем будь-якого організму. Синтез і розклад природних ВМС, утворення з них фізіологічно активних надмолекулярних структур, іх набухання і розчинення – всі ці процеси саме і складають молекулярну основу життя. Біополімери в організмі виконують такі найважливіші функції: каталізують біохіміічні процеси, зберігають і передають генетичну інформацію, виконують захисну, опорну та структурну функції, є резервними поживними речовинами.

Велике значення у медицині та фармації мають штучні та синтетичні полімери. З них виготовляють протези судин, зубів та ясен, замінники тканин кісток, фрагменти штучних шлунків і серцевих стимуляторів. Такі полімери необхідні для виготовлення деталей апаратів “штучна нирка”, “серце – легені”, штучного кровообігу. Деякі крово- та плазмозамінники є полімерними розчинами. Полімери застосовуються для виготовлення сучасних лікарських форм, замінників натуральних речовин тваринного походження, пролонгування дії ліків в організмі.

Отже, без високомолекулярних сполук неможливе як саме життя, так і його корекція та лікування.

3. МЕТА. Сформувати уявлення про особливості утворення та властивості розчинів ВМС, зв¢язок розчинення ВМС з набуханням, вплив різних факторів на процес набухання. Набути практичних навичок у визначення ізоелектричної точки білка.

Студент повинен знати:

- особливості будови високомолекулярних сполук, зокрема, біополімерів;

- особливості утворення, характеристику розчинів ВМС;

- суть набухання та його залежність від різних факторів;

- особливості будови білкових молекул як амфотерних поліелектролітів;

- суть понять ”ізоелектрична точка” (ІЕТ) та “ізоіонна точка” (ІІТ) білків;

- методи визначення ІЕТ білка;

вміти:

- оцінювати заряд білкової молекули в залежності від рН розчину та значення ІЕТ білка;

- готувати буферні розчини з певним значенням рН;

- визначати ІЕТ білка методами набухання та осадження;

оволодіти навичками:

- визначати ІЕТ желатини за мінімумом набухання та максимумом осадження із розчинів.

4. ОСНОВНІ БАЗОВІ ЗНАННЯ, ВМІННЯ І НАВИЧКИ,

НЕОБХІДНІ ДЛЯ ЗАСВОЄННЯ ТЕМИ.

1) Поняття про розчини електролітів, рН.

2) Поняття про високомолекулярні сполуки, біополімери та особливості

їх будови.

(Матеріал шкільної програми з хімії, біології, матеріал попередніх занять).

3) Поняття про буферні розчини.

4) Вміння розраховувати рН буферних розчинів.

(Матеріал попередніх занять)

5. ГРАФ ЛОГІЧНОЇ СТРУКТУРИ.

Високомолекулярні сполуки

Природні ВМС Штучні та синтетичні полімери

Роль біополі- Розчини ВМС Застосування у меди-

мерів у житте- цині і фармації

діяльності

Будова та власти- Набухання ВМС при Осадження ВМС

вості розчинів ВМС контакті з розчинником із розчинів

водовіднімаючими

Розчини білків як амфо- Залежність набухання засобами

терних поліелектролітів. від температури, рН,

ІЕТ білка дії електролітів

Визначення ІЕТ білка методами набухання та осадження

6. ОРІЄНТОВНА КАРТКА ДЛЯ САМОПІДГОТОВКИ ДО ЗАНЯТТЯ

(самостійна позааудиторна робота студентів).

Зміст і послідовність дій	Вказівки до навчальних дій
1. Високомолекулярні сполуки (полімери).	1.1. Природні, штучні та синтетичні полімери. 1.2. Роль біополімерів у життєдіяльності. 1.3. Застосування полімерів у медицині та фармації.
2. Розчини ВМС.	2.1. Будова та властивості розчинів ВМС. 2.2. Розчини поліпептидів та білків як амфотерних електролітів. ІЕТ та ІІТ білка.
3. Набухання ВМС.	3.1. Механізм набухання. Обмежене та необмежене набухання. Ступінь набухання. 3.2. Залежність набухання від температури, рН, природи розчинника і ВМС 3.3. Залежність набухання від електролітного складу розчину. Ліотропні ряди катіонів та аніонів.
4. Осадження ВМС із розчинів водовіднімаючими засобами.
5. Визначення ІЕТ білка.	5.1. Визначення ІЕТ білка методом набухання. 5.2. Визначення ІЕТ білка за максимальним осадженням із розчину.

7. ПИТАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОГО ОПРАЦЮВАННЯ

(самостійна позааудиторна робота студентів).

1) Вибрати ВМС, що є природними полімерами:

1 – глікоген, 2 – поліетилен, 3 – найлон, 4 – карбоксиметилцелюлоза, 5 – ДНК, 6 – крохмаль.

а) 2, 3, 4; б) 4, 5, 6; в) 1, 4, 5; г) 1, 5, 6.

2) Вибрати ознаки, що за сучасними теоретичними поглядами характеризують розчини ВМС:

1 – гомогенні, 2 – гетерогенні, 3 – істинні, 4 – грубодисперсні,

5 – молекулярної будови, 6 – міцелярної будови.

а) 1, 3, 5; б) 2, 4, 6; в) 1, 3,6; г) 2, 4, 5.

3) Вибрати правильне визначення ізоелектричної точки (ІЕТ) білка.

а) це стан макромолекули білка, у якому вона не має зарядів;

б) це значення рН розчину, при якому білкова молекула не має зарядів;

в) це значення рН розчину, при якому сумарний заряд білкової молекули дорівнює нулю;

г) це ступінь полімеризації макромолекули білка, при якому сумарний заряд її заряджених груп дорівнює нулю.

4) Вказати, як зміниться при набуханні об¢єм полімерного зразка та об¢єм системи полімер – розчинник у цілому.

а) об¢єм зразка та об¢єм системи у цілому зменшуються;

б) об¢єм зразка та об¢єм системи у цілому збільшуються;

в) об¢єм зразка збільшується, а об¢єм системи у цілому зменшується

г) об¢єм зразка зменшується, а об¢єм системи в цілому збільшується.

5) Вказати, при яких значеннях рН розчину набухання білка у ньому буде мінімальним.

а) рН > ІЕТ; б) рН < ІЕТ; в) рН = ІЕТ; г) рН = 7.

6) Вказати, при яких значеннях рН розчину при додаванні до нього водовіднімаючого засобу видалення білка з розчину буде максимальним:

а) рН > ІЕТ; б) рН < ІЕТ; в) рН = ІЕТ; г) рН = 7.

7) Вказати причину, з якої на початку набухання спостерігається виділення теплоти:

а) екзотермічна хімічна реакція розчинника з полімером;

б) сольватація молекул полімера молекулами розчинника;

в) руйнування структури полімера під дією молекул розчинника;

г) розрив зв¢язків між молекулами полімера і розчинника.

ПРАВИЛЬНІ ВІДПОВІДІ.

1) Правильна відповідь г).

З цієї групи природними полімерами будуть глікоген, ДНК і крохмаль. Карбоксиметилцелюлоза – це штучний полімер, тобто одержаний хімічною модифікацією природного полімера – целюлози. Поліетилен і найлон – представники синтетичних полімерів (поліетилен – полімеризаційних, а нейлон – поліконденсаційних), одержаних шляхом синтезу і не існуючих у природі.

2) Правильна відповідь а).

З сучасної точки зору, розчини полімерів є переважно гомогенними системами, дисперсну фазу яких складають макромолекули полімерів, що мають великі розміри, але поверхня яких не є поверхнею розділу фаз. Такі розчини відносять до істинних розчинів.

3) Правильна відповідь в).

4) Правильна відповідь в).

При набуханні відбувається проникнення молекул розчинника в структуру полімера, при цьому сам полімер не змінюється за розмірами, а об¢єм всієї системи змінюється не набагато. На другому етапі набухання відбувається помітне збільшення об¢єму полімеру (збільшується вбирання молекул розчинника, зростає відстань між молекулами полімера), а об¢єм системи в цілому помітно зменшується (“контракція”).

5) Правильна відповідь в).

Молекули білка є амфотерними поліелектролітами, які, в залежності від рН, набувають більшої, або меншої кількості додатних (-NH₃⁺) або від¢ємних (-СОО^-) зарядів.

При рН< ІЕТ сумарний заряд білкової молекули буде додатним, а при рН > ІЕТ - від¢ємним. При рН = ІЕТ сумарний заряд всіх заряджених груп у молекулі білка дорівнюватиме нулю. Оскільки заряджена структура краще гідратується, у розчині з рН, що дорівнює ІЕТ, гідратація і, відповідно, набухання, будуть мінімальними.

6) Правильна відповідь в).

При додаванні до розчину білка водовіднімаючих засобів, в першу чергу втрачають розчинність ті молекули, що мають незначний позитивний або негативний заряд. Оскільки при рН = ІЕТ молекула білка знаходиться в ізоелектричному стані, тобто її сумарний заряд дорівнює нулю, розчинність такої молекули у полярному розчиннику (воді) буде мінімальною. Такі молекули першими виділяються із розчину при додаванні водовіднімаючих засобів.

7) Правильна відповідь б).

Першою стадією набухання є сольватація (для води – гідратація) молекулами розчинника окремих фрагментів структури полімеру. Навколо молекул полімеру створюються сольватні (гідратні) оболонки. Це явище супроводжується виділенням теплоти (теплота гідратації). На цьому етапі полімерний зразок, що набухає, не змінюється у розмірах, тобто візуально видимого набухання не спостерігається.

8. ВКАЗІВКИ ДО РОБОТИ СТУДЕНТІВ НА ЗАНЯТТІ.

8.1. Визначення залежності набухання від рН розчину.

Визначення ІЕТ желатини за мінімумом набухання.

Налити у п¢ять пробірок такі об¢єми розчинів СН₃СООН і СН₃СООNa, що забезпечують утворення у кожній пробірці по 10 см³ ацетатного буферного розчину з певним значенням рН (див. таблицю).

У кожну пробірку внести по 0,5 г желатини, перемішати і залишити на 40-50 хв. при періодичному перемішуванні. По закінченню цього терміну виміряти лінійкою висоту шару желатини, що набухла, і визначити рН, що відповідає мінімальному набуханню.

№ п/п	Об¢єм розчину, см^3	рН розчину	Висота шару желатини, см	рН розчину з мінімальним набуханням	ІЕТ
СН3СООН, 0,2 моль/л	CH3COONa, 0,2 моль/л
	9,75	0,25	3,17
	8,90	1,10	3,85
	5,35	4,65	4,70
	1,70	8,30	5,45
	0,25	9,75	6,35

Результати спостережень занести у таблицю. Зробити висновок про залежність набухання від рН.

8.2. Визначення впливу електролітів на набухання.

Налити у чотири пробірки по 10,0 см³ розчинів К₂SO₄, KCl, KBr, KCNS з однаковою молярною концентрацією еквівалента. Додати у кожну пробірку по 0,5 г желатини, перемішати і залишити на 40-50 хв. при періодичному перемішуванні. По закінченню часу витримування виміряти лінійкою висоту шару желатини.

Результати занести у таблицю:

№ пробірки
Електроліти	K2SO4	KCl	KBr	KCNS
Висота шару желатини, см
Послідовність зростання набухання (ряд аніонів)

За місцем аніона у ряду зробити висновок про його вплив на набухання желатини.

8.3. Визначення ізоелектричної точки желатини за максимумом осадження.

Налити у п¢ять пробірок відповідні об¢єми розчинів оцтової кислоти та ацетату натрію, щоб одержати п¢ять буферних розчинів об¢ємом 2 см³ і різним значенням рН (див. таблицю).

У кожну пробірку додати по 0,5 см³ розчину желатини з масовою часткою 1% і перемішати. Потім у кожну пробірку додати (при інтенсивному перемішуванні) по 2 см³ етилового спирту і залишити пробірки на 10 хв. Визначити, у якій пробірці і при якому значенні рН спостерігається найбільша каламутність розчину. Це значення рН і відповідатиме ізоелектричній точці желатини. Результати досліду занести в таблицю:

№ п/п	Об¢єми розчинів, см^3	рН	№ пробірки з максимальною каламутністю	рН розчину з максимальною каламутністю	ІЕТ
СН3СООН (0,2 моль/л)	СН3СООNa (0,2 моль/л)
	9,75	0,25	3,17
	8,90	1,10	3,85
	5,35	4,65	4,70
	1,70	8,30	5,45
	0,25	9,75	6,35

Порівняти значення ІЕТ желатини, визначені за максимумом осадження та за мінімумом набухання.

8.4. Оформлення протоколу лабораторної роботи.

Результати спостережень занести у таблиці, записати висновки.

9. ЛІТЕРАТУРА.

1. Мороз А.С., Луцевич Д.Д., Яворська Л.П. Медична хімія. –В: НОВА КНИГА, 2006,

с. 676-726

2. Медицинская химия: учеб. / В.А. Калибабчук, Л.И. Грищенко, В.И. Галинская и др.; под ред. В.А. Калибабчук. – К.: Медицина, 2008.

3. Садовничая Л.П., Хухрянский В.Г., Цыганенко А.Я.

Биофизическая химия. -Київ: Вища школа, 1986.-С.238-248.

4. Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. Физическая и коллоидная химия.

-М.: Высшая школа, 1975. –С. 196-199, 207-220, 235-239.

Дата добавления: 2015-05-24