Биологическое значение процессов гидролиза.

Биологически активные вещества (белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты) подвергаются гидролизу по месту разрыва связей С-О, О-Р, -СО-NH-. Биологически ценной является реакция гидролиза АТФ. При разрыве каждой макроэргической связи в её молекуле освобождается примерно 50 кДж·моль^-1 энергии, которая расходуется на процессы синтеза, дыхания, мышечного сокращения, поддержания постоянства температуры тела.

В результате гидролиза в биологических жидкостях присутствуют ионы, обеспечивающие быстрое удаление из жидкостей газов (О₂, СО₂, N₂). Процессы гидролиза лежат в основе пищеварения, о-в реакций, действия химиотерапевтических препаратов и буферных систем крови.

Протонная или протолитическая теория кислот и оснований.

Согласно классической теории электролитической диссоциации кислотами являются вещества, диссоциирующие с образованием свободных протонов, а основаниями являются вещества, диссоциирующие с образованием ОН^-.

Эта теория применяется только для характерных электролитов в водных средах, но она не объясняет поведение веществ в неводной среде. Например, NH₄Cl в водном растворе является солью, т.е. гидролизуется, а в растворе жидкого аммиака проявляет свойства кислоты, так как растворяет металлы с выделением газообразного водорода. HNO₃ проявляет свойства основания в безводной серной кислоте. Для объяснения этих фактов в 1923 году Брёнстедом и Лоури была предложена протолитическая теория. Основные положения:

1) Кислотами являются частицы (молекулы или ионы), способные отдавать протон в данной реакции.

2) Основаниями являются частицы, способные принимать протон в данной реакции. Частицы в целом называются протолитами.

3) Соотношения между кислотой и основанием выражаются схемой: кислота«Н⁺+основание. Частицы, отличающиеся по составу только наличием в одной и отсутствием в другой передаваемого протона, называется сопряжённой парой протолитов (NH₄⁺, NH₃; HS^-, H₂S).

4) Чем активнее вещество отдаёт протон, тем более сильной кислотой оно является; чем сильнее связывает протон, тем более сильным основанием выступает вещество. Сильной сопряжённой кислоте соответствует слабое сопряжённое основание и наоборот.

НCl(сильн. кислота) «H⁺+Cl^-(слаб. основание)

CH₃COOH(слаб. кислота)«H⁺+CH₃COO^-(сильн. основание)

5) Различают следующие кислоты-протолиты:

a) нейтральные H₂SO₄«H⁺+HSO₄^-

b)катионные NH₄⁺«NH₃+H⁺

c) анионные HCO₃^-«H⁺+CO₃^2-

6) Выделяют особый класс веществ, способных как отдавать, так и принимать протон. Эти вещества называются амфолиты, например молекула воды: H₂O(кислота)«H⁺+OH^-; Н₂О(основание)+Н⁺«Н₃О^-

Количественно кислотные свойства протолитов оцениваются процессом переноса протона Н⁺ от протолита кислоты к воде, как основанию. Вероятность такого переноса оценивается константой равновесия этого процесса:

Н₃ССООН+Н₂О«Н₃ССОО^-+Н₃О⁺

К_р=([H₃COO^-][H₃O⁺]/([CH₃COOH][H₂O])

К_а=[H₂O]К_р

К_а - это константа кислотности протолита, численно равная произведению молярной концентрации воды на константу равновесия процесса протолитического переноса.

К_а=([CH₃COO^-][H₃O⁺])/[CH₃COOH]

Т.о. чем больше значение константы кислотности, тем больше вероятность формирования протолитического переноса, а значит тем сильнее кислота. На практике чаще используют показатель кислотности протолита:

рК_а=-lgК_а

Пр.: К_а(HCl)=10³

pК_а(HCl)=-lg10³=-3

К_а(CH₃COOH)=1,75·10^-5

pК_а(CH₃COOH)=-lg1,75·10^-5=4,75

Чем меньше значения рК_а, тем сильнее кислота.

Протонная теория позволила объяснить различия в силе минеральных кислот, кислотно-основные свойства органических веществ и механизм действия буферных растворов. Однако, существуют частицы, не содержащие в своём составе подвижных протонов, но проявляющие свойства кислот и оснований. Для объяснения их поведения существует более общая теория.