Примеры решения задач. Рассчитайте относительную молекулярную массу поливинилового спирта, если постоянные в уравнении Марка-Куна-Хаувинка следующие: К = 4,53∙10-5 см3/г

Задача 1.

Рассчитайте относительную молекулярную массу поливинилового спирта, если постоянные в уравнении Марка-Куна-Хаувинка следующие: К = 4,53∙10^-5 см³/г; α = 0,74; характеристическая вязкость [η] = 0,15 см³/г.

Решение

Подставляя значения в уравнение Марка-Куна-Хаувинка [η] = КМ^α получаем

0,15 = 4,53∙10^-5∙ М ^0,74

или

М ^0,74 = 10⁵ =3,311 ∙ 10^-2 ∙ 10⁵ = 3,311 ∙ 10³, т.е. М ^0,74 = 3311.

Это равенство логарифмируют: 0,74 lg M = lg 3311. Значение lg 3311 находят по таблице логарифмов.

lg M = = 4,757, т.е. lg M = 4,757. Далее по таблице антилогарифмов находят значение М. Оно равно 57 150.

Ответ: 57 150.

Задача 2.

Рассчитайте относительную молекулярную массу белка миоглобина, если постоянные в уравнении Марка-Куна-Хаувинка для раствора данного белка в воде следующие: К = 2,32 ∙10^-2 см³/г; α = 0,5; характеристическая вязкость [η] = 3,1 см³/г.

Решение

Для расчетов пользуемся уравнением Марка-Куна-Хаувинка и подставляем в него данные:

3,1 = 2,32 ∙ 10^-2 М ^0,5;

М ^0,5 = = 1,336 ∙ 10² = 1,33,6, т.е. М ^0,5 = 133,6.

Возводим обе части равенства в квадрат и получаем относительную молекулярную массу: М = (133,6)² = 17 849.

Ответ: 17 849.

 

Задача 3.

В четыре пробирки с 1 М растворами СН₃СООК, КСNS, K₂SO₄ и KCl поместили по 0,5 г полярного полимера. В каком из растворов электролита набухание полимера максимально, в каком – минимально и почему?

 

Решение

Действие ионов электролитов и набухание ВМС связано с их способностью к гидратации. По способности уменьшить набухание анионы располагаются в ряд (при одном и томже катионе):

 

CNS^1- > I^1- > Br^1- > NO₃^1- > Cl^1- > CH₃COO^1- > SO₄^2-

 

Поскольку ионы CNS^1- усиливают набухание, а ионы SO₄^2- - тормозят, то в растворе KCNS набухание максимально, а в растворе К₂SO₄ – минимально.

 

Задача 4

Изоэлектрическая точка пепсина желудочного сока находится при Рн 2,0. Каков будет заряд макромолекулы фермента при помещении его в буферный раствор с рН 8,5?

Решение

При помещении пепсина в раствор с рН среды большей ИЭТ подавляется диссоциация аминогрупп и макромолекулы фермента приобретают отрицательный заряд:

 

‾ООС – R – NH₃⁺ + R – COO ^‾ + H₂O

 

Задача 5

Желатина помещена в буферный раствор с рН 3. Определите знак заряда частиц желатины, если изоэлектрическая точка белка равна 4,7.

Решение

При помещении желатины в раствор с рН среды, меньшим ИЭТ, подавляется диссоциация карбоксилььных групп и частицы желатины приобретают положительный заряд:

 

‾ООС – R – NH₃⁺ + Н⁺ ↔ НООС – R – NH₃⁺

 

Задача 6

Изоэлектрическая точка белка альбумина равна 4,9. Белок помещен в буферную смесь с концентрацией водородных ионов 10 ^-6 моль/л. Определите направление движения частиц белка при электрофорезе.

Решение

Если концентрация ионов водорода 10 ^-6 моль/л, то рН среды равен 6, так как рН = -lg[H⁺].

Поскольку рН среды > ИЭТ (6 > 4,9), то согласно следующему уравнению белок приобретает отрицательный заряд и при электрофорезе перемещается к аноду:

 

H₃N⁺ – CH(R) – COO ^‾ + OH ^‾ ↔ H₂N – CH(R) – COO ^‾ + H₂O

 

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

Работа № 1.

ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БИОПОЛИМЕРОВ

 

Цель работы: Экспериментально подтвердить зависимость степени набухания ВМС от природы растворителя и рН среды; научиться определять изоэлектрическую точку белка; изучить влияние электролитов на растворимость белков.

 

ЗАДАНИЕ 1. Определить степень набухания резины в воде, бензине и скипидаре.

Практическая часть.

Взвешивают три кусочка резины (каждый отдельно) опускают первый в бюкс с водой, второй кусочек в бюкс с бензином, третий – со скипидаром. Через 30 минут кусочки вынимают, сушат фильтовальной бумагой и взвешивают. Рассчитывают степень набухания по формуле, приведённой выше. Полученные данные оформляют в виде таблицы:

Растворитель	МАССА ПОЛИМЕРА	Степень набухания
Вода Скипидар Бензин	исходного	набухшего

 

По итогам выполнения работы сделать вывод о зависимости набухания резины от природы полимера и растворителя.

ЗАДАНИЕ 2. Определить степень набухания желатины при различных значениях рН среды

В сухие пробирки на 10 мл вносят по 0,5 мл порошка желатины и добавляют до верхней метки следующие растворы: в первую – 0,1 М раствор соляной кислоты, во вторую – буферный раствор с рН = 4,7, в третью – дистиллированную воду, в четвёртую – 0,1 М раствор гидроксида натрия. Содержимое пробирок перемешивают стеклянной палочкой, которую после каждого перемешивания промывают дистиллированной водой. Через 30 минут определяют объём набухшей желатины и рассчитывают степень набухания по формуле, указанной выше. Полученные результаты оформляют в виде таблицы:

Система	рН среды	ОБЪЁМ ПОЛИМЕРА	Степень набухания
	Исходного (V0)	Набухшего (V)
0,1 М раствор HCl 1∙10-5 М р-р HCl 1∙10-5 М р-р NaOH 0,1 M р-р NaOH

 

Строят график зависимости степени набухания от рН среды и делают вывод о влиянии рН среды на набухание желатины.

 

ЗАДАНИЕ 3. Определение ИЭТ белка.

В каждую из пяти центрифужных пробирок наливают по 1 мл ацетатного буфера с рН 3,2; 4,1; 4,7; 5,3; 6,2. Затем добавляют по 0,5 мл раствора белка (желатины) с его массовой долей от 0,5 до 1% и по 1 мл ацетона. Содержимое пробирок тщательно перемешивают, на тёмном фоне отмечают степень мутности проб и качественно оценивают по пятибалльной шкале. В случае слабо выраженной мутности в каждую пробирку вносят ещё по 0,5 мл ацетона. Максимум мутности соответствует максимальной коагуляции белка, наблюдаемой в пробирке с раствором, рН которого равен ИЭТ белка.

Для более чёткого обнаружения максимальной коагуляции белка пробирки помещают в центрифугу и центрифугируют их в течение 2-3 мин при скорости вращения 3000 об/мин. На дне пробирок появляются осадки. Надосадочную жидкость сливают быстрым опрокидыванием пробирок. К осадку добавляют по 2 мл биуретова реактива (смесь растворов сульфата меди и тартрата натрия-калия). Интенсивность фиолетовой окраски пропорциональна количеству выпавшего белка. Интенсивность окраски оценивают визуально по пятибалльной шкале или измеряют оптическую плотность растворов с помощью фотоколориметра (используют кювету с толщиной слоя 10 мм и желтый светофильтр). Результаты записывают в виде таблицы:

рН	3,2	4,1	4,7	5,3	6,2
Степень мутности   Интенсивность окраски (по пятибалльной шкале)

 

На основании проделанной работы определяют ИЭТ желатины.

 

ЗАДАНИЕ 4. Провести осаждение желатины из раствора методом высаливания

К раствору белка в пробирке приливают насыщенный раствор сульфата аммония до выпадения белка в осадок. Затем, добавляя в пробирку воды, добиваются полного растворения осадка.

В выводе анализируют механизмы, объясняющие выпадения белка в осадок и его растворение.

 

ТЕСТИРОВАННЫЙ КОНТРОЛЬ

ПО ТЕМЕ: «ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ»

 

ТЕСТ № 1 (ВМС)

1. Получение раствора ВМС состоит из следующих стадий: а) набухание; б) растворение; в) застудневание; г) высаливание.

1) а,в; 2) а,б; 3) а,б,в,г; 4) а,б,в.

 

2. Степень набухания белка в ИЭТ: 1) минимальна; 2) максимальна; 3) не зависит от рН.

 

3. Слияние водных оболочек нескольких частиц ВМС без объединения самих частиц называется: 1) желатинированием; 2) синерезисом; 3) тиксотропией; 4) коацервацией.

 

4. При денатурации сохраняется следующая структура белка: 1) первичная; 2) вторичная; 3) третичная; 4) четвертичная.

 

5. Математическая зависимость [ η ] = KM ^a - это уравнение: 1) Галлера; 2) Штаудингера; 3) Эйнштейна; 4) Марка-Куна-Хаувинка.

 

ТЕСТ № 2 (ВМС)

1. Процесс отделения низкомолекулярного растворителя из студня называется: 1) застудневанием; 2) синерезисом; 3) тиксотропией; 4) денатурацией.

 

2. Свойства ВМС общие со свойствами коллоидных систем: а) агрегативная устойчивость; б) большой размер частиц; в) электрические свойства: г) мембранное равновесие Доннана; д) отсутствие способности к диализу.

1) а,б,в,г; 2) а,б,в,г,д; 3) б,в,г,д; 4) а,б,в,г,д.

 

3. Если в молекуле белка больше –NH₂, чем групп –СООН, то рI данного белка находится в среде: 1) кислой; 2) нейтральной; 3) щелочной.

 

4. На процесс растворения ВМС влияют: а) температура; б) рН среды; в) природа ВМС; г) природа растворителя; д) присутствие электролита.

1) а,б,в; 2) а,в,г,д; 3) а,б,в,г,д; 4) а,б,в,г.

 

5. Математическая зависимость η =КМС – это уравнение: 1) Галлера; 2) Эйнштейна; 3) Марка-Хаувинка; 4) Штаудингера.

 

ТЕСТ 3 (ВМС)

1. Аномально высокой вязкостью обладают: 1) истинные растворы; 2) коллоидные растворы; 3) растворы ВМС.

 

2. Онкотические отёки возникают при: а) понижении концентрации белков в плазме; б) снижении онкотического давления; в) повышении концентрации белков в крови; г) снижении концентрации электролитов.

1) а,б; 2) а,в,г; 3) а,б,в,г; 4) а,в.

 

3. Способность геля разжижаться при механическом воздействии и самопроизвольно восстанавливать свои свойства в состоянии покоя называется: 1) синерезис; 2) коагуляция; 3) коалесценция; 4) тиксотропия.

 

4. Проникновение в структуру мицелл молекул различных веществ называется: 1) солюбилизация; 2) высаливание; 3) коацервация; 4) коагуляция.

 

5. В ИЭТ белки имеют заряд: 1) отрицательный; 2) положительный; 3) равный нулю.

 

ТЕСТ 4 (ВМС)

1. Растворы ВМС – это системы: а) гомогенные; б) гетерогенные; в) равновесные; г) образующиеся самопроизвольно; д) образующиеся несамопроизвольно, требуют стабилизатора. 1) а,в,д; 2) а,в,г; 3) б,в,г; 4) б,г; 5) а,г.

 

2. Минимальное набухание наблюдается при: 1) рН > р I; 2) рН = р I; 3) рН < р I;

 

3. Заряд белковой молекулы зависит от: а) рН среды; б) соотношения групп –NH₂ и –СООН; в)степени диссоциации ионогенных групп.

1) а,б,в; 2) б,в; 3) а,в; 4) а,б.

 

4. Увеличение вязкости крови происходит при: а) атеросклерозе; б) венозных тромбозах; в) повышении концентрации белка в плазме; г) отёках; д) снижении концентрации белка в плазме крови.

1) а,б,в; 2) а,б,в,г; 3) а,б,г; 4) а,в,г.

 

5. Процесс застудневания зависит от: а) температуры; б) концетрации; в) рН среды. 1) а,б; 2) а,в; 3) а,б,в; 4) б,в.

 

ТЕСТ 5 (ВМС)

 

1. Осмотическое давление растворов ВМС зависит от: а) температуры; б) рН среды; в) концентрации. 1) а,б; 2) б,в; 3) а,б,в; 4) а,в.

 

2. Какие виды вязкости различают в растворах ВМС: а) относительная; б) удельная; в) приведённая; г) характеристическая.

1) а,б,в; 2) а,б,в,г; 3) а,б,г; 4) а,в,г.

 

3. К свойствам студней относятся: а) денатурация; б) коацервация; в) синерезис; г) диффузия.

1) а,б; 2) а,в,г; 3) а,б,г; 4) в,г.

 

4. При денатурации разрушаются следующие структуры белка: а) первичная; б) вторичная; в) третичная; г) четвертичная.

1) а,б,в; 2) а,б,в,г; 3) в,г; 4) б,в,г.

 

5. Факторы, влияющие на процесс высаливания ВМС: а) природа полимера; б) природа растворителя; в) рН среды; г) концентрация электролита; д) природа электролита.

1) а,б,г; 2) б,в,г; 3) а,в,г; 4) а,б,в; 5) все.

 

 

ТЕСТ 6 (ВМС)

 

1. Явление тиксотропии характерно для: 1) гелей; 2) суспензий; 3) золей; 4) истинных растворов.

 

2. Максимальное высаливание ВМС достигается при: 1) рН > рI; 2) pH = pI; 3) pH < pI.

 

3. При синерезисе объём студня: 1) уменьшается; 2) увеличивается; 3) не изменяется.

 

4. Онкотическое давление – это часть осмотического давления крови, обусловленное присутствием: 1) белков; 2) электролитов; 3) неорганических электролитов; 4) низкомолекулярных соединений.

 

5. Математическая зависимость Р_осм = RT + Kc² – это уравнение:

1) Галлера; 2) Эйнштейна; 3) Штаудингера; 4) Марка-Куна-Хаувинка.

 

 

ТЕСТ 7 (ВМС)

 

1. Вязкость растворов ВМС с увеличением концентрации: 1) уменьшается; 2) увеличивается; 3) не изменяется.

 

2. Молекула белка будет перемещаться в электрическом поле при: а) рН > рI; б) рН = рI; в) рН < рI.

1) а,б; 2) б,в; 3) б; 4) а,в.

 

3. Свойства растворов ВМС со свойствами истинных растворов: а) агрегативная устойчивость; б) большой размер частиц; в) электрические свойства; г) аномальная вязкость; д) гомогенность.

1) а,б,в; 2) б,в,г; 3) г,д; 4) а,д.

 

4. Если в молекуле белка больше групп – СООН, чем групп –NH₂, то рI данного белка находится в среде: 1) кислой; 2) нейтральной; 3) щелочной.

 

5. Набухание, которое заканчивается растворением полимера называется: 1) неограниченным; 2) ограниченным; 3) тиксотропным.

 

ТЕСТ 8 (ВМС)

 

1. Специфические свойства растворов ВМС: а) аномальная вязкость; б) способность к застудневанию; в) коацервация; г) способность осаждаться; д) коллоидная защита.

1) а,б,в,г; 2) а,б,в,г,д; 3) б,в,г,д; 4) а,в,г,д.

 

2. Способность растворов ВМС осаждаться под действием электролитов называется: 1) высаливанием; 2) тиксотропией; 3) коацервацией; 4) синерезисом.

 

3. Белки обладают следующими свойствами: а) кислотно-основными; б) окислительно-восстановительными; в) комплексообразующими; г) поверхностными.

1) а,б,в; 2) а,б,в,г; 3) а,в,г; 4) а,б,г.

 

4. Потеря раствором ВМС текучести и переход в студень – это:

1) желатинирование; 2) тиксотропия; 3) синерезис; 4) коацервация.

 

5. Повышение порого коагуляции коллоидного раствора при добавлении к нему ВМС, называется: 1) денатурация; 2) коллоидная защита; 3) синерезис; 4) коацервация.

 

ТЕСТ 9 (ВМС)

 

1. Денатурация – это процесс разрушения природной пространственной структуры белка под воздействием: а) температуры; б) рН; в) облучения;

г) солей тяжелых металлов; д) концентрированных щелочей.

1) а,б,в; 2) а,в,г; 3) а,в,д; 4) а,б,в,г,д.

 

2. Необратимый процесс старения студня, сопровождается упорядочением структуры с сохранением первоначальной формы, сжатием сетки и выделением из неё растворителя называется: 1) синерезис; 2) коалесценция; 3) коагуляция; 4) тиксотропия.

3. Максимальное набухание наблюдается при: 1) рН > рI; 2) pH = pI; 3) pH < pI.

 

4. Какая вязкость позволяет судить о конформационных изменениях макромолекул ВМС: 1) удельная; 2) приведённая; 3) характеристическая; 4) относительная.

 

5. Какие ВМС являются биополимерами: 1) белки; 2) крахмал; 3) натуральный каучук; 4) гликоген.

 

 

ТЕСТ 10 (ВМС)

 

1. Процесс набухания ВМС является: 1) самопроизвольным, ∆G > 0; 2) несамопроизвольным, ∆G > 0; 3) самопроизвольным, ∆G < 0; 4) несамопроизвольным, ∆G < 0;

 

2. Набухание белков происходит при: а) возникновении отёков; б) сокращении мышц; в) переваривании пищи; г) кулинарной обработке пищи.

1) а,б,в; 2) а,в,г; 3) а,б,в,г; 4) а,в.

 

3. Укажите факторы, от которых зависит характеристическая вязкость: 1) природа полимера; 2) относительная молекулярная масса полимера; 3) концентрация полимера в растворе; 4) скорость взаимного перемещения слоёв.

 

4. Процессы образования растворов ВМС сопровождаются: 1) ограниченным набуханием; 2) неограниченным набуханием; 3) уменьшением свободной энергии Гиббса; 4) увеличением свободной энергии Гиббса.

 

5. Укажите факторы, от которых зависит заряд молекулы белка:

1) концентрация ионов водорода в растворе; 2) число карбоксильных и аминных групп; 3) природа растворителя; 4) степень ионизации функциональных групп.

 

 

ОТВЕТЫ

НА ТЕСТЫ ПО ТЕМЕ «ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ»

 

ТЕСТ 1 (ВМС)

№ ВОПРОСА
ОТВЕТ

 

ТЕСТ 2 (ВМС)

№ ВОПРОСА
ОТВЕТ

 

ТЕСТ 3 (ВМС)

№ ВОПРОСА
ОТВЕТ

 

ТЕСТ 4 (ВМС)

№ ВОПРОСА
ОТВЕТ

 

ТЕСТ 5 (ВМС)

№ ВОПРОСА
ОТВЕТ

 

ТЕСТ 6 (ВМС)

№ ВОПРОСА
ОТВЕТ

 

ТЕСТ 7 (ВМС)

№ ВОПРОСА
ОТВЕТ

 

ТЕСТ 8 (ВМС)

№ ВОПРОСА
ОТВЕТ

 

ТЕСТ 9 (ВМС)

№ ВОПРОСА
ОТВЕТ					1,4

 

ТЕСТ 10 (ВМС)

№ ВОПРОСА
ОТВЕТ			1,2	2,3	1,2,3,4

 

 

ЛИТЕРАТУРА

ЛИТЕРАТУРА ОСНОВНАЯ

(общая химия)

1. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учебник для медицинских вузов. /Ю.А. Ершов, В.А. Попков, А.С. Берлянд и другие. Под ред. Ю.А. Ершова, 8 изд.,560 с. – М.: Высш. Шк., 2010.

2. Практикум по общей химии. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учебное пособие для студентов медицинских вузов.(Ред. В.А. Попков).- М., Высшая школа, 4 изд., 239 с., 2008 г.

3. Сборник задач и упражнений по общей химии. Учебное пособие. (С.А.Пузаков, В.А. Попков, А.А. Филиппова). М: Высшая школа, 4 изд., 255с., 2010г.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

1. Слесарев В.И. Химия: Основы химии живого: Учебник для вузов. – СПб: Химиздат, 2000.

2. Барковский Е.В., Ткачёв С.В., Пансевич Л.И., Латушко Т.В., Болбас О.П. Основы биофизической и коллоидной химии. «Вышэйшая школа», Минск, 2009.

3. Гельфман М.И., Ковалевич О.В., Юстратов В.П. Коллоидная химия. СПб.: Издательство «Лань», 2003.

4. Глинка, Н.Л. Общая химия: учебник /под ред. В.А. Попковав, А.В. Бвбкова. – 18 изд., перераб. и доп. – М.: Издательство Юрайт; ИД Юрайт, 2011. (Учебник ориентирован на студентов медицинских вузов).