Факторы устойчивости ВМС

Содержание

Высокомолекулярные соединения (ВМС)

6.1. Физические и химические свойства биополимеров

6.2. Факторы устойчивости ВМС

ВМС - это макромолекулы, которые получаются в результате реакции полимеризации или по­ликонденсации.

К биологическим полимерам относятся белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды и продукты их взаимодействия.

6.1. Физические и химические свойства биополимеров во многом зависят от их структуры.

Структура биополимеров:

1) глобулярная – правозакрученная спираль (α-спираль), которая изогнута таким образом, что в пространстве образуется некая сфера – глобула. Белки хорошо растворимы в воде и солевых растворах, они гидрофильны;

2) фибриллярная - β-структура. Биополимеры, обладающие такой структурой легко представить в виде складчатого листа, они имеют волокнистое строение и не рас­творимы

в воде, т.е. гидрофобны.

Свойства растворов ВМС аналогичны свойствам всех коллоидных растворов, но обла­дают некоторыми особенностями:

1) более высокой вязкостью;

2) набуханием;

3) способностью к желатинированию (гелеобразованию).

Осмотическое давление в растворах ВМС нелинейно зависит от концентра­ции (см. график Р_осм = f (С_ВМС)).

Определяется по уравнению

Р_осм = СRT / M + bc² (уравнение Галлера)

М - молярная масса,

С – весовая концентрация ВМС (г/л),

b - величина, зависящая от природы растворителя.

С помощью этого уравнения на практике определяют молярную массу (М) полимера. Осмотическое давление в биологических жидкостях обусловлено наличием как низкомолекулярных соединений (электролитов и неэлектролитов), так и высокомолекулярных соединений - главным образом, белков. Осмотическое давление крови, которое обуслов­лено наличием высокомолекулярных соединений, называется онкотическим, его величина состав­ляет ≈0,04 атм. Общее осмотическое давление крови 7,7 ± 8,1 атм.

Вязкость растворов ВМС выше, чем у истинных и большей части коллоидных раство­ров. Определяют вязкость вискозиметрическим методом (см. методические указания к курсу).

Различают относительную и удельную вязкости (η – «эта») растворов

η _{раствора} η t

η_отн = ------------------ = ---------- = --------

η _{растворителя} η_о t_o

t - время истечения раствора из вискозиметра

t_o - время истечения из вискозиметра того же объема растворителя.

Вязкость растворов зависит от ряда факторов:

1. форма молекул: для растворов с асимметрической формой молекул вязкость выше;

2. температура: чем выше температура, тем ниже вязкость;

3. концентрация: чем больше концентрация ВМС, тем вязкость больше;

4. кислотность растворов (рН).

Увеличение вязкости с увеличением концентрации принято характеризовать величиной удельной вязкости, которая показывает относительное повышение вязкости раствора:

η _{раствора} - η _{растворителя} η - η_о

η _уд = -------------------------------- = ---------

η _{растворителя} η_о

Удельная вязкость ВМС не прямо пропорциональна концентрации полимера (см. график η _уд = f (С_ВМС)).

Это связано с тем, что удельная вязкость зависит и от его молярной массы, в соответствии с уравнением Штаудингера: η_{уд =} k C M,

С – весовая концентрация, (г/л)

k –постоянная, зависящая от природы полимера.

Желатинирование - процесс превращения раствора ВМС в студень или гель.

Макромолекулы связываются между собой, переплетаются, образуя рыхлую сетку, промежутки которой заполняет растворитель. В результате этого система теряет текучесть и превращается в гель.

На процесс желатинирования оказывают влияние те же самые факторы, что и на вяз­кость растворов.

Набухание - процесс увеличения массы и объёма полимера за счёт избирательного по­глощения растворителя. Процесс набухания характеризуется степенью набухания i.

m –m_o

i = , где m – масса ВМС после набухания; m₀ - масса сухого ВМС.

m_o

1) Гидратная оболочка макромолекулы.

Когда макромолекула белка теряет гидратную оболочку (например, при попадании в спирт), устойчивость макромолекулы резко снижается и она коагулирует.

2) Электрический заряд макромолекулы, который появляется в результате её ионизации: диссоциации карбоксильных групп и ассоциации аминогрупп.

При определённом значении рН степень ионизации обеих групп становится одинаковой и тогда наступает изоэлектрическое состояние макромолекулы (общий молекулы заряд равен 0).

Зна­чение рН, при котором макромолекула находится в изоэлектрическом состоянии, называется изоэлектрической точкой. В изоэлектрическом состоянии макромолекула теряет устойчивость и коагу­лирует, т.е.в изоэлектрической точке самая высокая скорость коагуляции. Кроме того, лишенная заряда, макромолекула ВМС (изоэлектрическое состояние) в электрическом поле будет неподвижной, поэтому в ИЭТ электрофорез ВМС не идет. Чтобы в электрическом поле макромолекула перемещалась к какому-либо из электродов надо изменить рН раствора.

Например, определим, к какому из электродов при электрофорезе будет двигаться макромолекула белка ИЭТ =5,2 при рН =3.

Упражнения для самостоятельной работы:

1. К какому из электродов при электрофорезе будет двигаться макромолекула белка ИЭТ =4,7 при рН =2 и при рН= 7.

2. Определить порог высаливания и коагулирующую силу электролита, если на высаливание 10 мл белка расходуется 15 мл 30% раствора Mg(NO₃)₂ плотностью 1,2 г/мл.

Глава 7

Дата добавления: 2013-12-12