рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

СВОЙСТВА РАСТВОРОВ ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТОВ.

СВОЙСТВА РАСТВОРОВ ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТОВ. - раздел Приборостроение, Свойства высокомолекулярных   К Полиэлектролитам Относятся Важнейшие Биополимеры – Белки И ...

 

К полиэлектролитам относятся важнейшие биополимеры – белки и нуклеиновые кислоты.

Полиэлектролиты - это высокомолекулярные соединения, макромолекулы которых содержат полярные ионогенные группы. Полиэлектролиты способны диссоциировать в растворах на ионы.

 

Изоэлектрическое состояние

Наиболее полно изучены свойства растворов белков. Белки содержат группы как кислотного, так и основного характера, поэтому они относятся к полиамфолитам. Амфотерность связана с наличием в молекуле белка катионобразующих групп – аминогрупп (NH2) и анионобразующих групп – карбоксильных групп (COOH).

Знак заряда макромолекулы зависит от:

Ø Количества и природы свободных функциональных групп, например от соотношения карбоксильных и аминогрупп в молекуле белка.

Если в макромолекуле преобладают карбоксильные группы, то при рН = 7 заряд молекулы отрицательный (проявляются свойства слабой кислоты), если преобладают аминогруппы, то заряд белка положительный (характерны основные свойства)

 

 

В условиях жизнедеятельности организма белки обычно проявляют анионактивные свойства, вследствие чего поверхность эритроцитов и клеток имеет отрицательный заряд.

Ø рН среды

В кислой среде макромолекула приобретает положительный заряд, в щелочной - отрицательный.

 

 

Состояние, при котором число разноименных зарядов в белковой молекуле одинаково, т.е. суммарный заряд полиамфолита равен нулю, называется изоэлектрическим. Значение рН раствора, соответствующее изоэлектрическому состоянию, называется изоэлектрической точкой (pI или И.Т.). В среде с бóльшей кислотностью, чем в изоэлектрической точке (pH < pI) ионизация карбоксильных групп подавлена и белок приобретает положительный заряд. В среде с меньшей кислотностью, чем в изоэлектрической точке (pH > pI) карбоксильные группы депротонированы и белок заряжается отрицательно.

 

Таким образом, при рН раствора < рI, белок имеет положительный зарад; при рН раствора > рI, белок имеет отрицательный заряд. Например, определить заряд следующих белков в растворе с рН =8,5: пепсина желудочного крови, гистона клеточных ядер и лизоцима.

рI (пепсина) = 2,0, т.к. pI меньше рН раствора, следовательно, белок имеет отрицательный заряд,

рI (гистона) = 8,5 , т.к. pI равен рН раствора, то белок нейтрален,

рI (лизоцима) = 10,7, т.к. рI больше рН раствора, то белок имеет положительный заряд.

Свойства растворов белков

в изоэлектрическом состоянии.

Изоэлектрическое состояние оказывает влияние на структуру белков и их растворов. Для изоэлектрической точки характерно свертывание макромолекул белка в клубки; в заряженном состоянии цепи белков имеют вытянутую форму.

Схематичное изображение структур белков:

а) глобулярная структура (pH = pI);

б) фибриллярная струк­тура с отрицательным зарядом (pH > pI);

в) фибриллярная струк­тура с положительным зарядом (pH < pI).

Кроме того, в изоэлектрическом состоянии уменьшается сольватная оболочка белка т.к отсутствует мощная электростатическая сольватация. Поэтому вблизи изоэлектрической точки могут происходить коренные изменения в свойствах белков и их растворов.

Так в изоэлектрической точке минимальны электропроводность, устойчивость и набухание белков, а так же вязкость и осмотическое давление растворов белков и максимальны процессы коагуляции и желатинирования.

 

Электрофорез.

Электрофорез (от электро… и греческого рhoresis – перенесение) – направленное перемещение заряженных частиц в дисперсионной среде под действием внешнего постоянного электрического поля к противоположно заряженному электроду.

Метод позволяет разделять макромолекулы, различающиеся по таким важнейшим параметрам, как

· размеры (или молярная масса),

· пространственная конформация,

· электрический заряд

причем эти параметры могут выступать как порознь, так и в совокупности.

Физический принцип метода заключается в следующем. Находящиеся в буферном растворе макромолекулы обладают электрическим зарядом, величина и знак которого зависят от рН среды. Если через этот раствор пропускать электрический ток, то под действием электрического поля макромолекулы в соответствии со своим зарядом мигрируют в направлении катода или анода. В зависимости от величины заряда и размеров молекулы приобретают разные скорости, и в этом — сущность процесса разделения смеси белков методом электрофореза. Постепенно исходный препарат, состоявший из различных молекул, разделяется на зоны или фракции, содержащие одинаковые молекулы.

Факторы, влияющие на электрофоретическую подвижность

Молекула белка в растворе при любом значении рН, отличающемся от изоэлектрической точки, имеет определенный заряд. Это приводит к тому, что белок движется в электрическом поле (макрокатион к катоду, макроанион к аноду). На электрофоретическую подвижность белковых молекул влияют следующие факторы:

Ø Размер и форма макромолекулы.

Ø Заряд макромолекулы

Чем больше величина заряда белковой молекулы, тем выше ее электрофоретическая подвижность из-за увеличения силы электростатического притяжения с противоположно заряженным электродом.

Ø Напряженность электрического поля (Н, В/м)

Ø Характер буферного раствора

Электрофорез сыворотки крови обычно проводят при нейтральных или слабощелочных рН = 8,6, когда большинство белков мигрирует к аноду.

Ø Природа носителя

Чаще всего в качестве носителей используют относительно инертные вещества, но их состав все же оказывает влияние на подвижность разделяемых веществ, и, выбор носителя зависит от природы образца.

Методы электрофореза

Существует множество разновидностей и модификаций метода электрофореза, которые используются в различных областях.

Выделяют три основных типа электрофоретических систем: электрофорез с подвижной границей, зональный электрофорез и стационарный (вытесняющий) электрофорез.

 

Электрофорез белков подразделяется также на одномерный и двумерный, препаративный и аналитический, а также электрофорез нативных белков. В случае использования иммунологических методов для выявления разделенных белков используется иммуноэлектрофорез.

Зональный электрофорез

В случае зонального электрофореза смешивание разделенных зон может быть предотвращено. При этом методе разделение производят в закрепленной среде. Наиболее распространены методы разделения на пористых носителях.

Электрофорез на бумаге. Электрофорез проводят с использованием боратных, фосфатных или веронал-мединаловых буферных растворов. Носителем служит специальная хроматографическая бумага, которую разрезают на полоски требуемого размера. Наносят сыворотку крови на катодный конец смоченной буферным раствором полоски. В зависимости от типа прибора и условий опыта электрофорез на бумаге длится от 4 до 16 часов. Скорость движения белков пропорциональна величине их электрического заряда. За определенное время белковые фракции пройдут различный путь и разделятся.

 

Схема прибора для электрофореза на бумаге.

 

Затем белки фиксируют высушиванием и красят красителями. Окрашенные зоны белковых фракций вырезают и элюируют специальным растворителем (раствор NaOH) для фотометрического определения каждой фракции. При электрофорезе на бумаге белков сыворотки крови получается до 5 фракций: альбумины, a1-, a2-, b-, g-глобулины.

 

Электрофореграмма сыворотки крови на хроматографической бумаге:

1 – альбумин, 2 – a1-глобулин, 3 – a2-глобулин, 4 – b-глобулин, 5 – g-глобулин.

 

Электрофорез на ацетатцеллюлозной мембране. Мембрана ацетатцеллюлозы как носитель для электрофореза имеет ряд преимуществ по сравнению с бумагой: однородность, строго определен­ный размер пор, пониженная адсорбционная способность, что исключает образование размытых полос позади зон. Для окрашивания зон применяют методы аналогичные методам окрашивания зон на бумаге.

Электрофорез в гелях. В этом методе в качестве опорной среды используют крахмальный, агар-агаровый, полиакриламидный гели. Характерной особенностью этой разновидности зонального электрофореза является его высокая разрешающая способность, поскольку гели функционируют как молекулярные сита: крупные молекулы проходят сквозь него тем медленнее, чем меньше размер пор в геле. Методом электрофореза в агаровом геле в сыворотке крови выявляется до 7-8 фракций, а при электрофорезе в крахмальном или полиакриламидном геле – до 20 фракций. Агаровый гель ввиду большого количества воды в нем и вследствие этого большой скорости движения ионов используется в иммуноэлектрофорезе для обнаружения антигенов. Самым перспективным является полиакриламидный гель, так как он прозрачен, обладает значительной механической прочностью, однороден по составу, химически инертен, размер пор у этого геля можно варьировать в широких пределах и его можно использовать с самыми различными буферными растворами. Скорость движения белков пропорциональна их заряду и молекулярной массе.

 

Фотография электрофореграмм смеси белков, разделенных в полиакриламидном геле, иллюстрирующая разделение белков по заряду и молекулярной массе.

 

Вариантов проведения электрофореза в полиакриламидном геле много (вертикальный в трубках и горизонтальный на пластинах).

 

 

 

Схема простейшего прибора для электрофореза в геле а - до фракционирования, б - после его окончания Схема прибора для электрофореза в горизонтальных пластинах 1-антиконденсационная крышка; 2 – электродный резервуар; 3 - колодец для внесения препарата; 4 - гель; 5 - фитиль; 6-охлаждающий столик

Вытеснительный электрофорез.

Этот метод характеризуется тем, что через некоторое время после разделения зон устанавливается состояние равновесия, при котором ширина зон в дальнейшем не изменяется. К электрофорезу такого типа относятся изоэлектрическое фокусирование.

Изоэлектрическое фокусирование. Это метод разделения белков, основанный на перемещении их молекул под действием постоянного электрического тока в область с величиной рН, соответствующей изоэлектрической точке данного белка. Между анодом и катодом создается градиент рН с помощью амфолитов. Каждый белок мигрирует к соответствующему электроду и прекращает движение, попадая в зону с pH = pJ (фокусируется). Таким образом, молекулы, имеющие одинаковую изоэлектриче­скую точку, сконцентрируются в узкой зоне.

Применение электрофореза

Электрофорез является одним из наиболее важных методов для разделения и анализа компонентов веществ в химии, биохимии и молекулярной биологии. Его применяют в физиотерапии, для окраски автомобилей, для осаждения дымов и туманов, для изучения состава растворов и др.

Электрофорез лекарственный – метод физиотерапии, заключающийся в одновременном воздействии на организм постоянного электрического тока и вводимых им (через кожу или слизистые оболочки) ионов лекарственных веществ. При лекарственном электрофорезе повышается чувствительность рецепторов к лекарственным веществам, которые полностью сохраняют свои фармакологические свойства. Основные особенности лекарственного электрофореза – выраженное и продолжительное терапевтическое действие малых доз лекарственных веществ за счет создания своеобразного кожного депо применяемых препаратов. Электрофорез лекарственный применяется при заболеваниях центральной и периферической нервной системы, опорно-двигательного аппарата, гинекологических заболеваниях и др.

Возможность упростить процесс обработки обширной и разносторонней информации, получаемой в результате электрофоретических и других исследований, дает использование лабораторной компьютерной системы. Получаемые денситограммы представляют собой графики зависимости оптической плотности от подвижности каждой фракции. Площадь пика пропорциональна количеству белков, находящихся в соответствующей фракции. Каждая фракция соответствует определенному белку. Процентное содержание отдельных белковых фракций меняется при многих заболеваниях. С помощью электрофореза можно провести первый этап оценки следующих патофизиологических процессов: иммунодефицит, воспалительный процесс, снижение синтеза белка, состояние потери белка, внутрисосудистый гемолиз, генетические варианты белков. Альбумины выполняют важную функцию по транспортировке многих биологически активных веществ. Они способны связываться с холестерином. Значительная часть кальция в сыворотке также связана с альбумином. Бóльшая часть антител, содержащихся в сыворотке, связана с фракцией g-глобулинов. Уменьшение содержания белков этой фракции резко снижает защитные силы организма.

а)
Содержание белков

А
сыворотки крови в норме

альбумин 56,3—68,8%
α1-глобулин 3—5,8%
α2-глобулин 6,9—10,5%
Д
Г
В
β-глобулин

7,3—12,5%
Б
γ-глобулин

12,7—19,2%

 

           
 
б)
   
в)
 
г)
 


 

 


Рис. 13 Графики зависимости оптической плотности от процентного содержания каждой фракции белка в сыворотке крови: А – альбумин; Б – a1-глобулин; В – a2-глобулин; Г – b-глобулин; Д – g-глобулин.

а) нормальная электрофореграмма сывороточных протеинов;

б) электрофореграмма при хроническом воспалении;

в) электрофореграмма при тяжелой форме гепатита;

г) электрофореграмма при циррозе.

 

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Свойства высокомолекулярных

На сайте allrefs.net читайте: свойства высокомолекулярных.

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: СВОЙСТВА РАСТВОРОВ ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТОВ.

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

СОЕДИНЕНИЙ И ИХ РАСТВОРОВ.
  Практическая значимость темы Совершенно очевидно, что без образования ВМС вообще невозможно было бы возникновение жизни на Земле. Изучение

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги