Тема. Драглювання розчинів вмс. Механізм драглювання. Тиксотропія. Синерезис. Біологічна роль драглювання. Висолювання біополімерів із розчинів. Коацервація та її роль у біологічних системах.

 

2. ОБГРУНТУВАННЯ ТЕМИ. Драглювання розчинів високомолекулярних сполук та властивості самих драглів відіграють дуже важливу роль у життєдіяльності організму. Цитоплазму клітини, кришталик ока, шкіру, осеїн кісток можна розглядати як природні драглі. Кісткова та сполучна тканини організму людини з віком поступово втрачають драглеподібні компоненти і збагачуються на мінеральні речовини. Тиксотропія та синерезис – явища, притаманні геле- та драглеподібним структурам, мають місце і у живому організмі. Так, м¢язи тварин внаслідок синерезису та дегідратації з віком стають більш жорсткими та твердими. Утворення пухлин в організмі також пов¢язують з процесами синерезису. До періодичного розподілу речовин та утворення періодичних структур у рослинних та тваринних організмах призводить до зменшення швидкості дифузійних процесів у драглях. У біологічних процесах цитоплазми велике значення має коацервація. Утворенню комплексних коацерватів надається велике значення у теорії виникнення життя на Землі.

Розуміння суті явищ, що відбуваються у розчинах ВМС, гелях та драглях, необхідне для пояснення багатьох біохімічних, фізіологічних процесів, які відбуваються у живому організмі.

 

3. МЕТА. Сформувати уявлення про утворення та властивості драглів, закономірності висолювання біополімерів із розчинів та суть і значення коацервації для біологічних систем.

Студент повинен знати:

- механізм драглювання та фактори, що впливають на драглювання;

- властивості драглів: тиксотропія, синерезис, зменшення швидкості дифузійних процесів;

- біологічну роль драглювання;

- суть та біологічне значення коацервації;

- закономірності висолювання біополімерів із розчинів;

- відмінність процесів коагуляції, висолювання, денатурації, коацервації.

ОРІЄНТОВНА КАРТКА ДЛЯ САМОСТІЙНОГО ОПРАЦЮВАННЯ.

Зміст і послідовність дій	Вказівки до навчальних дій
1. Драглювання розчинів ВМС.	1.1. Механізм утворення драглів. 1.2. Вплив різних факторів на процес драглювання. 1.3. Тиксотропія – оборотне ізотермічне розрідження-драглювання. 1.4. Синерезис та його значення для біологічних систем. 1.5. Дифузія у драглях. Утворення періодичних структур. 1.6. Біологічна роль драглів.
2. Коацервація.	2.1. Суть коацервації у розчинах ВМС. 2.2. Комплексна коацервація. Біологічне значення коацервації.
3. Висолювання біополімерів із розчинів.	3.1. Механізм висолювання біополімерів електролітами. 3.2. Ліотропні ряди йонів при висолюванні. 3.3. Відмінність процесів коагуляції та висолювання.

ПИТАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОГО ОПРАЦЮВАННЯ.

 

1) Вибрати правильну характеристику агрегатного стану драглів:

а) це в¢язкотекуча рідина, що зменшує в¢язкість при нагріванні і приймає форму посудини;

б) це рідина, концентрація якої змінюється при нагріванні і яка не має власної форми;

в) це колоїдна система з підвищеною в¢язкістю і відсутністю власної форми;

г) це нетекуча система, що може мати власну форму при низьких температурах.

 

2) Вказати основну причину драглювання:

а) утворення просторової структури з розчинних молекул ВМС за рахунок міжмолекулярних зв¢язків;

б) виділення розчинних молекул ВМС в окрему фазу;

в) включення більшої кількості молекул розчинника у гідратну оболонку молекул ВМС з втратою їх рухливості;

г) хімічна взаємодія розчинених молекул ВМС між собою з утворенням нової необоротної структури.

 

3) Вибрати фактори, які впливають на драглювання:

1 – форма і розміри молекул ВМС, 2 – концентрація молекул ВМС,

3 - температура, 4 – рН системи, 5 – електролітний склад системи; 6 – час.

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

 

4) вказати, як впливає величина рН на драглювання розчинів білків:

а) драглювання краще відбувається при значеннях рН, які менші ІЕТ білка;

б) драглювання краще відбувається при значеннях рН, які більші ІЕТ білка;

в) драглювання краще відбувається при значенні рН, що відповідає ІЕТ білка;

г) драглювання розчинів білків не залежить від співвідношення величини рН і ІЕТ білка.

 

5) Вибрати ознаки, що характеризують явище переходу драглів у колоїд-

ний розчин або розчин ВМС під дією механічного втручання:

1 – ізотермічне; 2 – екзотермічне; 3 – ендотермічне;

4 – оборотне; 5 – необоротне.

а) 1, 5; б) 1, 4; в) 2, 4; г) 3, 5.

 

6) Білки, молекулярні маси яких співвідносяться як М_А > М_В > М_С, висолюють із розчину. Вказати порядок одержання білкових фракцій.

 

а) А > В > С; б) С > В > А; в) В > А > С; г) залежності немає.

 

ПРАВИЛЬНІ ВІДПОВІДІ.

1) Правильна відповідь г).

Драглі – це нетекучі системи, що можуть мати власну форму і за деякими ознаками нагадують тверді тіла. При нагріванні вони поступово розм¢якшуються, переходять у в¢язкотекучий стан, а при подальшому нагріванні можуть перетворитися на рідкі речовини. При охолодженні такої рідкої речовини спостерігається зворотний процес утворення нетекучої системи.

2) Правильна відповідь а).

Драглювання базується на міжмолекулярній взаємодії розчинених молекул ВМС з утворенням просторової структури. Основним видом взаємодії при структуруванні вважається гідрофобна взаємодія, але можуть виникати і водневі, іонні та навіть ковалентні зв¢язки.

Ступінь структурування та вид зв¢язків, що утворюються між макромолекулами, залежать від природи і концентрації ВМС та температури.

Дисперсійне середовище (розчинник) знаходиться всередині такої просторової структури ВМС, а сама система нагадує тверде тіло.

3) Правильна відповідь г).

Процес драглювання залежить від природи, розмірів і форми молекул ВМС, їх концентрації, температури і часу, рН розчину та наявності у ньому електролітів.

4) Правильна відповідь в).

Процес драглювання розчинів білків залежить від співвідношення рН розчину та ІЕТ даного білка. Найкраще драглювання відбувається при рН, що дорівнює ІЕТ, тому що при такому рН молекули білка знаходяться в ізоелектричному стані, тобто сумарний заряд молекул дорівнює нулю. Такий стан молекул сприяє утворенню між ними гідрофобних взаємодій, водневих зв¢язків, не відбувається електростатичного відштовхування молекул.

5) Правильна відповідь б).

Під впливом механічної дії (механічного втручання) драглі здатні розріджуватися, а при припиненні дії знову утворювати драглі. Цей процес є ізотермічним і оборотним. Називається він тиксотропією. Здатність струк-турованої системи навіть під дією механічного навантаження переходити у неструктуровану є доказом того, що утворення структури при драглюванні забезпечується, в першу чергу, силами міжмолекулярної взаємодії.

6) Правильна відповідь а).

Висолювання білків із розчинів залежить від середньої молекулярної маси молекул білка. Розчин суміші білків містить фракції (групи) молекул різної середньої молекулярної маси. Першими висолюються молекули білка з більшою молекулярною масою, а для висолювання більш легких фракцій білкових молекул треба застосувати розчини солей більшої концентрації. Так, альбуміни сироватки крові утворюють осад у насиченому розчині сульфату амонію, а глобуліни – у напівнасиченому розчині.

 

ПИТАННЯ ДЛЯ КОНТРОЛЮ ЗНАНЬ.

1) Пояснити суть явища синерезису, вказати на його прояви у живих організмах.

2) Вказати особливості процесу дифузії у драглях.

Що таке періодичні структури?

3) Пояснити суть явища коацервації у розчинах ВМС.

Яке біологічне значення має комплексна коацервація?

4) Пояснити, чим за механізмом відрізняється висолювання біополімерів від коагуляції гідрофобних колоїдів розчинами електролітів.

5) Пояснити, на чому базується утворення ліотропних рядів йонів при висолюванні.

ЛІТЕРАТУРА.

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

с. 724-727.

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.248-251, 254-257.

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

-М.: Высшая школа, 1975. –С. 207-214, 229-235, 239-242.

1. ТЕМА. Аномальна в¢язкість розчинів ВМС. В¢язкість крові.

2. ОБГРУНТУВАННЯ ТЕМИ. Розчини ВМС за характером текучості значною мірою відрізняються від розчинів низькомолекулярних сполук. Вони характеризуються аномальною в¢язкістю, яка залежить від концентрації, природи і форми молекул ВМС. Біологічні рідини, зокрема кров, що містять різні білкові молекули, також мають аномальний характер текучості. Співставлення реологічних властивостей крові у нормі та патології дозволяє одержати додаткову інформацію про перебіг і тяжкість захворювання. Знання закономірностей текучості ньютонівських та неньютонівських рідин дозволяє пояснити зв¢язок гіпертонії зі зменшенням радіусу капілярних судин, визначити ізоелектричну точку білка за залежністю в¢язкості його розчину від рН.

 

3. МЕТА. Сформувати уявлення про характер текучості рідин, аномальну в¢язкість розчинів ВМС та біологічних рідин, значення реологічних характеристик крові для діагностики та лікування.

Студент повинен знати:

- особливості ламінарного та турбулентного потоків рідини при текучості;

- особливості текучості розчинів ВМС;

- причини аномальної в¢язкості розчинів ВМС;

- залежність в¢язкості розчинів білків від рН;

- значення реологічних властивостей крові для медицини;

вміти:

- оцінювати взаємне співвідношення кількісних параметрів процесу текучості рідин за рівнянням Пуазейля.