Бионеорганическая химия. Жидкие среды организма. (Лекция 2) презентация

Структура водных растворов
Самойлов О.Я.
Вода
Структурированная, ≈40%
Деструктурированная:
клатраты,
отдельные молекулы воды
≈60%
Раствор
электролита
Положительная гидратация
высокая поверхностная плотность заряда
(большой заряд, малый радиус ионов)
Na+, Mg2+, Cl-, CO32-
τ > 10-9 c
Отрицательная гидратация
Низкая поверхностная плотность заряда
(малый заряд, большой радиус ионов)
K+, NH4+, Br-, HPO42-
τ < 10-9 c
«свободная» вода
τ ≈ 10-9 c

Положительная гидратация
катиона
Отрицательная гидратация
катиона
Зона структурированной воды
Зона деструктурированной воды
Собственная структура воды
Структура водных растворов

Структура водных растворов
Гидрофобная гидратация
Неполярные молекулы (О2, N2)
ассоциаты (клатраты)
«айсберги»
Дифильные молекулы
Гидрофильная «голова»
-COOH, -NO2, -NH2
Гидрофобный «хвост»
С6Н5-, СnH2m+1-
Форма существования зависит
от концентрации
от количества свободной воды

Структура водных растворов
Белки структурируются водой!
Монослои
на поверхности воды
Мицеллы
«внутри» раствора
низкая концентрация
дифильного вещества
малое количество
«свободной» воды
высокая концентрация
«голова»
«хвост»
«хвост»
«голова»

Структура водных растворов
Вода
свободная
структурированная
деструктурировнная
связанная
Внутриклеточная жидкость
«запас»
зависит от
концентрации!
K+
HPO42-
H2PO4-
Na+
Cl-
HCO3-
CO22-
Не структурируют воду,
оставляют для «белков»

Высаливание и анестезия
Увеличение
концентрации
ионов
Уменьшение
количества
свободной воды
Понижение
растворимости
других компонентов
Возможность разделения белков по их молярной массе
Анестезирующий эффект
Лайнус Полинг
(Pauling)
Нобелевская премия по химии, 1954
Нобелевская премия мира, 1962
C2H5OC2H5
CHCl3
N2O
Гидрофобная гидратация
Необходима
деструктурированная
вода
разрушение
гидратной
оболочки белков
отслаивание
белков
образование
новой границы
раздела
нарушение ионной
проводимости межклеточной мембраны

Осмос
Осмос – самопроизвольная диффузия молекул растворителя через мембрану
с избирательной проницаемостью
Свн
Снар
Свн > Снар
Н2О
Эндоосмос
Свн
Снар
Свн < Снар
Н2О
Экзоосмос
тургор
Гемолиз – гемоглобин в плазму
Плазмолиз
Свн = Снар изотонический раствор
Основная роль осмоса – перемещение воды по организму

Натрий-калиевый насос
Внеклеточная среда
С(Na+) ≈ 140 мM
С(К+) ≈ 5 мM
Внутриклеточная среда
С(Na+) ≈ 10 мM
С(К+) ≈ 160 мM
м
м
2К+
3Na+
2К+
3Na+
АТФ + Н2О
АДФ + Ф + Н+
Белковый канал

Буферные системы организма
Гидрокарбонатная
СO2/HCO3-
«Служба быстрого
реагирования»
Гидрофосфатная
H2PO4-/HPO42-
Гемоглобиновая
HHb/Hb-
HHbO2/HbO2-
Протолитический гомеостаз
Протеиновая
NH2-Prot-COOH
анионная
NH2-Prot-COO─
канионная
+NH3-Prot-COOН
высокая буферная емкость
по кислоте
Особенность «живых» буферных систем
Ацидоз – уменьшение емкости
Алкалоз – увеличение емкости
ΔрН (крови) > 0.6

Буферные системы организма
Сопряженность буферных систем
карбоангидраза
Вдох
Выдох
O2
HCO3-
CO2
Cl-
CO2
Cl-
O2
HCO3-
в легких
в тканях

Гетерогенные системы организма
Плазма крови
[Ca2+] = 1,1∙10-3 M
[HPO42-] = 2,9∙10-4 M
ИП = 3,2∙10-7
КS (CaHPO4) = 2,7∙10-7
Размер кристаллов - 10-9÷10-7 м коллоидное состояние
pH = 8,3
КS (Ca5(PO4)3OH) = 1,6∙10-58
гидроксиапатит
поверхность коллагена
Ca5(PO4)3F – зубная эмаль
Ca3(PO4)2
КS (Ca3(PO4)2) = 2∙10-29
резерв ионов кальция и фосфатов в организме