Строение биологических мембран - раздел Химия, ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ Одними Из Составляющих Клеток Являются Внешние (Плазматические) Мембраны, Кот...
Одними из составляющих клеток являются внешние (плазматические) мембраны, которые отделяют внутреннее содержание клетки от внешней среды. Для молекул и ионов мембрана действует как фильтр – пропускает одни частицы и задерживает другие.
Мембранные структуры размещаются не только на периферии клетки, но и внутри нее и отделяют ядро от окружающей его цитоплазмы. В особенных случаях образуются и другие мембраны, например диски во внешнем сегменте палочек сетчатки.
Структурную основу мембраны составляют дифильные (амфифильные) молекулы липидов. Мембранные липиды содержат длинные углеводородные группы, холестерин, и его эстеры, и некоторые другие соединения. Амфифильные молекулы разделяют на одно- и двухцепочечные.
Важным свойством двухцепочечных амфифильных молекул является их способность к образованию удвоенных слоев в водных средах. Последние имеют вид пластинчатых структур.
Дифильные молекулы объединяются так, что их полярные группы контактируют с водой, а углеводородные группы собираются вместе и образуют углеводородную фазу. Одноцепочечные амфифильные молекулы стремятся к образованию в водной среде глобулярных мицелл (от лат. mika – крошка, частица), а не бимолекулярных слоев.
Таким образом, тенденция к формированию мембраноподобных плоских бимолекулярных слоев – это свойство исключительно двухцепочочных амфифильных молекул. Двойной слой фосфолипидов – основа замкнутых структур (липосом) разных типов.
Внутри двойного слоя фосфолипидов находятся молекулы белков. Они играют роль катализаторов химических реакций, которые происходят на мембранах, и рецепторов сигналов, посредством которых клетка взаимодействует с окружающей средой и другими клетками.
Молекулы фосфолипидов, в отличие от больших молекул белков, сравнительно свободно перемещаются вдоль поверхности мембраны, оставаясь в границах своего слоя. Мембрана имеет строение жидкого кристалла, что очень важно для ее функционирования. При переходе мембраны из жидкокристаллического состояния в упорядоченное ее работа тормозится. В таких случаях наблюдается развитие патологических процессов в организме – атеросклероз, образование желчных камней и тому подобное.
Адсорбция и поверхностное натяжение имеют большое значение в процессе обмена веществ в живых системах. Поверхностное натяжение биологических жидкостей значительно меньше, чем воды, в результате наличия в них поверхностно-активных веществ.
Так, поверхностное натяжение сыворотки крови человека составляет
(40-47) •10-3 Дж/м2.
Поскольку ПАВ способны концентрироваться у стенок сосудов и клеточных мембран, они повышают их проницаемость и улучшают обменные процессы. Известно особенный вид биологически-активных ПАВ, так называемых сурфактантов, что находятся в легких. Их главным компонентом является ( ДПФХ) - дипальмитилфосфатидилхолин. Сурфактанты начинают синтезироваться организмом в конце внутриутробного периода. Их главные функции – сохранение размеров и формы альвеол; гистерезис легких; периодическое исключение части альвеол из процесса дыхания и их очистки; сохранение сухости поверхности альвеол и участие в осуществлении первого вдоха.
Адсорбция на границе раздела твердое тело – газ.
К неподвижным границам раздела принадлежат границы раздела между твердым телом и газом и твердым телом и раствором. Все случаи поглощения газов и испарений твердыми телами называют сорбцией. Если этой процесс происходит только на поверхности, то его называют адсорбцией, а когда вещество, которое поглощается поверхностью, диффундирует вовнутрь поглощающего вещества и распределяется по ее объему, то такое явление называют абсорбцией.
Твердое тело, на поверхности которого происходит адсорбция, принято называть адсорбентом, а вещество, которое адсорбируется, - адсорбатом.
Величину адсорбции определяют соотношением числа молекул n адсорбата к единице площади поверхности S (м2), или массыm (кг) адсорбента:
Г = , (моль/м2); Г = , (моль/кг).
В результате адсорбции происходит самопроизвольное уменьшение поверхностного натяжения адсорбента до установления равновесия между скоростями прямого процесса(адсорбции) и обратного, который называют десорбцией:
Vа
адсорбция → десорбция.
Vд
Десорбция – это удаление адсорбированных молекул с поверхности адсорбента. Скорость адсорбции со временем уменьшается, а скорость десорбции увеличивается.
В зависимости от природы адсорбционных сил различают два вида адсорбции: физическую и химическую. Химическую адсорбцию называют также хемосорбцией.
Физическая адсорбция обусловлена действием силовых полей поверхностных молекул адсорбента, при этом молекулы адсорбата не теряют своей индивидуальности. Этот процесс происходит только на определенных участках адсорбента (адсорбционных центрах) выступлениях, узлах кристаллических решеток, которые имеют избыточную поверхностную энергию.
Физическая адсорбция характеризуется такими факторами: быстрой обратимостью процессов адсорбция - десорбция, отсутствием стехиометрических соотношений при определении адсорбции, уменьшением адсорбции при повышении температуры.
Химическая адсорбция обусловлена взаимодействиями между поверхностными молекулами адсорбента и адсорбата. На поверхности адсорбента образуются химические соединения и отдельные молекулы теряют свою индивидуальность. Хемосорбция характеризуется своей необратимостью, тепловым эффектом близким к энергии образования химических связей, увеличением адсорбции при повышении температуры (в отличие от физической адсорбции).
На адсорбцию газов на неподвижной поверхности раздела фаз влияют такие факторы:
Давление газа P над поверхностью твердого адсорбента. Зависимость адсорбции газа от давления выражается изотермой адсорбции. Адсорбция достигает максимального предельного значения, когда вся поверхность адсорбционных центров будет занята молекулами адсорбата и образуется насыщенный мономолекулярный слой.
Температура. С повышением температуры происходит уменьшение физической и увеличение химической адсорбции.
Природа газа. Газ тем лучше адсорбируется, чем легче он сжижается и чем выше его критическая температура.
Природа адсорбента и его удельная поверхность. Удельную поверхность адсорбента Sуд выражают отношением поверхности деления фаз S к единице массы дисперсной фазы m:
Sуд = , (м2 /кг).
В пористых адсорбентах Sуд возрастает как в результате увеличения дисперсности, так и за счет площади пор. Например, при одинаковом размере частиц не пористого вещества – сахарной пудры, и пористого - активированного угля, удельная поверхность первой составляет Sуд ≈ 5•102, а второй - 5•105 м2 /кг
То есть у пористого адсорбента удельная поверхность больше в тысячу раз. Поверхность деления фаз одной таблетки активированного угля (0,25 г) достигает 125 м2, поэтому его используют в медицинской практике как эффективный препарат для дезинтоксикации организма.
Процесс конденсации пара в виде жидкой фазы в капиллярах (или порах) пористого сорбента называют капиллярной конденсацией.
Теория адсорбции Ленгмюра.
Адсорбция газа на твердой поверхности является самым простым случаем адсорбции. Теорию этого процесса (мономолекулярные адсорбции) предложил американский ученый И.Ленгмюр. Главные положения этой теории такие:
- адсорбция имеет локализованный характер, то есть молекулы адсорбата не могут перемещаться по поверхности адсорбента, они связаны с молекулами адсорбента силами, близкими к силам химических связей;
- адсорбция молекул адсорбата происходит на активных (адсорбционных) центрах. Это дефекты кристаллической решетки, возле которых образуются особенно интенсивные силовые поля. Каждый такой центр адсорбирует только одну молекулу адсорбата, поэтому на поверхности адсорбента образуется только молекулярный слой адсорбата;
- установление адсорбционного равновесия – это результат конкуренции сил притяжения молекул адсорбата к адсорбенту и тепловому движению молекул. Когда скорость этих двух противоположных процессов уравняется, наступает состояние динамического равновесия, в результате которого распределение молекул газа между поверхностью и объемом остается постоянным. Адсорбированные молекулы постоянно десорбируются и находятся в адсорбированном состоянии в среднем одну миллионную долю секунды. То есть за 1 сек. адсорбционный слой миллион раз обновляется разлагается и заменяется новым.
Основные понятия и определение термодинамики В химической термодинамике используют такие... Н U рV... Передача энергии от системы к окружающей среде и наоборот происходит в виде работы А и теплоты Q...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Строение биологических мембран
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
И БИОЭНЕРГЕТИКИ.
Обмен веществ (метаболизм) в живом организме неразрывно связан с сопроводительным процессом – обменом энергии. Обмен веществ и энергии – самый характерный признак жизни; с его прекращением останавл
В химической термодинамике используют такие понятия.
Термодинамическая система – это тело или совокупность тел, которые находятся во взаимодействии и отделены от окружающей среды реальной или воображаемой поверхностью деления. В зависимос
ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ.
Первый закон (первая основа) термодинамики по своей сути является законом сохранения энергии. Он имеет несколько формулировок.
В изолированной системе сумма всех видов энергии является
Термохимические уравнения.
Химические процессы всегда сопровождаются выделением или поглощением теплоты. В первом случае реакции называют экзотермическими, во втором – эндотермическими. Количество тепл
Второй закон термодинамики
Первый закон термодинамики дает возможность составить энергетический баланс процесса, который происходит в системе, однако не указывает, в каком направлении будет происходить превращение энергии, т
Энтропия
Анализ формулирования второго закона термодинамики показывает, что все они характеризуют направление и границы течения самопроизвольных процессов, которые происходят без затраты эне
Третий закон термодинамики
Третий закон термодинамики утверждает, что энтропия индивидуального кристаллического вещества при температуре абсолютного нуля равняется нулю. Это озн
АТФ как источник энергии для биохимических реакций
В организме человека непрерывно происходят процессы, которые нуждаются в энергетических расходах. Это – транспортировка ионов сквозь мембрану клеток, поддержка давления и кровообращения, робота
КИНЕТИКА БИОХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
Все химические реакции происходят с разными скоростями: одни мгновенно (взрыв тротила, нейтрализация кислот основаниями), другие медленно, на протяжении часа и лет (омыления жиров,
Скорость химических реакций
Рассматривая основные вопросы кинетики химических реакций, должны различать процессы, которые происходят в однородных (гомогенных) и неоднородных (гетерогенных) системах. Гомогенная
Порядок и молекулярность реакций
Для характеристики механизма химических реакций в кинетике применяют такие понятия, как порядок и молекулярность реакции.
Порядком химической реакции называют сум
Правило Вант-Гоффа
Повышение температуры приводит к значительному росту скорости подавляющего большинства химических реакций. Зависимость скорости реакции от температуры выражается правилом Вант-Гоффа и уравнением Ар
Катализ и катализаторы
Скорость химических реакций может существенно возрасти под действием веществ, которые называют катализаторами.
Явление изменения скорости реакции при наличии кат
Строение ферментов
Ферменты, как и белки, состоят из аминокислот, соединенных между собой пептидными связями (первичная структура). Макромолекулы содержат гидрофобные цепи (углеводородные остатки) пептидные группиров
Металлоферменты
Ферменты, которые содержат в своем составе ионы металла или которые ими активируются, называют металлоферментами. Это достаточно распространенная группа биологических катализаторов, в которы
Электропроводность растворов: удельная, молярная, предельная.
Под прохождением электрического тока сквозь вещество понимают движение или перенесение электрических зарядов от одного полюса к другому под действием внешнего электрического поля.
Способно
Типы проводников электрического тока.
Различают два основных вида электрической проводимости: электронную и ионную. Соответственно этому проводники разделяют на две группы: первого и второго рода. К проводникам первого рода принадлежат
Виды электрической проводимости
Как было отмечено выше, электрическая проводимость электролитов обусловлена наличием в них заряженных частиц – ионов. Чем больше концентрация ионов и их скорость движения, тем больш
Х ВИНИКНЕННЯ.
Вивчення механізму виникнення електродного, дифузійного, мембранного та окисно-відновного потенціалів та їх залежності від різних чинників дає змогу зрозуміти закономірності перебіг
Визначення стандартних електродних потенціалів.
Електрод, якім виміряють стрибок потенціалу на межі метал – розчин,називають стандартним водневим електродом.
Стандартний водневий електрод – це платинова пластинка, зануре
Класифікація електродів.
Електроди, які застосовують в електрохімії залежно від типу оборотності та числа фаз, поділяють на кілька груп.
Електроди першого роду. Електроди цього типу складаються з м
Окисно-відновні електроди
Оскільки кожна електродна реакція, по суті, є процесом окиснення-відновлення, то теоретично будь-який електрод можна назвати окисно-видновним. Проте окисно-відновними називають такі
Йонселективні електроди
Одним із сучасних фізико-хімічних методів аналізу, що дозволяє контролювати стан навколишнього середовища та слідкувати за зміною концентрації електролітів у біологічних рідинах, є
И неподвижных границах деления фаз.
Поверхностные явления – это процессы, которые происходят на границах деления фаз в гетерогенных системах.
По агрегатным состояниям контактирующих фаз поверхности деления кл
Адсорбция на границе деления твердое тело – раствор.
Адсорбция из растворов в твердых адсорбентах имеет большое практическое значение. Ее широко применяют в медицинской практике для очистки организма от инородных веществ (ядов, токсинов, больших доз
Адсорбция электролитов
Адсорбция электролитов твердыми адсорбентами представляет особый интерес через ту роль, которую она играет во многих естественных и искусственно осуществляемых процессах. Важно отме
ХРОМАТОГРАФИЯ
Метод хроматографии был открыт у 1903 году М.Цветом, который впервые применил его для разделения растительных пигментов.
Хроматография – это физико-химический метод разд
Газовая хроматография
Для разделения, анализа и исследование веществ и их смесей, которые не разлагаются в газообразном состоянии, наибольшего применения приобрела газовая хроматография. В зависимости от вида сорбента,
Жидкостная хроматография
В методе жидкостной хроматографии подвижной фазой является жидкость, недвижимой - твердый адсорбент. В отличие от газовой, жидкостная хроматография может быть использована для анализа веществ с
Бумажная и тонкослойная хроматография
В фармации и медицине широко применяют бумажную и тонкослойную хроматографии, которые отличаются от других хроматографических методов простотой и удобством в использовании эксперимента.
Получение, очистка и свойства коллоидных растворов
В природе очень распространены системы, в которых измельченные частицы равномерно распределены в массе другого вещества. В этом случае измельченное вещество называют дисперсной фазой, а сред
Дисперсных систем
Общим признаком любой дисперсной системы является степень измельчения частиц дисперсной фазы или степень дисперсности. Дисперсность (D)– это величина, обратная размеру частицы д
Методы получения коллоидных систем
Коллоидный раствор (золь) – это ультрамикрогетерогенная система, в которой дисперсионной средой является жидкость, а дисперсной фазой – твердые частицы размером 10-7
Конденсационные методы
Образование атмосферного тумана является одним из примеров образования коллоидных систем конденсацией. Методы конденсации очень распространенные в практике приготовления коллоидных растворов
Методы очистки коллоидных растворов
Полученные любым способом дисперсные системы приобретают стойкость после очистки их от примесей молекул низкомолекулярных веществ и ионов электролитов. С этой целью используют разни
Диализ.
Самый простой способ для проведения диализа – это стеклянный цилиндр, дно которого затянуто полупроницаемой мембраной. В него наливают коллоидный раствор, который подлежит очистке,
Электрокинетические явления в коллоидных системах
К электрокинетическим явлениям относят эффекты, связанные либо с относительным движением двух фаз под действием постоянного электрического поля, либо с возникновением разницы потенциалов при относи
Стойкость и коагуляция коллоидных систем
Коллоидные растворы малоустойчивые во времени сравнительно с молекулярными растворами. Мицела представляет собой агрегат, который состоит из более-менее простых молекул, строение и
Стойкость коллоидных растворов.
Стойкость дисперсной системы – это способность ее на протяжении определенного времени сохранять неизменными состав и основные свойства: дисперсность, концентрацию, равномерное распределение част
Факторы стойкости дисперсных систем.
Большинство ліофобних золів есть агрегативно стойкими в течение длительного времени. Эта стойкость обусловлена действием нескольких факторов, главными из которых есть электростатиче
Коагуляция гидрофобных золей.
Коагуляция – это процесс уменьшения дисперсности системы за счет укрупнения частиц дисперсной фазы. Повлечь коагуляцию гідрофобних золів может любой фактор, что нарушает агрегативну
Стабилизация золей.
В результате взаимодействия со средой на поверхности частиц дисперсной фазы возникают сольватні слои. Однако в большинстве ліофобних золів сольватний слой незначительный и поэтому н
Медицині та біофармації
Клітини організмів та міжклітинна рідина побудовані з високомолекулярних сполук – білків, нуклеїнових кислот, полісахаридів та змішаних біополімерів (глюкопротеїдів, ліпопротеїдів тощо).ВМС входять
Класифікація високомолекулярних сполук
ВМС класифікують за різними ознаками.
1. За походженням ВМС поділяють на три групи:
- Природні, які утворюються в процесі біосинтезу (білки, нуклеїнові кислоти, по
Властивості високомолекулярних сполук
Фазові і фізичні стани ВМС. Усі полімери внаслідок великої молекулярної маси нелеткі. Вони розкладаються за перегонки навіть у найбільшому вакуумі. Температура їх розкладання значно нижча за темпер
Розчини ВМС, їх одержання і загальні властивості.
Високомолекулярні сполуки мають здатність розчинятись у тому чи іншому розчиннику, утворюючи розчини ВМС. При цьому залежно від спорідненості ВМС до розчинника можуть утворюватись як істинні, так і
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
, (моль/м2); Г = 
, (моль/кг).
, (м2 /кг).
Новости и инфо для студентов