Высокомолекулярные вещества

Содержание

Слайд 2

Медико-билогическое значение темы

Медико-билогическое значение темы

Слайд 3

Медико-билогическое значение темы

Медико-билогическое значение темы

Слайд 4

Основные понятия. Классификация Размеры молекул ВМВ в вытянутом состоянии могут достигать

Основные понятия. Классификация

Размеры молекул ВМВ в вытянутом состоянии могут достигать

1000 нм.
Высокомолекулярные вещества (полимеры) (греч. πολύ- – много; μέρος – часть) – это вещества с молекулярной массой от десяти тысяч до нескольких миллионов единиц.
Слайд 5

Классификация ВМВ Природные Искусственные Синтетические Синтетические (каучук, полиэтилен, синтетические смолы) и

Классификация ВМВ

Природные
Искусственные
Синтетические

Синтетические (каучук, полиэтилен, синтетические смолы) и искусственные ВМВ

получаются в результате химического синтеза.
При этом искусственные ВМВ изготавливают на основе природных ВМВ с заранее заданными свойствами.

По происхождению:

Слайд 6

В качестве исходных веществ для получения полимеров используют низкомолекулярные, ненасыщенные или

В качестве исходных веществ для получения полимеров используют низкомолекулярные, ненасыщенные

или полифункциональные соединения – мономеры.
Методы синтеза основаны на реакциях полимеризации, поликонденсации и сополимеризации.

Основные понятия. Классификация

Слайд 7

Степенью полимеризации n называется число повторяющихся звеньев в макромолекуле. Любой синтетический

Степенью полимеризации n называется число повторяющихся звеньев в макромолекуле.

Любой синтетический полимер состоит из макромолекул разной степени полимеризации и характеризуется полидисперсностью.

Основные понятия. Классификация

Слайд 8

линейное разветвленное пространственное (сшитое) Строение полимеров Основные понятия. Классификация

линейное

разветвленное

пространственное
(сшитое)

Строение полимеров

Основные понятия. Классификация

Слайд 9

Например, целлюлоза (растительный полисахарид) – имеет линейную структуру, гликоген (животный полисахарид)

Например,
целлюлоза (растительный полисахарид) – имеет линейную структуру,
гликоген (животный полисахарид)

– имеет разветвленную структуру,
фенопласты – имеет пространственную сетчатую структуру.

В животном организме присутствуют в основном плохорастворимые полимеры разветвленной и пространственной структур!

Основные понятия. Классификация

Слайд 10

По способности к электролитической диссоциации ВМВ делятся на: неэлектролиты, полиэлектролиты. Полиэлектролиты

По способности к электролитической диссоциации ВМВ делятся на:

неэлектролиты,
полиэлектролиты.

Полиэлектролиты подразделяются на поликислоты, полиоснования и полиамфолиты.

Основные понятия. Классификация

Слайд 11

Из-за электрического заряда белки разделяются на фракции при электрофорезе. Это можно


Из-за электрического заряда белки разделяются на фракции при электрофорезе.

Это можно использовать в диагностических целях.

Основные понятия. Классификация

Слайд 12

Полимеры имеют две особенности строения молекул: Существование двух типов связи: химические

Полимеры имеют две особенности строения молекул:
Существование двух типов связи:
химические связи

(энергия связи порядка десятков и сотен кДж / моль);
межмолекулярные силы Ван-дер-Ваальса (энергия связи порядка единиц и десятков кДж / моль).
Гибкость цепей, обусловленная внутренним вращением звеньев.

Основные понятия. Классификация

Слайд 13

Гибкость свободно-сочлененной цепи Гибкость реальной цепи Благодаря гибкости макромолекула ВМВ может

Гибкость свободно-сочлененной цепи

Гибкость реальной цепи

Благодаря гибкости макромолекула ВМВ может принимать различные

конформации.

Основные понятия. Классификация

Слайд 14

Конформация – пространственная форма макромолекул, соответствующая максимуму энтропии. Конформации и различные

Конформация – пространственная форма макромолекул, соответствующая максимуму энтропии.

Конформации и различные состояния

объясняются стремлением к самопроизвольному уменьшению энергии Гиббса (∆G< 0), которое происходит при условии:
T·∆S > ∆H

Основные понятия. Классификация

Слайд 15

В результате конформационных изменений макромолекулы могут принимать различную форму: линейную, клубка,

В результате конформационных изменений макромолекулы могут принимать различную форму: линейную, клубка,

глобул.

глобула

статистический клубок

стержень

складчатая

Основные понятия. Классификация

Слайд 16

Низкое сродство к кислороду Высокое сродство к кислороду Конформации гемоглобина Основные понятия. Классификация

Низкое сродство к кислороду Высокое сродство к кислороду

Конформации гемоглобина

Основные

понятия. Классификация
Слайд 17

Конформационными переходами можно объяснить многие процессы, происходящие в организме, например, регуляцию

Конформационными переходами можно объяснить многие процессы, происходящие в организме, например,

регуляцию активности ферментов.

Гибкость молекул ВМВ обусловливает эластичность волос, кожи и т.п.

Основные понятия. Классификация

Слайд 18

Растворы ВМВ являются лиофильными коллоидными системами. Для них характерны свойства как

Растворы ВМВ являются лиофильными
коллоидными системами.

Для них характерны свойства как

общие с растворами низкомолекулярных веществ и коллоидными системами, так и специфические.

Свойства растворов ВМВ

Слайд 19

I. Растворы ВМВ с истиннымы растворами низкомолекулярных веществ имеют ряд общих

I. Растворы ВМВ с истиннымы растворами низкомолекулярных веществ имеют ряд общих

свойств:

Образуются самопроизвольно.
Являются термодинамически устойчивыми и не требуют присутствия стабилизаторов.
Макромолекулы ВМВ способны диссоциировать на ионы.
В растворах ВМВ отсутствует четко выраженная поверхность раздела фаз, их можно разбавлять и концентрировать.

Свойства растворов ВМВ

Слайд 20

II. С коллоидными гидрофобными системами растворы ВМВ объединяют: Близкие размеры частиц

II. С коллоидными гидрофобными системами растворы ВМВ объединяют:

Близкие размеры частиц (d

= 10-5-10-7 см).
Растворы ВМВ рассеивают падающий свет и при боковом освещении можно наблюдать размытый конус Тиндаля.
ВМВ не проходят через полупроницаемую мембрану, поэтому способы очистки растворов ВМВ от электролитов сходны со способами очиски коллоидных растворов (диализ, гемофильтрация, ультрафильтрация).

Свойства растворов ВМВ

Слайд 21

Специфические свойства растворов ВМВ К специфическим свойствам растворов ВМВ относят: набухание, вязкость, осмотическое давление.

Специфические свойства растворов ВМВ

К специфическим свойствам растворов ВМВ относят:
набухание,
вязкость,

осмотическое давление.
Слайд 22

Набухание При набухании молекулы растворителя заполняют пространство между макромолекулами, проникая в

Набухание

При набухании молекулы растворителя заполняют пространство между макромолекулами, проникая в

петли структур.
Набухание – это увеличение объема и массы полимера в результате избирательного поглощения низкомолекулярного вещества из жидкой или газообразной среды.
Слайд 23

Различают: неограниченное и ограниченное набухание. Неограниченное набухание заканчивается растворением полимера. Например,

Различают: неограниченное и ограниченное набухание.
Неограниченное набухание заканчивается растворением полимера.

Например, растворение белка в воде.

Набухание

Ограниченное набухание сопровождается увеличением объема и массы полимера без его растворения.

Слайд 24

Набухание Ограниченное набухание характеризуется степенью набухания (α). Степень набухания показывает отношение

Набухание

Ограниченное набухание характеризуется степенью набухания (α).

Степень набухания показывает отношение приращения

объема или массы набухшего полимера к первоначальному объему или массе.
Слайд 25

Набухание На степень набухания влияют: Природа полимера и растворителя. Полярные ВМВ

Набухание

На степень набухания влияют:
Природа полимера и растворителя.
Полярные ВМВ

лучше набухают в полярных растворителях (например, белки в воде), неполярные в неполярных (например, каучук в бензоле).
Слайд 26

2) Температура Процесс набухания осуществляется в 2 стадии: Сольватация молекул полимера.

2) Температура

Процесс набухания осуществляется в 2 стадии:
Сольватация молекул полимера. Это

экзотермический процесс, ∆H < 0.
Поэтому на этой стадии при повышении температуры степень набухания понижается.
II. Основная стадия набухания – увеличение объема и массы полимера – как правило, идет без теплового эффекта, иногда это эндотермический процесс.
Увеличение температуры на данной стадии приводит к повышению степени набухания полимера.

Набухание

Слайд 27

Набухание 3) Присутствие электролитов. По способности увеличивать степень набухания составлены лиотропные

Набухание

3) Присутствие электролитов.

По способности увеличивать степень набухания составлены лиотропные ряды:
SCN- >

I- > Br- > Cl- > SO42-.
Из катионов: K+ и Na+ способствуют набуханию, Ca2+ – препятствуют.

Анионы способствуют набуханию в большей степени, чем катионы.

Слайд 28

Набухание 4) pH среды Наименьшая степень набухания полимера, в частности белков,

Набухание

4) pH среды
Наименьшая степень набухания полимера, в частности белков, наблюдается

в их изоэлектрической точке.
Значение pH, при котором белок находится в изоэлектрическом состоянии, т.е. число разноименных зарядов в белковой молекуле одинаково и ее общий заряд равен нулю, называется изоэлектрической точкой данного белка (pI).
Слайд 29

ВЯЗКОСТЬ РАСТВОРОВ ВМВ Вязкотекучее состояние

ВЯЗКОСТЬ РАСТВОРОВ ВМВ

Вязкотекучее состояние

Слайд 30

Вязкотекучее состояние Вязкость

Вязкотекучее состояние

Вязкость

Слайд 31

Вязкость Вязкотекучее состояние

Вязкость

Вязкотекучее состояние

Слайд 32

Вязкость Вязкотекучее состояние

Вязкость

Вязкотекучее состояние

Слайд 33

Вязкотекучее состояние Вязкость

Вязкотекучее состояние

Вязкость

Слайд 34

Вязкость Это обусловлено следующими причинами: 1) Силами сцепления гидрофильных макромолекул ВМВ

Вязкость

Это обусловлено следующими причинами:
1) Силами сцепления гидрофильных макромолекул ВМВ (белков

или полисахаридов) с молекулами растворителя.
Чем лучше полимер растворяется в растворителе, тем более сольватированы его молекулы, что приводит к увеличению сил сцепления и повышению вязкости.

Растворы ВМВ отличаются аномально-высокой вязкостью!

Слайд 35

2) Образованием ассоциатов при взаимодействии макромолекул между собой. При этом, чем

2) Образованием ассоциатов при взаимодействии макромолекул между собой.
При этом, чем выше

концентрация раствора, тем больше макромолекул взаимодействуют между собой, образуя различные структуры, что приводит к увеличению вязкости.
При увеличении внешнего давления структуры разрушаются, растворитель высвобождается, что приводит к уменьшению вязкости.

Вязкость

Слайд 36

3) На аномально-высокую вязкость оказывает влияние форма и гибкость макромолекул полимера.

3) На аномально-высокую вязкость оказывает влияние форма и гибкость макромолекул полимера.
Линейные

частицы, особенно если они расположены поперек потока, оказывают большее сопротивление течению жидкости, чем сферические, поэтому вязкость раствора ВМВ с линейными частицами выше.

Вязкость

Слайд 37

4) При протекании жидкости через сосуд отдельные части могут перемещаться с

4) При протекании жидкости через сосуд отдельные части могут перемещаться с

различными скоростями (у стенок молекул практически неподвижен, последующие слои движутся со все большей скоростью).
Это создает дополнительную вязкость – гидродинамическую.

Вязкость

Слайд 38

Вязкость Различают вязкость: относительную, удельную, приведенную, характеристическую.

Вязкость

Различают вязкость:
относительную,
удельную,
приведенную,
характеристическую.

Слайд 39

Относительная вязкость ηотн. – это отношение вязкости раствора к вязкости растворителя.

Относительная вязкость ηотн. – это отношение вязкости раствора к вязкости

растворителя.
Её определяют экспериментально при помощи прибора - вискозиметра.

Вязкость

Слайд 40

В широкое колено наливают жидкость, затем заполняют узкое колено, дают вытекать

В широкое колено наливают жидкость, затем заполняют узкое колено, дают

вытекать жидкости, при этом по секундомеру отмечают время прохождения мениска от метки а до метки б.

Вискозиметр

Визкозиметрические методы исследования
используют в медицине с целью исследования
биологических жидкостей (кровь, лимфа, слюна), содержащих биополимеры.

Вязкость

Слайд 41

Удельная вязкость ηуд - относительное приращение вязкости растворителя при введении в

Удельная вязкость ηуд - относительное приращение вязкости растворителя при введении

в него полимера.

η – вязкость раствора ВМВ [г ∙ см-1 ∙ с-1],
η0 – вязкость чистого растворителя [г ∙ см-1 ∙ с-1].

, где

Вязкость

Слайд 42

Для линейной формы макромолекул удельную вязкость рассчитывают по уравнению Штаудингера: М

Для линейной формы макромолекул удельную вязкость рассчитывают по уравнению Штаудингера:
М (X)–

молярная масса полимера [г · моль-1];
C(X) – весовая концентрация полимера [г · м-3];
K – константа, характеризующая особенности
гомологического ряда полимера.

Вязкость

ηуд. = K · М(X) · C(X), где

Слайд 43

Вязкость

 

Вязкость

Слайд 44

Приведенная вязкость ηпр – зависимость удельной вязкости от концентрации. Она выражается

Приведенная вязкость ηпр – зависимость удельной вязкости от концентрации. Она

выражается уравнением Хаггинса:

[η] – характеристическая вязкость,
с – весовая концентрация полимера [г · м-3];
K – константа Хаггинса, зависящая от природы
растворителя и не зависящая от молекулярной
массы полимера (в «хороших» растворителях
K = 0,2-0,3).

Вязкость

, где

Слайд 45

Характеристическая вязкость [η] отражает гидродинамическое сопротивление молекул полимера потоку жидкости, выражается

Характеристическая вязкость [η] отражает гидродинамическое сопротивление молекул полимера потоку жидкости,

выражается эмпирическим уравнением Штаудингера:
[η] = КМα, где
М – молярная масса полимера [г · моль-1];
К и α – константы, характерные для исследуемого полимера в данном растворителе, определяемые эмпирически.

Вязкость

Слайд 46

Осмотическое давление растворов ВМВ Оно невелико: около 0,04 атм, но играет

Осмотическое давление растворов ВМВ

Оно невелико: около 0,04 атм, но играет важную

роль в биологических процессах.
В растворах ВМВ осмотическое давление имеет ряд особенностей. Это связано с тем, что макромолекула ВМВ может рассматриваться как совокупность молекул меньшего размера.

Часть осмотического давления крови, обусловленная ВМВ, в основном белками, называется онкотическим давлением.

Слайд 47

Осмотическое давление растворов ВМВ Это учитывает уравнение Галлера, где b-коэффициент, учитывающий

Осмотическое давление растворов ВМВ

Это учитывает уравнение Галлера, где b-коэффициент, учитывающий

гибкость и форму макромолекулы в растворе.

Если концентрация раствора невелика, то βc2(вмс) → 0, тогда уравнение Галлера переходит в уравнение Вант-Гоффа.

Слайд 48

Факторы, влияющие на осмотическое давление ВМВ: Концентрация – с повышением концентрации

Факторы, влияющие на осмотическое давление ВМВ:

Концентрация – с повышением концентрации ВМВ

осмотическое давление возрастает.
Температура – при повышении температуры осмотическое давление возрастает.
pH – в изоэлектрической точке осмотическое давление будет минимальным, при смещении pH от изоэлектрической точки в кислую или щелочную области оно увеличивается.
Слайд 49

Агрегативная устойчивость белков. Высаливание. Денатурация. Коацервация Агрегативная устойчивость – это способность


Агрегативная устойчивость белков. Высаливание. Денатурация. Коацервация

Агрегативная устойчивость – это способность системы

сохранять определенную степень дисперсности, не объединяясь более крупные агрегаты.
Слайд 50

Агрегативная устойчивость белков Агрегативная устойчивость определяется: наличием дзета-потенциала; плотностью гидратной оболочки.

Агрегативная устойчивость белков

Агрегативная устойчивость определяется:
наличием дзета-потенциала;
плотностью гидратной оболочки.

Нарушить агрегативную устойчивость

можно:
нейтрализацией заряда, т.е. снижением величины ζ-потенциала;
добавлением водоотнимающего средства, т.е. нарушением гидратной оболочки.
Слайд 51

Высаливание При этом используют растворы Na2SO4, (NH4)2SO4, соли магния, фосфаты. Наиболее

Высаливание

При этом используют растворы Na2SO4, (NH4)2SO4, соли магния, фосфаты.

Наиболее эффективно высаливание проходит в изоэлектрической точке белка.

Процесс осаждения белков с помощью концентрированных растворов солей называется высаливанием.

Слайд 52

Ионы солей притягивают молекулы воды, нарушая таким образом гидратную оболочку белка,

Ионы солей притягивают молекулы воды, нарушая таким образом гидратную оболочку

белка, что уменьшает растворимость белка и белок выпадает в осадок.
Высаливание. Денатурация. Коацервация

Механизм высаливания

Слайд 53

Если концентрация соли мала, то осаждаются наиболее крупные и тяжелые частицы,

Если концентрация соли мала, то осаждаются наиболее крупные и тяжелые частицы,

обладающие наименьшим зарядом,
если концентрация велика – то более мелкие и устойчивые белковые фракции.
Например, в ненасыщенном растворе (NH4)2SO4 выпадают глобулины, в насыщенном – альбумины.

Применяя растворы солей различных
концентраций, можно осадить белки по фракциям!
Высаливание. Денатурация. Коацервация

Слайд 54

По влиянию на процесс высаливания анионы и катионы располагаются в лиотропные

По влиянию на процесс высаливания анионы и катионы располагаются в

лиотропные ряды: SO42- > F- > Cl- > Br- > I- > SCN- Li+ > Na+ > K+ > Mg2+ > Ca2+
Высаливание. Денатурация. Коацервация
Слайд 55

Высаливание белков проводят в мягких условиях при пониженных температурах, без нарушения

Высаливание белков проводят в мягких условиях при пониженных температурах, без

нарушения нативной природы белка, чтобы не вызвать его денатурацию.
Высаливание. Денатурация. Коацервация
Слайд 56

Денатурация белка – это нарушение первоначальных свойств белка, вызванное изменением пространственной

Денатурация белка – это нарушение первоначальных свойств белка, вызванное изменением

пространственной структуры его макромолекулы и сопровождающееся изменением физико-химических и биологических свойств белка.
Высаливание. Денатурация. Коацервация
Слайд 57

Белки в процессе денатурации: теряют гидрофильные свойства, нарушаются форма и размеры

Белки в процессе денатурации:

теряют гидрофильные свойства,
нарушаются форма и размеры макромолекул,


увеличивается вязкость растворов,
уменьшается растворимость белков и степень набухания,
денатурированные белки быстрее перевариваются ферментами ЖКТ по сравнению с нативными.
Высаливание. Денатурация. Коацервация
Слайд 58

Высаливание. Денатурация. Коацервация

Высаливание. Денатурация. Коацервация

Слайд 59

Коацервация Коацервация – это аномальное явление в процессе высаливания – слияние

Коацервация

Коацервация – это аномальное явление в процессе высаливания – слияние

водных оболочек нескольких частиц без объединения самих частиц.

При этом в растворе появляется новая фаза, обогащенная белком. В результате чего происходит расслоение раствора по плотности или концентрации белка.

Слайд 60

Высаливание. Денатурация. Коацервация

Высаливание. Денатурация. Коацервация

Слайд 61

Высаливание. Денатурация. Коацервация

Высаливание. Денатурация. Коацервация