Контрольная работа по "Биохимии"

Министерство сельского  хозяйства Российской Федерации  ФГУ ВПО Уральская государственная  сельскохозяйственная академия.

 

 

 

 

Контрольная работа: Биохимии.

 

 

 

Заочная форма  обучения.

Специальность: Ветеринария 3-й курс.

Студента:

Шифр:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г. Екатеринбург 2010г.

1. Осмос. Осмотическое  давление.

О́смос (от греч. ὄσμος «толчок, давление») — процесс диффузии растворителя из менее концентрированного раствора в более концентрированный раствор.

 Впервые осмос наблюдал А.  Нолле в 1748, однако исследование этого явления было начато спустя столетие.

 

 

Рис. 1. Осмос через полупроницаемую мембрану. Частицы растворителя (синие) способны пересекать мембрану, частицы растворённого вещества (красные) — нет.

 

Явление осмоса наблюдается  в тех средах, где подвижность  растворителя больше подвижности растворённых веществ. Важным частным случаем  осмоса является осмос через полупроницаемую  мембрану. Полупроницаемыми называют мембраны, которые имеют достаточно высокую проницаемость не для  всех, а лишь для некоторых веществ, в частности, для растворителя. (Подвижность  растворённых веществ в мембране стремится к нулю). Если такая  мембрана разделяет раствор и  чистый растворитель, то концентрация растворителя в растворе оказывается  менее высокой, поскольку там  часть его молекул замещена на молекулы растворенного вещества (см. Рис. 1). Вследствие этого, переходы частиц растворителя из отдела, содержащего чистый растворитель, в раствор будут происходить чаще, чем в противоположном направлении. Соответственно, объём раствора будет увеличиваться (а концентрация уменьшаться), тогда как объём растворителя будет соответственно уменьшаться.

Например, к яичной скорлупе с внутренней стороны прилегает  полупроницаемая мембрана: она пропускает молекулы воды и задерживает молекулы сахара. Если такой мембраной разделить  растворы сахара с концентрацией 5 и 10 % соответственно, то через нее  в обоих направлениях будут проходить  только молекулы воды. В результате в более разбавленном растворе концентрация сахара повысится, а в более концентрированном, наоборот, понизится. Когда концентрация сахара в обоих растворах станет одинаковой, наступит равновесие. Растворы, достигшие равновесия, называются изотоническими.

Осмос, направленный внутрь ограниченного объёма жидкости, называется эндосмосом, наружу — экзосмосом. Перенос  растворителя через мембрану обусловлен осмотическим давлением. Оно равно  избыточному внешнему давлению, которое  следует приложить со стороны  раствора, чтобы прекратить процесс, то есть создать условия осмотического  равновесия. Превышение избыточного  давления над осмотическим может привести к обращению осмоса — обратной диффузии растворителя.

В случаях, когда мембрана проницаема не только для растворителя, но и для некоторых растворённых веществ, перенос последних из раствора в растворитель позволяет осуществить  диализ, применяемый как способ очистки  полимеров и коллоидных систем от низкомолекулярных примесей, например электролитов.

Осмотическое  давление

Осмотическое давление (обозначается π) — избыточное гидростатическое давление на раствор, отделённый от чистого растворителя полупроницаемой мембраной, при  котором прекращается диффузия растворителя через мембрану. Это давление стремится  уравнять концентрации обоих растворов  вследствие встречной диффузии молекул  растворённого вещества и растворителя.

 

Раствор, имеющий более  высокое осмотическое давление по сравнению  с другим раствором, называется гипертоническим, имеющий более низкое — гипотоническим.

 

Осмотическое давление может быть весьма значительным. В дереве, например, под действием осмотического  давления растительный сок (вода с растворёнными  в ней минеральными веществами) поднимается  по ксилеме от корней до самой верхушки. Одни только капиллярные явления  не способны создать достаточную  подъёмную силу — например, секвойям требуется доставлять раствор на высоту даже до 100 метров. При этом в  дереве движение концентрированного раствора, каким является растительный сок, ничем  не ограничено.

 

Взаимодействие  эритроцитов с растворами в зависимости  от их осмотического давления.

 

Если же подобный раствор  находится в замкнутом пространстве, например, в клетке крови, то осмотическое давление может привести к разрыву  клеточной мембраны. Именно по этой причине лекарства, предназначенные  для введения в кровь, растворяют в изотоническом растворе, содержащем столько хлорида натрия (поваренной соли), сколько нужно, чтобы уравновесить создаваемое клеточной жидкостью  осмотическое давление. Если бы вводимые лекарственные препараты были изготовлены  на воде или очень сильно разбавленном (гипотоническом по отношению к цитоплазме) растворе, осмотическое давление, заставляя  воду проникать в клетки крови, приводило  бы к их разрыву. Если же ввести в  кровь слишком концентрированный  раствор хлорида натрия (3-5-10 %, гипертонические  растворы), то вода из клеток будет выходить наружу, и они сожмутся. В случае растительных клеток происходит отрыв протопласта от клеточной оболочки, что называется плазмолизом. Обратный же процесс, происходящий при помещении сжавшихся клеток в более разбавленный раствор, — соответственно, деплазмолизом.

 

Величина осмотического  давления, создаваемая раствором, зависит  от количества, а не от химической природы  растворенных в нём веществ (или  ионов, если молекулы вещества диссоциируют), следовательно, осмотическое давление является коллигативным свойством раствора. Чем больше концентрация вещества в растворе, тем больше создаваемое им осмотическое давление. Это правило, носящее название закона осмотического давления, выражается простой формулой, очень похожей на некий закон идеального газа: ,

 

где i — изотонический коэффициент раствора; C — молярная концентрация раствора, выраженная через комбинацию основных единиц СИ, то есть, в моль/м3, а не в привычных моль/л; R — универсальная газовая постоянная; T — термодинамическая температура раствора.

 

Это показыввает также схожесть свойств частиц растворённого вещества в вязкой среде растворителя с частицами идеального газа в воздухе. Правомерность этой точки зрения подтверждают опыты Ж. Б. Перрена (1906): распределение частичек эмульсии смолы гуммигута в толще воды в общем подчинялось закону Больцмана.

 

Осмотическое давление, которое  зависит от содержания в растворе белков, называется онкотическим (0,03 — 0,04 атм.). При длительном голодании, болезни почек концентрация белков в крови уменьшается, онкотическое давление в крови снижается и возникают онкотические отёки: вода переходит из сосудов в ткани, где πОНК больше. При гнойных процессах πОНК в очаге воспаления возрастает в 2-3 раза, так как увеличивается число частиц из-за разрушения белков. В организме осмотическое давление должно быть постоянным (≈ 7,7 атм.). Поэтому пациентам вводят изотонические растворы (растворы, осмотическое давление которых равно πПЛАЗМЫ ≈ 7,7 атм. (0,9 % NaCl — физиологический раствор, 5 % раствор глюкозы). Гипертонические растворы, у которых π больше, чем πПЛАЗМЫ, применяются в медицине для очистки ран от гноя (10 % NaCl), для удаления аллергических отёков (10 % CaCl₂, 20 % глюкоза), в качестве слабительных лекарств (Na₂SO₄∙10H₂O, MgSO₄∙7H₂O).

 

Закон осмотического давления можно использовать для расчёта  молекулярной массы данного вещества (при известных дополнительных данных).

 

 

Задача:

 

П= 0,3*8,31*

 

2. Буферные растворы

 

Буферные растворы — растворы с определенной концентрацией водородных ионов, содержащие сопряженную кислотно-основную пару, обеспечивающую устойчивость величины их водородного показателя при незначительных изменениях концентрации либо при добавлении небольшого количества кислоты или  щелочи.

Кислотно-основная пара Б. р. представляет собой слабую кислоту  и ее соль, образованную сильным  основанием (например, уксусная кислота  СН3СООН и ацетат натрия CH3COONa) или  слабое основание и его соль, образованную сильной кислотой (например, гидроокись аммония NH4OH и хлористый аммоний NH4CI). При разведении раствора или  добавлении к нему некоторого количества кислоты или щелочи кислотно-основная пара способна соответственно быть донором  либо акцептором водородных ионов, поддерживая  т.о. величину водородного показателя на относительно постоянном уровне.

Буферные растворы сохраняют  устойчивость буферных свойств в  определенном интервале значений рН, то есть обладают определенной буферной емкостью. За единицу буферной емкости условно принимают емкость такого буферного раствора, для изменения рН которого на единицу требуется добавить 1 моль сильной кислоты или сильной щелочи на 1 л раствора. Буферная емкость находится в прямой зависимости от концентрации Б. р.: чем концентрированнее раствор, тем больше его буферная емкость; разведение Б. р. сильно уменьшает буферную емкость и лишь незначительно изменяет рН. Значение pH буферного раствора можно рассчитать по формуле: , где pK это показатель константы диссоциации кислоты HA.

Тканевая жидкость, кровь, моча и другие биологические жидкости являются буферными растворами. Благодаря  действию их буферных систем поддерживается относительное постоянство водородного  показателя внутренней среды, обеспечивающее полноценность метаболических процессов (см. Гомеостаз). Наиболее важной буферной системой является бикарбонатная система крови. Концентрация в крови бикарбонатов служит одним из основных показателей кислотно-щелочного состояния организма. Этот показатель позволяет установить характер нарушения кислотно-щелочного равновесия при ряде патологических процессов.

В лабораторной практике Б. р. используют в тех случаях, когда  то или иное исследование может быть проведено лишь при постоянном значении рН (например, определение активности ферментов, изучение кинетики ферментативных реакций, электрофоретическое разделение белковых смесей и др.) и в качестве стандартов при определении рН различных растворов, в т.ч. биологических жидкостей.

Буферные растворы готовят  обычно путем растворения в воде взятых в соответствующих пропорциях слабой кислоты и ее соли, образованной щелочным металлом, частичной нейтрализации слабой кислоты сильной щелочью или слабого основания сильной кислотой, растворения смеси солей многоосновной кислоты.

Ацетат  буферной системы

ацетатной буферной системы СН₃СОО^-/СН₃СООН, в основе действия которой лежит кислотно-основное равновесие:

СН₃СООН          Û           СН₃СОО^-          +          Н⁺;                      (рК_а = 4, 8)

     Главный источник  ацетат-ионов – сильный электролит СН₃СООNa:

СН₃СООNa          ®          СН₃СОО^-          +          Na⁺

     При добавлении  сильной кислоты сопряженное  основание СН₃СОО^- связывает добавочные ионы Н⁺, превращаясь в слабую уксусную кислоту:

СН₃СОО^-          +          Н⁺            Û                СН₃СООН

(кислотно-основное  равновесие смещается влево, по  Ле Шателье)

     Уменьшение  концентрации анионов СН₃СОО^- точно уравновешивается повышение концентрации молекул СН₃СООН. В результате происходит небольшое изменение в соотношении концентраций слабой кислоты и ее соли, а следовательно, и незначительно изменяется рН.

     При  добавлении щелочи протоны уксусной  кислоты (резервная кислотность)  высвобождаются и нейтрализуются  добавочные ионы ОН^-, связывая их в молекулы воды:

СН₃СООН          +          ОН^-          Û           СН₃СОО^-          +           Н₂О

(кислотно-основное  равновесие смещается вправо, по  Ле Шателье)

В этом случае также  происходит небольшое изменение  в соотношении концентраций слабой кислоты и ее соли, а следовательно, и незначительное изменение рН. Уменьшение концентрации слабой кислоты СН₃СООН точно уравновешивается повышение концентрации анионов СН₃СОО^-.

     Таким  образом, рассмотренная система  показывают, что буферное действие раствора обусловлено смещением кислотно-основного равновесия за счет связывания добавляемых в раствор ионов Н⁺ и ОН^- в результате реакции этих ионов и компонентов буферной системы с образованием малодиссоциированных продуктов.

3. Элементарный состав белков.

 Белки (протеины) – высоко молекулярные, азотосодержащие природные органические вещества, молекулы которых построены из аминокислот.

В составе белков участвуют 20 аминокислот. Каждый белок характеризуется  их определенным набором и количественным соотношением. Элементарный состав белков следующий: углерода — 50—55%, кислорода—21 — 24%, азота—15—19%, водорода — 6—7%, серы — 0,3—2,5%.

Строение  белков: 

Выделяют первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуру  белков.

• Первичная структура: определяется порядком чередования аминокислот в полипептидной цепи. 20 разных аминокислот можно уподобить 20 буквам химического алфавита, из которых составлены «слова» длиной в 300 – 500 букв. С помощью 20 букв можно написать бесконечное множество таких длинных слов. Известно, что замена даже одного аминокислотного звена другим в белковой молекуле изменяет ее свойства. В каждой клетке содержится несколько тысяч разных видов белковых молекул, и для каждого из них характерна  строго определенная последовательность аминокислот. Именно порядок чередования аминокислот в данной белковой молекуле определяет ее особые физико-химические и биологические свойства.
• Вторичная структура: в живой клетке многие молекулы белков или их отдельные участки представляют собой не вытянутую нить, а спираль с одинаковыми расстояниями между витками. Спираль обычно свернута в клубок. Этот клубок образован закономерным переплетением участков белковой цепи.

Положительные и отрицательно заряженные R-группы аминокислот притягиваются и сближают даже далеко отстоящие друг от друга участки белковой цепи. Сближаются и другие участки белковой молекулы, несущие, например «водоотталкивающие» радикалы.

• Третичная структура: в результате взаимодействия различных остатков аминокислот спирализованная молекула белка образует клубок – третичную структуру. Для каждого вида белка характерна своя форма клубка с изгибами и петлями. Третичная структура зависит от первичной, т. е. от порядка расположения аминокислот в цепи.
• Четвертичная структура: некоторые белки, например гемоглобин, состоят из нескольких цепей, различающихся по первичной структуре. Объединяясь вместе они создают сложный белок, который обладает не только третичной, но и четвертичной структурой.