Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Взаимодействие молекул с водой .




Образование водородных связей наиболее выражено в молекуле воды. Именно наличие водородных связей обуславливает особенности молекул воды. Все живые организмы состоят на 2\3 из воды. Физ.св-ва биополимеров зависят от характера взаимодействия их с водой. Каждая молекула воды обладает электрическим моментом. Вследствие высокой электроотрицательности молекулы воды могут образовывать водородные связи с 1,2, 3-мя, 4-мя молекулами воды. В результате образует водородная связь полимерные комплексы устойчивые. Каждая молекула жидкой воды в среднем имеет 4 «соседей». Состав и структура межмолекулярных комплексов зависят от температуры воды. Наиболее упорядоченную структуру имеет кристаллическая вода, её кристаллы имеют гексагональную структуру при нормальном давлении и температуре меньше 0. схема кристаллической структуры Н2О имеет вид: в элементарную ячейку входит 4 молекулы Н2О.вокруг центрального атома кислорода 4 других атомов кислорода располагаются в углах правильного тетраэдра на расстоянии 0,286нм. Каждая молекула воды соединена с соседними четырьмя водородными связями. Такую же структуру имеют алмаз, кремний. Но в алмазе между узлами действуют химические силы. Решетка льда рыхлая и содержит много пустот. При расплавлении она частично разрушается и одновременно заполняется некоторые пустоты. Плотность воды становится больше плотности льда, чем объясняется способность льда плавать на поверхности водоемов. При дальнейшем разогревании до 4 0С процесс уплотнения продолжается. При нагреве выше 4- увеличивается число ангармонических колебаний(с переменной частотой), уменьшается число ассоциированных молекул в комплексах и плотность Н2О уменьшается. Вследствие водородных связей температура плавления и кипения отличаются от таковых у других молекулярных жидкостей, в которых действуют только силы Ван-дер-Ваальса. Живые организмы и биологические процессы в них приспособлены лишь к определенной величине водородных связей. Такую величину представляют водородные связи в воде. Если заменить воду тяжелой водой(Д2О), то в биологических системах происходит нарушение многих процессов: уменьшается раст-сть полярных молекул, уменьшается скорость прохождения нервного импульса, нарушается работа ферментов, и т.д. это связано с тем, что взаимодействие меж молекулами Д2О сильнее, чем взаимодействие меж молекулами Н2О. электрические дипольные моменты Н2О обуславливают её высокую диэлектрическую проницаемость (Е=70). В электрическом поле полярные молекулы воды располагаются так, что в большей степени экранируют это поле. Такой процесс образования ориентированного окружения вокруг называется гидратацией или сольватацией. Небольшие полярные молекулы при малых концентрациях могут растворяться в воде. Они размещаются в пустых промежутках между молекулами воды. Такая растворимость резко уменьшается при увеличении размеров молекул, кот. Не могут войти в пустоты. Взаимодействие неполярных молекул с молекулами воды слабее, чем взаимодействие молекул воды др с др. внедрение больших молекул в воду должно привести к разрыву водородных связей, что энергетически не выгодно и молекула выталкивается из воды подобно маслу. Считается, что молекула выталкивается под воздействием гидрофобных взаимодействий.

Гидрофобные и гидрофильные взаимодействия

Процесс образования ориентированного окружения вокруг называется гидратацией или сольватацией. Небольшие полярные молекулы при малых концентрациях могут растворяться в воде. Они размещаются в пустых промежутках между молекулами воды. Такая растворимость резко уменьшается при увеличении размеров молекул, кот. Не могут войти в пустоты. Взаимодействие неполярных молекул с молекулами воды слабее, чем взаимодействие молекул воды др с др. внедрение больших молекул в воду должно привести к разрыву водородных связей, что энергетически не выгодно и молекула выталкивается из воды подобно маслу. Считается, что молекула выталкивается под воздействием гидрофобных взаимодействий.

Небольшие полярные молекулы при малых концентрациях могут растворяться в воде. Они размещаются в пустых промежутках между молекулами воды. Такая растворимость резко уменьшается при увеличении размеров молекул, кот. Не могут войти в пустоты. Взаимодействие неполярных молекул с молекулами воды слабее, чем взаимодействие молекул воды др с др. внедрение больших молекул в воду должно привести к разрыву водородных связей, что энергетически не выгодно и молекула выталкивается из воды подобно маслу. Считается, что молекула выталкивается под воздействием гидрофобных взаимодействий.

Гидрофобные взаимодействия -кооперативное проявление сил Ван-дер-Ваальса и водородных связей. Полярные молекулы легко растворяются в воде. Растворимость полярной молекулы обусловлена за выигрышем свободной энергии при ориентации молекул воды в электрическое поле. При этом полярные молекулы проявляют гидрофильное взаимодействие. Гидрофильное взаимодействие- проявлении суммарного эффекта гидратации, обусловленной парой электрических зарядов в дипольном моменте растворенной молекулы. Крупные био молекулы, например липиды, имеют гидрофобные и гидрофильные участки при малой концентрации такие молекулы растворяются в воде, а при большой образуют скопления-минеллы, в которых гидрофильные участки группируются на поверхности, а гидрофобные внутри. Гидрофобные и гидрофильные взаимодействия определяют вторичную структуру белка, структуру клеточных и внутриклеточных мембран. Именно гидрофобные взаимодействия явл-ся причиной то, что живые организмы нерастворимы в воде, хоть и состоят на 2\3 из воды.

Функции белков.

Элементарная живая система, способная к самостоятельному существованию, развитию и воспроизведению - это живая клетка - основа строения всех животных и растений. Важнейшими условиями существования клетки (и клеточных органелл) являются, с одной стороны, автономность по отношению к окружающей среде (вещество клетки не должно смешиваться с веществом окружения, должна соблюдаться автономность химических реакций в клетке и ее отдельных частях); с другой стороны, связь с окружающей средой (непрерывный, регулируемый обмен веществом и энергией между клеткой и окружающей средой). Живая клетка - открытая система

Единство автономности от окружающей среды и одновременно тесной связи с окружающей средой - необходимое условие функционирования живых организмов на всех уровнях их организации. Поэтому важнейшее условие существования клетки, и, следовательно, жизни - нормальное функционирование биологических мембран.

Три основные функции биологических мембран:

барьерная - обеспечивает селективный, регулируемый, пассивный и активный обмен веществом с окружающей средой (селективный - значит, избирательный: одни вещества переносятся через биологическую мембрану, другие - нет; регулируемый - проницаемость мембраны для определенных веществ меняется в зависимости от генома и функционального состояния клетки);

матричная - обеспечивает определенное взаимное расположение и ориентацию мембранных белков, обеспечивает их оптимальное взаимодействие (например, оптимальное взаимодействие мембранных ферментов);

механическая - обеспечивает прочность и автономность клетки, внутриклеточных структур.

Кроме того, биологические мембраны выполняют и другие функции:

энергетическую - синтез АТФ на внутренних мембранах митохондрий и фотосинтез в мембранах хлоропластов; генерацию и проведение биопотенциалов;

рецепторную (механическая, акустическая, обонятельная, зрительная, химическая, терморецепция - мембранные процессы) и многие другие функции.

Общая площадь всех биологических мембран в организме человека достигает десятков тысяч квадратных метров. Относительно большая совокупная площадь связана с огромной ролью мембран в жизненных процессах.

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...