Хидрофилни и хидрофобни материали. Хидрофилни вещества
Хидрофилни вещества
Хидрофилни вещества (вещества)
Твърдите вещества, които имат имота, са омоквени с вода. Не мокри маслени течности.
Кратка електронна директория за основните петролни и газови терминали с напречна референтна система. - м.: Руски държавен университет по петрол и газ. I. М. Губкина. Ма. МОХОВ, Л.В. ИМЕРЕВСКИ, Е.С. Който може да се случи. 2004 .
Гледайте какво е "хидрофилни вещества" в други речници:
Хидрофилни бази на мехлеми - Стилът на този член е не енциклопедичен или нарушава нормите на руския език. Статията трябва да бъде коригирана според стилистичните правила на Уикипедия. Основна статия: Мази Основи Хидрофилни Контурни фондове Изходящи потоци, приложени към ... ... Wikipedia
Хидрофилни - (от хидро и Фил) "любящи води" вещества, чиито молекули са електрически и лесно свързани с водни молекули. Обратното на хидрофобната ("не-любяща вода") вещество ... Началото на съвременната природна наука
Уплътнителни вещества - високополимер хидрофилни вещества, използвани за компактни хранителни носители. В среда за хеморготрофи като U.V. Използват се автомобил (виж) и желатин (виж) за автотрофични организми силикагел (виж). Малко ... ... Речник на микробиологията
Вещества, които могат да се натрупват (сгъстят) върху повърхността на контактуване на две тела, наречени повърхността на фазовото разделяне или междурелителната повърхност. Върху вътрешната повърхност на P. a. в. образуват слой от повишена концентрация на адсорбция ... ... Велика съветска енциклопедия
повърхностноактивни вещества (повърхностноактивни вещества) - вещества, способни да адсорбират повърхността на фазовите секции и причиняват намаляване на повърхностното (междуфазово) напрежение. Типични повърхностноактивни органични съединения, чиито молекули съдържат лиофилна и алкохолна (обикновено хидрофилна и ... ... Енциклопедичен речник за металургията
Повърхностно активни вещества - (а. повърхностноактивни вещества; N. grenzflachenaktive stoffe, oberflachenaktive stoffe; f. Вещества тензио активизи; и. Surfac tantes), вещества с асиметричен mol. структура, молекули за ризи имат дестилация, т.е. съдържа лиофилни и ... ... Геоложка енциклопедия
повърхностно активни вещества - спестяване на материал, който може да адсорбира на повърхността на фазовия участък и да причини намаляване на повърхността. (интерферентно) напрежение. Типични повърхностноактивни вещества - органични. Съединения, молекули към RYY съдържат лиофилна и алкохолна (обикновено хидрофилна и хидрофобна) при ... Директория за технически преводач
Повърхностни видове вещества с асиметрична молекулна структура, чиито молекули имат дестилация, т.е., съдържат лиофилни и лиофобични (обикновено хидрофилни полярни групи и хидрофобни радикали) атомни групи. Димил ... ... Маслена и газова микропедия
Клетъчни мембрани - Този термин има други значения, виж мембраната, изображение на клетъчна мембрана. Малките сини и бели топки съответстват на хидрофилните "глави" на липидите и линиите, свързани с тях с хидрофобни "опашки". На снимката ... ... Уикипедия
Избирателна пропускливост - Този термин има други значения, виж мембраната, изображение на клетъчна мембрана. Малките сини и бели топки съответстват на хидрофилните "глави" на липидите и линиите, свързани с тях с хидрофобни "опашки". Фигура показва ... ... Уикипедия
Lotus лист, по който водата се събира, събирайки се в топки, водоотблъскващи повърхности и защитни съединения за обувки, плаващи в бюлетина от маслени чаши - всички тези примери за наречените свойства на молекулите хидрофоготика . Освен това, хидрофобски ефект Тя играе важна биологична роля: сгъване и правилна работа на протеинови молекули, образуването на биомембран, разпознаване, което се разпознава взаимно чрез молекули, също е "програмирано" използване на хидрофобни свойства. Интересното е, че хидрофобният ефект не се свежда до "обикновени" физически взаимодействия: си струва вторият закон на термодинамиката и оценката на стойността ентропия.
Бяс
Vodoboid, Or хидрофобия (от д-р гръцки. νδωρ - "вода" и φοβος - "страх") извикайте страха от появата на болезнени поглъщащи крампи, докато се опитвате да направите глътка вода, при вида на водата или да го споменем. Наблюдава се, когато е закалено, истерия, бяс (и самата лудост е била наречена тази дума).
Така че тук хидрофобиетоКоито ще бъдат обсъдени - това е за свойствата на молекулите, а не симптомите на хората.
Запознат с всички от детството изразът "като гъска вода" показва това хидрофобието - Не е такъв безпрецедентен феномен, както можеш да мислиш за неговото име. Действително, ефектът от "отблъскването" на водата често се среща около нас: просто погледнете голата писалка или лотос листа (фиг. 1 но), За които се спускат водните капки, като ливакната топка над повърхността на стъклото, оставяйки следа зад себе си. Класическите идеи за хидрофобните повърхности казват, че индикаторът тук е ръмният ъгъл на омокряне θ, който е за омокрящи се повърхности по-малко от директен ъгъл (90 °) и за несравним - повече от него (Фиг. 1) б.). По-специално, за водните капчици на повърхността на парафина θ \u003d 109 °, а на повърхността на хидрофобния известен материал - флуоропластична - тя ще бъде 112 °. В същото време "абсолютно" хидрофобната повърхност ще бъде описана под ъгъл от 180 °, когато водата се спуска надолу от повърхността, без секунда върху нея без да се задържа.
Така че наистина гъска хидрофобна флуоропласт? Всъщност е, но се постига за сметка на малък трик: повърхността на перата на гъската (както и лотостът) не е плоска, но микроскопични пирамиди или покрити косми, които намаляват площта на Контакт с капка и ефективна адхезия (фиг. 1 в). В същия принцип се основават супер хидрофобски Повърхности, които отблъскват водата почти перфектно (видео 1).
Фигура 1. Lotus Leaf: Пример за хидрофобна повърхност. но - всъщност означава хидрофобност пранеКогато водата се отдръпне напълно от повърхността, оставяйки мокри следи. б. - определяне на хидрофобна повърхност на основата на ръба на ъгъла на омокряне θ: с θ< 90° поверхность называют смачиваемой (гидрофильной), при θ > 90 ° - Непарализирани (хидрофобни). Ефекта от абсолютната хидрофобност (или. \\ T супер хидрофоб) Тя се постига чрез микроскопична грапавост, която намалява площта на капка за контакт с повърхността. в - Как е подредена повърхността на лотоса: микроскопичните шипове не дават капки вода, за да овлажняват повърхността и те се оттеглят от листа. "Към проверката" между размерите на капка вода също не може, защото в тази скала повърхностното напрежение вече не дава спад на по-малък.
Видео 1. Супер хидрофобна повърхност. Грубовитост на повърхността на микрокала ( см. Фиг. един б.) Намалява ефективната контактна зона с капки вода, които в тази скала, дължащи се на повърхностното напрежение, се държи като еластично тяло.
Да разбера защо Някои вещества са приятно омокряне с вода и с гъска тя, както казва поговорката, ролките, трябва да паднат на нивото на отделни молекули и да помислят как молекулите взаимодействат помежду си.
Хидрофобни молекули
По отношение на химикал хидрофобски (или, какво е същото нелепа) Са молекули, които не съдържат химични групи, способни да образуват водородни връзки с вода. Например, той е бензол и други течни въглеводороди (компоненти на бензин). Въпреки това, най-интересните имоти имат амфипал Молекули, съдържащи както полярни, така и неполярни части: това води до факта, че те образуват доста сложни структури в смеси с вода: мицели, везикули, слоеве и по-сложни форми. Образуването на всички тези сложни форми се управлява хидрофобски ефект.
Какво е интересно, въпросът за молекулярната природа на хидрофобността се връща към Бенджамин Франклин, който в свободното свободно време изследва разпространението на зехтин на повърхността на езерото ,. Зоната на място от една лъжица масло се получава през цялото време, същото - половин акър, а дебелината всъщност е равна на една молекула. Беше през 1774 г., и въпреки че тогава идеите за молекулярната природа на веществата все още бяха изключително мъгливи, цялостното любопитство на държавните съпрузи беше, както виждаме, не като пример за настоящата. По един или друг начин, петролният експеримент поставя началото на изследванията на мономолекулярните липидни филми, за които несъмнено става ясно: някои молекули "не харесват" вода, която не само не се смесва с нея, но и готови да се разрешават от вода от всички възможни методи - Например, натрупване под формата на слой с дебелина на една молекула (монослой) върху границата на водата с въздух. (Повече подробности с проучванията на липидните филми могат да бъдат намерени в статията " Молекули-русалки » .)
Друг важен тип амфипални молекули са почвата, универсално използвана във всички и народна икономика. Принципът на тяхното действие може да бъде подчертан дори от реклами: неполярната част на молекулите на детергента "изпъкват" с молекулите на замърсителите (обикновено хидрофобна), а полярната част активно взаимодейства с водни молекули. В резултат на това се случва разтворяване: Мръсотия се разпада от повърхността и е вътре в агрегиращите сапунени молекули, проявявайки полярните фрагменти "външен" и скриване на хидрофобните части "вътре".
Въпреки това, се радват на продукта качества на най-добрите детергенти ни позволяват още по-важно качество на амфифицираните молекули (а именно липиди): те служат като обвивка за всички известни форми на живот, образувайки мембрана на клетки, при които възникват всички жизнени процеси ( см. "Липидна основа на живота" ). Този важен факт ни казва, че молекулярният характер на хидрофобния ефект е нещо, което в никакъв случай не е празен, но да има основно значение за цялата биология, да не говорим за приложените индустрии.
Но при по-внимателно разглеждане се оказва, че за "атракцията" на хидрофобските частици един към друг и "отблъскването" от тях от вода не реагира на фундаментално физическо взаимодействие, като например гравитация или електростатични сили. Неговата природа се крие във физическия принцип, който налага ограничение по посока на ситуацията на повечето спонтанни процеси - а именно, в Вторият принцип на термодинамиката.
Някаква термодинамика
Термодинамиката е една от първите науки, които са прехвърлили мостове между микроскопския свят на атомите и молекулите и "нашия" макроскопски свят. Неговото раждане е свързано с изследването на работата на парни машини и името на Никола Карно (1796-1832), в чест на които се наричат \u200b\u200bтермодинамичните цикли, които определят количеството работа, която машината може да произведе. Продължил е от Joule, Келвин и Клазий, които обобщават тази първоначално чисто практическа област на мощна теоретична база.
Усилията на тези учени са формулирани основни закони, или start., термодинамиката, обобщаваща вековното емпирично преживяване на наблюдението на топлинните процеси. Първият започна преговори за запазването на енергията на изолирана система ("Законът за запазване на енергията"), а вторият - по посока на потока от спонтанни процеси. (Все още има нулев и трето начало, но тук няма да говорим за тях.) С второто начало концепцията е неразривно свързана. ентропия (И), които придобиха славата на най-мистериозната термодинамична стойност. Първоначално, официално дефиниран от CLAUSIUS като съотношение на предаваната топлинна система до температурата (ΔS \u003d ΔQ / t), по-късно ентропията придобива значението на глобалната "хаос мярка". Оттогава ентропията се е превърнала в основата на съвременната формулировка на второто начало:
Спонтанните процеси в изолирана система са придружени от увеличаване на ентропията.
Ludwig Boltzman (1844-1906) свързва цялата тази термална "кухня" с нивото на компонент на атомите на веществото, а дори преди атомната структура на материята става общопризнато. Той счита за основното постижение на живота си (през 1877 г.) на статистическата формула за изчисляване на ентропия: s \u003d k × logw, където е ентропия, К е константа, извикан по-късно от името на плевнята на самия Болцман, и W е статистическото тегло на държавата (номер микростестикоето се изпълнява от това макро). Въпреки лошото си зрение, той видя значително по-дълбоко от останалото "дълбоко в". Първо усети силата на статистическия подход към описанието термодинамични ансамбли И го прилага в молекулярна физика. Има версия, която Болцман е извършил самоубийство поради недоразумението на съвременниците, което е имал предизвикателство. Горната формула е издълбана на своя надгробен камък на гробището във Виена.
Въпреки цялата загадъчност на концепцията за ентропия, смисълът на втория закон е съвсем прост: ако системата е изолирана (т.е. тя не се обменя с външния свят, нито веществото, нито енергетиката), тогава ще се стреми държавата термодинамично равновесие- такъв макростат, който се реализира чрез максимален евентуален брой микрости (с други думи, който има максималната ентропия). Например, разбитата чаша никога няма да се придържа отново: първоначалното състояние (цяла чаша) се осъществява само по един начин (s \u003d 0), но финалната (разделена чаша) - астрономически голямо число Методи (S \u003e\u003e 0). Ето защо, уви в глобалната перспектива всички чаши са обречени. Прекрасната научна и популярна книга на Питър Екинс "Поръчка и риорес в природата" е посветена на обяснението на втория закон "за домакините".
Хидрофобски ефект от гледна точка на статистическата физика
Така че, като знаем втория закон, ние разбираме защо чашата на чая на масата ще се охлади до стайна температура, но никога само по себе си се загрява отново, люлее се топлината от въздуха в кухнята. (Ако не - тогава е необходимо да се чете книгата Etkins.) Но са същите мотиви, приложими за обяснение, например, вода и петролна недостатъчност? В края на краищата, вторият закон се стреми да "всички нива" и вода с масло, напротив, отказва да се разтвори взаимно (фиг. 2 но).
Фигура 2. Илюстрация на хидрофобски ефект. но - хидрофобският ефект (и в действителност, вторият закон на термодинамиката) води до "отблъскват" неполярни молекули (като масло) и да се намали зоната за контакт с тях. Поради това много малки капчици масло във вода в крайна сметка трябва непременно да се сливат заедно и да образуват слой. б. - Образуването на поръчано ("ядро") са необходими водни молекули близо до хидрофобната повърхност, така че водните молекули да образуват водородни връзки помежду си. Но това води до спад в ентропията, нерентабилни поради втория закон. в - естествена възможност за увеличаване на ентропията - намаляване контактната площ на хидрофобските водни молекули, която се появява при агрегиране на няколко неполярни молекули. В случай на амфифилни молекули, се появява самоорганизацията и образуването на доста сложни супрамолекулни структури, като мицели, биколи и везикули ( см. Фиг. 3).
И наистина, ако разгледаме само петрол, изглежда, че термодинамиката не работи: разтварянето на масления филм в дебелината на течността би изрично да увеличи ентропията в сравнение с монолай. Но всеки знае, че всъщност всъщност всъщност се случва напротив: Дори и водата с треперене на масло, емулсията ще прекъсне емулсията, а маслото отново образува филм, като оставя водната фаза.
Факт е, че водата в този пример е равен участник в разглежданата система и в никакъв случай не трябва да се пренебрегва. Както е известно, свойствата на водата (дори неговото течно състояние при нормални условия) се дължат на способността да се образуват водородни връзки. Всяка водна молекула може да образува до четири връзки с "квартали", но за тази вода трябва да бъде "във вода". В случай на присъствие на неполярна повърхност във водата, молекулите, съседни, престават да се чувстват "свободно": за да се образуват желаните водородни връзки, тези молекули трябва да бъдат ориентирани стриктно по определен начин, формират се "Западна" обвивка (фиг. 2 б.) Около хидрофобския обект. Това принудително подреждане се характеризира със значителен спад в ентропията на петролната система, която принуждава хидрофобните молекули да се агресират помежду си, намалявайки областта на контакт с полярната среда и следователно неблагоприятното намаляване на ентропичния фактор . Всъщност, тази вода кара маслото да се слее в един голям капка или петна, осъществявайки диалектичния принцип на "подобен на подобни".
Такова взаимодействие на полярни и нелерани фази се нарича хидрофобски ефект. Това явление причинява образуване на молекули на детергентите в разтвор на мицели, липиди - за образуване на моно- и бислос. Последното може да се затвори с образуването на мехурчета (липозоми) или биологични мембраниоколо клетката (фиг. 3). И по-сложни форми на липид полиморфизъм, например кубична липидна фазаШироко използван в структурните проучвания на мембранните протеини.
Фигура 3. Липид полиморфизъм. В зависимост от формата и други свойства на молекулата, които характеризират асиметричната структура на главата и опашката, липидите образуват различни супрамолекулни структури. Отгоре надолу: 1 - с обратна конична форма на молекулата, се образуват структури с положителна кривина (мицели и шестоъгълна фаза Н аз); 2 - цилиндричната форма дава плоски (ламелни) структури, като двупластови; 3 - С конична форма се образуват преобразувани шестоъгълни (Hi) и мицеларни фази.
"Дълбоко в" хидрофобски ефект
В случай на биологични молекули, хидрофобният ефект играе специална роля, тъй като формира биомехбранс, без който животът е невъзможен и допринася за определянето (до 90% от цялата работа) принос към срутването на протеиновите молекули, страничните вериги на аминокиселинните остатъци от които могат да имат различна природа: хидрофобна или хидрофилна. Наличието на такива различни субекти в една и съща линейна молекула придава на всички форми и извършените функции, които се наблюдават в протеини.
Въпреки това, в сухолекулярна скала, хидрофобният ефект е по друг начин, отколкото в случай на удължена неполярна повърхност или цяла лъжица масло: очевидно, групата от хидрофобни частици ще бъде стабилна само ако нейният размер надвишава праговата стойност ( ≈1 nm); В противен случай тя ще бъде унищожена от термичното движение на молекулите. Моделиране на молекулярната динамика (MD) показва разликата в структурата на "чистата" вода и вода близо до малкия (<1 нм) и большой (>\u003e 1 nm) хидрофобни частици. Ако в първите два случая всеки Водната молекула може да образува до четири водородни връзки, след това в случая на голяма хидрофобна частица, няма такава възможност, а водните молекули трябва да се подреждат в "западната" обвивка около тази частица (фигури 2) б. и 4).
Фигура 4. Различна конфигурация на водните молекули близо до малка ( но) и голям ( б.) хидрофобски частици (И в двата случая са изобразени червените сфери). Според MD частиците по-малко от 1 nm могат лесно да бъдат заобиколени от вода, без да се ограничава "свободата" и способността да се образуват водородни връзки. В случай на по-големи частици, за да се образува водородна връзка, граничната водна молекула е по специален начин за навигация по отношение на хидрофобната повърхност, която води до рационализиране на цял воден слой (или няколко) и намаление на ентропията на разтворителя. В същото време средният брой водородни облигации върху водната молекула намалява до три. Интересното е, че естеството на зависимостта на енергията на превръщането на частиците от неговия размер също се променя: до 1 nm енергия зависи от обема на частиците и над този праг - от повърхността му.
Същият "размер на прага" се потвърждава в експеримента, за да се определи приноса на хидрофобния ефект в сгъването на полимерната верига, в зависимост от размера на страничната група на мономера и температурата. Регистрацията на свободната енергия на солвацията е извършена с помощта на микроскоп от ядрено енергия, "счупена" полимерна молекула на една стая на стъпка. Интересното е, че граничната стойност от 1 НМ приблизително съвпада с размера на големи странични вериги на аминокиселинни остатъци, които определят видащата на протеиновата молекула.
Тъй като хидрофобният ефект е ентропия, неговата роля в различни процеси (т.е. принос към свободната енергия) зависи от температурата. Любопитно е, че този принос е направен именно при нормални условия - със същата температура и налягане, под което има предимно живот. (При същите условия и основния биологичен разтворител - вода - разположен близо до равновесието между течността и ферибота.) Той настоява за идеята, че животът умишлено "избира" условията за съществуване, близки до фазови преходи и равновесни точки: очевидно, Тя осигурява способността за особено надежден контрол и фино управление такава привидно "инертни" неща, като структурата на мембрани и протеинови молекули.
Изследвания последните години Още повече подчертава ролята на водата както в хидрофобския ефект, така и в интермолекулно разпознаване (например, когато се свързва с ензима на неговия субстрат или рецептора - лиганд, разпознаваем). В активния център на протеина, като правило, има "свързани" (и следователно подредени) водни молекули. Когато лигандното проникване в мястото на свързване на повърхността на протеина, водата е "освободена", която дава положителен принос за ентропията (фиг. 5); Въпреки това, енталпичният компонент на промяната в свободната енергия може да бъде както отрицателен, така и положителен. С помощта на калориметрично титруване и молекулярно моделиране, термодинамичен модел на свързване от ензимната карбониндаза на множество лиганди, подобен на структурата, но се различава в размера на хидрофобните групи. Анализът показа, че приносът на енталпия и ентропията в свободната енергия на Гибс във всеки случай може да бъде индивидуален и е невъзможно да се каже предварително кой процес ще играе решаваща роля. Именно точно се разбира, че структурата и динамиката на водните молекули, най-близо до активното място, играе в междумолекулното разпознаване на същата важна роля като съответствието на лиганда на рецептора, който носи ново ниво на сложност в "класиката" "Модели на взаимодействието на две ключови молекули или" ръчна ръкавица ".
Комбинирането на хомо- и хетерополимери могат да бъдат разделени на няколко етапа (фиг. 6):
- Ако започнете с удължена верига, първият етап ще бъде ентропично сгъване, което е пряка последица от втория закон на термодинамиката: напълно напрегната полипептидна верига има нулева ентропия, която незабавно се "коригира" от статистическите сили, които превръщат нишката в "Статистическия плетеня".
- В конформацията на статистическия клуб хидрофобните странични остатъци се събират в пространството и агрегат под влиянието на хидрофобния ефект. Това се потвърждава чрез наблюдение на принципите на триизмерна опаковка на протеинов глобус: вътре в "ядрото" от хидрофобни остатъци и полярни и заредени аминокиселинни остатъци се поставят върху повърхността на молекулата. Формата, която води до този етап се нарича разтопен глосъл.
- В случай на биополимери, този случай не свършва: специфичните взаимодействия между остатъците, които са най-близки в пространството, правят опаковката още по-плътна (вярна globule.). Свободната енергия изпитва значителен спад и това често разглежда критерий за "добре опакована" структура.
Фигура 6. Ролята на хидрофобна колапс в сгъване на три полимерни вериги с различна хидрофобност на компонентите на мономерите: хидрофобен полимер, хидрофоб-хидрофилен съполимер и глобуларен протеин (отгоре надолу) - свободната енергия е отложена в зависимост от радиус на отваряне, показващ компактността на веригата опаковка. 1) всяка линейна верига от напълно опъната държава бързо се обхваща статистически стяга. 2) пространствената близост на не-полярните странични вериги води до хидрофобски срив на плетеница и образование разтопен глосъл. 3) в случай на протеини, еволюционно избрани специфични контакти между страничните вериги на гадни аминокиселинни остатъци (като водородни връзки или електростатични взаимодействия) допълнително намаляват свободната енергия и опакованите протеини до плътни глобула. Хидрофобните полимери нямат такива взаимодействия и следователно тяхното сгъване спира на етапа на статистическата струя.
Смята се, че третият етап е незаменим знак за функционалния протеин, но наскоро все повече и повече внимание се обръща на т.нар. неразпределени протеини (вътрешно разстройстващи протеини) Което няма ясно определена пространствена форма и всъщност няма етап на образуване на специфични контакти. (Между другото, делът на хидрофобните остатъци в тях е значително по-малко в сравнение с кълбовидните протеини.) Може би им позволява да взаимодействат в жива клетка, а не с един протеин или лиганд, но с десетки или дори стотици структурно различни партньорски молекули, участие в много тънко регулиране на клетъчните процеси ,. \\ t
Хидрофобният ефект решаващ също играе в сгъването на мембранни протеини (MB), изпълнявайки много важни функции от транспортирането на молекули и йони през мембраната до приемането и разпознаването от клетките един на друг. Поради факта, че повечето от тях са потопени в хидрофобната двуслойна мембрана, структурата на трансмембран (TM) домен е значително различна от опаковката на разтворимите глобуларни протеини: те имат по същество хидрофобни ТМ сегменти и хидрофобните странични вериги не са Само вътре в протеина (както в случая с глобуславите протеини), но също и на повърхността, където протеинът е в контакт с въглеводородни вериги на липидни молекули.
Важно е хидрофобността да се вземе предвид все още преди товаТъй като протеинът ще бъде на работното си място (т.е. в мембраната). MB в процеса на рибозомно синтез не е в цитоплазмата като кълбови протеини, но в translokon. - доста сложна молекулярна кола, построена под формата на канал и реагиране незабавно и за секреция на протеини и за доставката на MB вътре в мембраните. Оказа се, че Translocon може да "усети" хидрофобността на протеиновия фрагмент, преминал през него и, когато се достигне определен праг на хидрофероти, този фрагмент не е "напред" (през канала в извънклетъчното пространство) и "блок") и "блок" (Чрез стената на канала) - точно в мембраната. Така че, фрагмент за фрагмент, мембранни протеини са вградени в мембраната и следователно Н.- концепцията в MB винаги е в извънклетъчния регион и къде ще ° С.- Продължение - зависи от броя на TM-сегментите.
В елегантен експеримент на Translocon SEC61 на ендоплазмения ретикулум е установена "биологична скала на хидрофобността", която поставя всеки аминокиселинен остатък в съответствие с определена стойност на хидрофобността. Какво е интересно общи функции Този мащаб съвпада с предварително установени физикохимични скали, което позволява на Translokon да приписва ролята на хидрофобски сензор за взаимодействие.
Така че, клетката може да "измерва" хидрофобност с трансвок и в лабораторията този имот може грубо да бъде оценен от естеството на взаимодействието с вода. Но възможно ли е да се изчисли теоретично и да се включи това изчисление в почти важни задачи?
Как да изчислим хидрофобността теоретично?
Вече е казано по-горе, че хидрофобният ефект всъщност е един от лицата на втория старт на термодинамиката, така че не е възможно да се изчисли внимателно, може би вече не е по-лесно от опростяване на цялата система на цялата система, и. \\ T на физически правилно ниво. С други думи, "хидрофобните взаимодействия" не могат да бъдат намалени до контактите с двойки, като привличане или отблъскване на две такси или взаимодействие между донора и акцептора на водородния облигации. Единствената теоретично правилния начин - Анализ на огромен брой микрости в термодинамични ансамбли, които на практика е доста трудно.
Въпреки това, най-малко приблизителна оценка на хидрофобните и хидрофилните свойства на молекулите все още се търсят в молекулярно моделиране и неговите приложения (например биотехнологични или промишлени). Обикновено те са фокусирани върху характеристиката, описваща хидрофобността на цялата молекула - коефициента на разпределение ( Пс., О Т. разделяне.) на това вещество между вода (полярна фаза) и неполярна фаза (например, бензол или. \\ t н.--Tanol). Факт е, че този параметър, за разлика от всички други термодинамични характеристики, е просто просто измерван експериментално, определящ концентрацията на веществото в изследването във вода и не-полярна среда (която помним почти не смесваме) и да не смесваме) и разделяме едно нещо друг. Коефициентът на хидрофобност се взема от логаритъма на този коефициент - дневник Пс..
Относно предсказването на този коефициент няколко емпирични метода са насочени към факта, че въз основа на "образователния комплект" на веществата с точно измерения дневник Пс. Определете приноса на отделните фрагменти от молекулата или дори нейните отделни атоми (като се има предвид химическата среда) за изчисляване на хидрофобността за неизвестни молекули на базата на изчислените фрагментарни или атомни константи на хидрофобността. В действителност, това е опит за сравняване на всеки атом в молекулата "хидрофобски заряда", въпреки че е необходимо да се има предвид, че тя е лишена от физическо значение. Сумирането на тези константи за всички атоми в молекулата ще даде желаната стойност на дневника Пс.И използването на подход, подобен на изчисляването на електростатичния потенциал в точките на пространството (φ Q / R), е началото на метода на молекулен хидрофобски потенциал (IHP; Фиг. 7) се доказва в молекулярно моделиране (IHP; Фиг. 7). Програмата Platinum е посветена на изчисленията на МХП.
Фигура 7. Молекулен хидрофобен потенциал (IHL). Значението на подхода на IHP, който позволява да се изчисли пространственото разпределение на хидрофобните / хидрофилни свойства, е да се създаде емпирична система атомни константи на хидрофобност (f I.), технически подобни на частични такси. Сумата от тези константи за всички атома ще оцени регистъра на коефициента на хидрофобност Пс. (Където Пс. - коефициента на разпределение на веществото между вода и октанол) и изчисляването на "потенциал" от системата на "хидрофобни заряди", като се вземат предвид затихването в пространството (според закона d (r), например , 1 / R) дава възможност да си представим разпределението на хидрофобността върху молекулните повърхности. Фигурата показва хидрофобните свойства на основния фосфолипид на плазмената мембрана Еукариота - палмитикололфосфатидилхолин.
Изчисляването на IHL дава възможност за оценка на ефективната стойност на хидрофобността на фрагмента на молекулата и визуализиране на визуализирането на хидрофобните свойства на повърхността му и това, от своя страна, може да разстрои за механизмите на междумолекулно взаимодействие и да покаже пътя към изменението на посоката в свойствата на молекулите или метода на тяхното взаимодействие между себе си. Така че, с помощта на пространствено картографиране на хидрофобните свойства на къса α-спирала антимикробни пептиди. (AMP) успя да разкрие, че тези молекули са присъщи на амфипалната природа - когато едната страна на хидрофобната спирала, а другата - полярна и положително заредена. Този мотив е добре забележим на картите на MHP, подчертавайки механизма на взаимодействие на пептида с мембрана и антимикробно действие (Фиг. 8). С такива карти успяха да променят естествения усилвател латаркинЧрез създаване на аналози, които имат висока антибактериална активност, но не унищожават червените кръвни клетки и следователно, които са потенциален прототип на лекарството (фиг. 8).
Фигура 8. Дизайн полезни свойства В антимикробен пептид латарцин 2А (LTC2a). В горния ред отляво Показва се пространствената структура на LTC2A и разпределението на хидрофобни свойства (виж фиг. 7) на повърхността му. В центъра Картата е "почистване" на IHL в цилиндрични координати (α; z). Той е забележим с ясен амфифилен модел, който определя взаимодействието на пептида с клетъчната мембрана. В горния ред отдясно Показва се цитолитичната активност на пептида: той ефективно убива като бактерии ("грамове +", "грам") и животински клетки ("еритроцити") [колона WT].
Задачата е както следва: спестяване на антимикробна активност, премахване на хемолитична активност (т.е., създайте прототип на бактерицидно лекарство). Предполага се, че промяната в естеството на хидрофобното "петна" на картата MGP ще промени взаимодействието с мембраните на бактерии и червени кръвни клетки по различни начини и задачата ще може да изпълнява. Те проверяват трите пептида, в които са въведени точкови мутации: ILE7 → GLN, PHE10 → Lys и Gly11 → Leu. Подходящите промени в хидрофобския модел са показани на три фрагмента по-долу. Един мутант - ILE7 → GLN - притежава необходимата активност: висок бактерициден и нисък хемолитичен.
Отчитането на хидрофобните свойства на биомолекулите се използва в други области на молекулно моделиране - по-специално при предсказване на позиция в аминокиселинна последователност на трансмембранни участъци или усъвършенстване на пространствената структура на рецептор-лиганда въз основа на принципа на хидрофобно съответствие.
Въпреки сложната физическа природа на явлението хидрофобност, дори много повърхностно счетоводство в молекулярното моделиране може да се възползва. От дадения пример може да се види, че пространственото картографиране на свойствата на молекулите, изчислени с помощта на MHP техниката, позволява да комуникира между структурата на пептидната молекула и неговата активност и това е дългогодишен мечта за химици, биолози и фармаколози. Способността да се намери такава връзка означава възможността за рационално да се проектират необходимите свойства в молекулите, което със сигурност е в търсенето на фундаментални изследвания и в биотехнологиите и в медицината.
И отново думата за водата
Поглед към хидрофобския ефект ясно показва това говорим си Всъщност статистическото поведение на голям брой молекули, който е описан от законите на термодинамиката и статистическата физика. Но по-интересно тук - ние отново сме убедени в уникалността на такава проста, изглежда, че веществата като вода. Водата и сама по себе си има много невероятни качества, но в ролята на биологичен разтворител, той няма равни. Взаимодействайки с други молекули, водата променя динамиката и структурата си, принуждавайки цялата система на цялата система. Това е, което наблюдаваме, когато изучаваме самоорганизацията на амфифилни молекули в Бислой и везикули - в края на краищата, тя е водната, която ги принуждава да се съберат в такива сложни форми.
Ролята на водата е трудна за надценяване и в живота на основните биологични "машини" - протеини. Тяхното сгъване от линейната верига в плътна глобус, в която всеки атом знае мястото си - и заслугата на водата. Така че водата също заслужава заглавието на една от най-биологичните молекули, въпреки че химическата класификация е неорганично вещество.
Mermaith молекули подписване на хидрофобна хидратация в един полимер;
Държавна образователна институция по висше професионално образование
Министерство на здравеопазването на Руската федерация
(GBOU VPO NGMU Министерство на здравеопазването на Русия)
Катедра по медицинска химия
резюме
Хидрофилни, хидрофобни, амфифилни вещества: в природата и в човешкото тяло.
(литературен преглед)
Изпълнени:
Проверено:
Въведение
Водата е едно от най-често срещаните вещества на земята. Тя обхваща по-голямата част от земната повърхност. Почти всички живи същества се състоят предимно от вода. При хората, водното съдържание в органите и тъканите варира от 20% (в костната тъкан) до 85% (в мозъка). Около 2/3 от масата на човек е вода, в тялото на медузи до 95% вода, дори в сухи растителни семена, водата е 10-12%.
Водата има някои уникални свойства. Тези свойства са толкова важни за живите организми, които не могат да бъдат подадени без този водород и кислородно съединение.
Във връзка с водата всички вещества са разделени на две групи: хидрофилна - "любяща вода" и хидравлична фобина - "страхлива вода" (от гръцки. "Hydro" - вода, "Filio" - любов и "Фобос" - страх) . Свойствата на тези вещества, както и за тяхното значение в природата и ще бъдат обсъдени в нашата работа.
Хидрофилни и хидрофобни вещества
Хидрофилни вещества (гръцки. "Hydro" -вод, "филе" - любов) - това вещество, енергията на привличането на молекулите надвишава енергията на водородните връзки (енергията на привличането на молекули на водата между тях), толкова много хидрофилни Веществата са добре разтворими във вода.
Хидрофилна бакалня интензивно взаимодейства с водни молекули. Хидрофилността се характеризира със стойността на адсорбционните връзки с водни молекули, образуването на несигурни съединения и разпределение на количеството вода върху количеството комуникационна енергия. Хидрофилността се определя предимно от стойността на комуникационната енергия на адсорбционния монослой, тъй като следващите слоеве са свързани с веществото много по-слаби. Хидротерапилността може да бъде изразена от топлината на адсорбцията на водна пара или омокряне, както и работата на омокряне на повърхността в ба.
Хидрофобни вещества (гръцки. "Hydro" - вода, "фобос" - страх) - вещества, енергията на привличането на молекулите, от които до водните молекули по-малко от енергията на водородните връзки на водните молекули. Хидрофобните вещества включват мазнини, някои въглехидрати (нишесте, гликоген, фибри), нуклеинови киселини, АТФ, повечето протеини, неразтворими във вода.
Абсолютно хидрофобни ("водоотблъскващи") вещества не са; Дори и най-хидрофобски - въглеводород и флуоровъглеводород - повърхности се адсорбират с вода. Следователно хидрофобността се счита за малка степен на хидрофилност.
G. и G. могат да бъдат оценени като омокряемост на повърхността с вода (във въздуха), величината на омокрящия ъгъл В: за хидрофилни повърхности<90° (для абсолютно гидрофильных поверхностей q=0); для гидрофобных поверхностей 90°< <180° (напр., для парафина 105°). На трёхфазной границе твёрдого тела с водой и углеводородной жидкостью при <90° (в водной фазе) поверхность олеофобна, т.е. не смачивается маслом, а при =180° - предельно олеофильна.
Хидрофофилните са вещества с полярен химикал. Отношения: халогени, оксиди и техните хидрати, карбонати, сулфати, фосфати, силикати и алуминиевици (глина, стъкло), както и клетъчни мембрани. Почистващи повърхности на метали, въглерод, полупроводници, вещества, състоящи се от слабо полярни молекули, листа от растения, животински кожени, хидрофобни. Всички полярни групи, които са част от молекулите на повърхностно активното вещество - повърхностно активни вещества - COOH, -NH2, -S03NA и т.н., хидрофиликтори; Свързани въглеводородни радикали - хидрофобни.
Амфипални вещества
Амфелите е собственост на молекулите на вещества (обикновено органични), които имат едновременно хидрофилни и хидрофобни свойства. Молекулите на амфифиловите съединения са подобни на вкусни: те се състоят от дълга въглеводородна опашка (конструирана обикновено повече от десет СН2 групи), която осигурява разтворимост в не-полярни среди и полярната глава, отговорна за хидрофилни свойства. Така, амфипалните съединения едновременно "любов" и вода (т.е., хидрофилни) и нелерани разтворители (проявяват хидрофобни свойства).
В зависимост от вида на хидрофилната група, амфифиловите съединения, носещи заредена катионна или анионна функционална група и амфифилни съединения с незатещаема функционална група. Абсолютното мнозинство от известните органични съединения носят повече от една заредена функционална група. Пример за такива вещества са макромолекулни съединения - протеини, липопротеини, блокови съполимери и др. Наличието на протеинова структура на третична структура, образувана в резултат на интрамолекулни взаимодействия на функционални групи (полярни или неполярни) помежду си, самият самият демонстрира амфиловата природа на тези съединения.
Друг пример за амфифилни съединения е по-голямата част от лекарствата, чиито молекули могат да комбинират набор от определени функционални групи, необходими за ефективно свързване към целевия рецептор.
Амфипалните съединения играят специална роля в дивата природа. Без тях не могат да съществуват животни или растение. От амфифилни молекули е, че клетъчната мембрана се състои от жив организъм от враждебна външна среда. Това са тези молекули, които представляват вътрешните органи на клетките, участват в процеса на нейното разделение, участват в обмена на вещества с околната среда. Амфипалските молекули ни служат с храна и са оформени в нашите организми, участват във вътрешното регулиране и цикъл на жлъчни киселини. Нашето тяло съдържа повече от 10% от амфифилни молекули. Ето защо синтетичните повърхностноактивни вещества могат да бъдат опасни за живите организми и например могат да разтворят клетъчната мембрана и да доведат до смъртта му.
Заключение
В природата и двата вида вещества са от съществено значение. Можете да намерите много потвърждение на факта, че хидрофобните вещества са почти навсякъде. По този начин, чисти повърхности на метали, полупроводници, както и животински кожи, растителни листа, хитиново насекомо покритие имат подобни свойства. На свой ред, хидрофилите се използват в транспортирането на хранителни вещества в животински и растителни организми, крайните продукти за обмен също са получени с помощта на решения на биологични течности. Неполярните вещества са от сериозно значение при образуването на клетъчни мембрани с избирателна пропускливост. Ето защо тези свойства играят важна роля в потока от биологични процеси. През последните години учените развиват всички нови хидрофобни вещества, с които могат да бъдат защитени различни материали от омокряне и замърсяване, като по този начин се създават дори самопочистващи се повърхности. Облекло, метални изделия, строителни материали, автомобилни очила - сфери на употреба. По-нататъшното проучване на тази тема ще доведе до развитието на мултифазични вещества, които ще станат основни за отблъскващите повърхности. След като са създали подобни материали, хората ще могат да спестят време, средства и ресурси и способността да намалят степента на замърсяване на природата с почистващи препарати. Така че по-нататъшното развитие ще бъде от полза за всички.
Библиография
1. http://fb.ru/article/133638/ chto-takoe-gidrofobnyie- veschestva
2.HTTP: //www.schoolhels.fi/ School / school_today / dostigeniya / 2012_2013 / nanotexnologiya / page5.htm \\ t
3.HTTP: //pobileyology.rf/ Биологичен речник / g / 265-хидрофобни вещества
Хидроф.наблюдение (гръцки. ὕὕὕὕ - хидро, вода и φόβος - Фобос, страх) - Способността на повърхността на веществото не е запазена с вода. Водата върху повърхността на хидрофобното вещество се сглобява в капки, които не проникват вътре.
Физика хидрофобност
Физикологичната природа на хидрофобността е свързана с основните термодинамични закони, по-специално желанието на системата за постигане на минимум енергия чрез екскреция на енергия в околната среда. Повечето хора не се интересуват от такива сложни неща, следователно, като опростяване, се появява концепцията за хидрофобни сили (въпреки че физически няма такава сила).
За почти създаването на хидрофобни повърхности се използват неполярни молекули, които, както е, "отблъскват" вода. Подобен процес може да се наблюдава, когато капка течно масло влиза във вода.
Понастоящем феноменът хифренрофообчността се използва в много нанотехнологични системи.
Хидрофобност и строителни материали
Хидрофобността е полезно качество за някои строителни материали (цимент, филми), предотвратяване на проникването на вода. Често топлоизолационните материали, например минерална вата, са импрегнирани със специални вещества, които създават хидрофобски микрофони.
Надеждност на хидрофобния слой
Контактите с повечето разтворители и масла могат да доведат до загуба на хидрофобност. Също така се губи, когато материалът е замърсен. След загубата на хидрофобност повърхността става пропусклива вода.
Няма нужда да бъркате хидрофобност и водоустойчивост. Например, полиетиленът е водоустойчив, така че филмът е направен от него, дори напоен с алкохол или силно замърсен (но няма дупки), няма да премине вода. Хидроизолационният филм, основан на хидрофобността на повърхностния слой и флуидно предаване на въздуха, ще служи само докато външният слой загуби хидрофобността, например, от прахообразни микрочастици.
Терминът хидрофилност (получен от древните гръцки думи "вода" и "любов") е характерна за интензивността на взаимодействието на веществото с вода на молекулярно ниво, т.е. способността на материала да абсорбира влагата, като както и високата водолазност на повърхността на веществото. Тази концепция може да се припише на твърди тела като свойство на повърхността и на отделни йони, атоми, молекули и техните групи.
Хидрофилността характеризира величината на свързването на адсорбционните молекули вода с молекули на веществото, образуваните съединения, в които количеството вода се разпределя чрез комуникационните енергийни стойности.
Хидрофилност, присъща на вещества, имащи йонни кристални решетки (хидроксиди, оксиди, сулфати, силикати, глини, фосфати, очила и др.), Имащи полярни групи - и т.н. Хидрофилност и хидрофобност - частни случаи на взаимодействие на вещества с разтворители (лиофилност, лиофобизъм).
Хидрофобността може да се счита за ниска хидрофилност, тъй като ефектът на интермолекулните атракционни сили винаги ще бъде повече или по-малко присъстващ между молекулите на всяко тяло и вода. Хидрофилността и хидрофобността могат да бъдат освободени от това как капка вода се разпространява върху тялото с гладка повърхност. Каптът ще се разпространи напълно на повърхността на хидрофилната и частично на хидрофобната, докато стойността на ъгъла, генериран между повърхността на омокрящия се материала и спада се влияе от степента на хидрофобност на това тяло. Хидрофофилните са вещества, в които силата на молекулярните (йонни, атомни) взаимодействия са доста големи. Хидрофобните са метали, които са лишени от оксидни филми, органични съединения с въглеводородни групи в молекулата (восъци, мазнини, парафини, част от пластмаса), графит, сяра и други вещества със слабо взаимодействие на междумолекулно ниво.
Концепциите за хидрофилност и хидрофобност се използват както по отношение на телата, така и по отношение на повърхностите им и относително единични молекули или отделни части на молекулите. Например, в молекулите на повърхностните активни вещества са полярни (хидрофилни) и въглеводородни (хидрофобни) съединения. Хидрофилността на повърхностната част на тялото може да се промени драстично поради адсорбцията на такива вещества.
Хидрофилизацията се нарича процес на увеличаване на хидрофилността и хидрофобизацията е процесът на неговото намаляване. Тези явления имат по-голямо значение в козметичната индустрия, в текстилната технология за хидрофилиране на тъкани (влакна) за подобряване на качеството на измиване, бяло, боядисване и др.
Хидрофилност в козметиката
Парфюмерията и козметичната индустрия произвеждат хидрофилни кремове и гелове, които предпазват кожата от замърсители, които не се разтварят чрез вода. Като част от такива продукти има хидрофилни компоненти, които образуват филм, който предотвратява проникването на водоразтворими замърсители в повърхностния слой на кожата.
Хидрофилните кремове са направени от емулсия, която се стабилизира чрез подходящи емулгатори или с водна вода-водна основа, маслена вода. В допълнение, те включват диспергирани колоидни системи, при които хидрофилните повърхностноактивни компоненти се стабилизират и се състоят от вододиспергирани или водни гликол смесени разтворители на мастни киселини или алкохоли.
Хидрогелс (хидрофилни гелове) се получават от основите, състоящи се от вода, смесен неводни или хидрофилен разтворител (етилов алкохол, пропиленгликол, глицерин) и хидрофилни гелове (целулозни производни, карбомери).
Хидрофилни свойства на кремове и гелове:
· Бързо и добре абсорбира;
• Хранете кожата;
· След тяхното приложение няма чувство за мазнина;
· Почистете кожата;
· Укрепляване на кожата;
· Намаляване на ефекта от отрицателните фактори на външната среда;
· Помогнете на кожата да поддържа естествената способност да се регенерира.
Хидрофилните кремове и гелове са предназначени за защита на кожата при работа с не-водни масла, мазут, масло, бои, смоли, графит, сажди, органични разтворители, охлаждащи и смазочни разтвори, конструкционна пяна и много други слабо агресивни вещества. Те също са необходими при фиксирането на автомобила, ремонт на апартамента, по време на строителството, в страната, когато работят с торове и земя.
KOROLEVFARM, произведен от производството на различни видове парфюмерия и козметични продукти, включително хидрофилни и хидрофобни кремове. Компанията е договорен производител и извършва всички производствени етапи: разработване на рецепти, сертифициране, производство, производство, серийно производство. Производствената площадка е оборудвана с модерно оборудване.
Компанията е сертифицирана за съответствие с изискванията