Под действием внешних сил в физических телах возникают деформации. Реологические свойства твердых и жидких тел значительно отличаются. В сложных системах возможно параллельное или последовательное сочетание элементов, проявляющих свойства тел Гука и Ньютона. При последовательном соединении (тело Максвелла) в системе развивается частично обратимая деформация, при параллельном (тело Кельвина) — ограниченная деформация, развивающаяся во времени (рис. 10).
Рис. 10. Характер деформации в телах Максвелла (а) и Кельвина (б). t0 – момент, в который на тело начинает действовать внешняя сила; t’- момент, в который действие внешней силы на тело прекращается
Способность тела к обратимой деформации, развивающейся во времени, называется эластичностью. Подобные тела проявляют одновременно свойства жидкостей и твердых тел. К таким системам относятся и гели.
Межклеточное вещество состоит из протеогликанов, находящихся в гелеобразном состоянии, белков коллагена, эластина и фибронектина. Эластин по сравнению с коллагеном содержит больше остатков гидрофобных аминокислот; резиноподобный характер этого полимера обусловливает достаточно большую его способность к упругому растяжению, т. е. свойства тела Гука. В меньшей степени это характерно для коллагена. В целом структурная организация межклеточного матрикса может рассматриваться как сочетание последовательных и параллельных соединений тел Гука и Ньютона.
При наложении внешней нагрузки вода выжимается из промежутков между надмолекулярными протеогликановыми структурами. В целом эта структура представляет собой макроанион, поэтому при приближении протеогликановых цепей друг к другу возрастает электростатическое отталкивание между одноименнозаряженными группами, т.е. в системе возникает противодействие дальнейшему развитию деформации. Благодаря этим свойствам межклеточный матрикс, объединяющий клетки в ткани, придает им упругость и эластичность.
В разных тканях межклеточный матрикс отличается по составу, что предопределяет его разную функциональную роль (рессорные свойства хрящей, прочность связок и сухожилий).
Вопросы, упражнения и задачи
21.1. Приведите примеры физико-химических процессов, приводящих к изменению конформации и конфигурации макромолекул.
21.2. Объясните причину возникновения в растворах ВМС надмолекулярных структур.
21.3. Объясните, почему в изоэлектрическом состоянии проявляютсяэкстремальные значения свойств растворов белков.
21.4. В чем заключается сущность определения ИЭТ белка электрофоретическим методом?
21.5. В чем заключается разница между межструктурным и внутриструктурным набуханием полимера?
21.6. Объясните, почему осмотическое давление в растворах полимеров средних концентраций превышает значения, рассчитанные по уравнению Вант-Гоффа.
21.7. Что называют онкотическим давлением и какова его биологическая роль?
21.8. Как присутствие полиэлектролита влияет на распределение ионов электролитного фона организма по разные стороны клеточной мембраны?
21.9. Объясните, почему вязкость растворов ВМС понижается при увеличении приложенного давления.
21.10.Как вискозиметрически можно определить среднюю молярную массу полимера?
21.11.Какие факторы, связанные с природой полимера, влияют на вязкость их растворов? Приведите примеры.
21.12.Как зависит вязкость растворов ВМС от природы растворителя? Объясните закономерность.
21.13.Чем высаливание ВМС из растворов отличается от электролитной коагуляция золей?
21.14.Действием каких факторов можно нарушить устойчивость растворов ВМС?
21.15.Какие процессы, протекающие в растворах ВМС, рассматриваются как нарушение их устойчивости?
21.16.Какое явление называется коацервацией? Приведите примеры.
21.17.Какое явление называется синерезисом? В чем заключается биологическая роль этого явления?
21.18.Приведите примеры тиксотропных процессов. Какова их роль?
21.19.К какому электроду будет перемещаться при электрофорезе β-лактоглобулин в буферном растворе, содержащем равные концентрации гидрофосфат- и дигидрофосфат-ионов, если при рН = 5,2 белок остается на старте?
21.20.К какому электроду будут передвигаться частицы белка (pI = 4,0) при электрофорезе в ацетатном буфере, приготовленном из 100 мл раствора ацетата натрия с концентрацией 0,1 моль/л и 25 мл раствора уксусной кислоты с концентрацией 0,2 моль/л?
21.21.В растворе содержится смесь белков: γ-глобулина крови, альбумина сыворотки крови и цитохрома с. При каком значении рН можно электрофоретически разделить эти белки?
21.22.При каком значении рН можно электрофоретически разделить два фермента А и В с изоэлектрическими точками 5 и 8? Каковы будут знаки заряда частиц ферментов А и В при рН: 4, 5, 6, 7, 8, 9?
21.23.Определите направление движения макроионов β-лактоглобулина при электрофорезе в среде буферного раствора с рН = 8,6.
21.24.При рН = 6 инсулин при электрофорезе остается на старте. К какому электроду инсулин будет перемещаться при электрофорезе в растворе хлороводородной кислоты с концентрацией 0,1 моль/л?
21.25.Какими методами можно выделить β-глобулин из раствора, содержащего, помимо этого белка, также α-глобулин и γ-глобулин?
21.26.Направление движения макроионов белка при электрофорезе в растворах с рН = 5,2 и рН = 6,7 разное. Определите диапазон значений рН, в котором может находиться значение изоэлектрической точки белка и направление движения макроионов в обоих случаях.
21.27.Рассчитайте осмотическое давление раствора белка (Мr = 104) с массовой долей 10% при температуре физиологической нормы (молекула изодиаметрична).
21.28.Осмотическое давление водного раствора белка с массовой долей 0,01 при температуре физиологической нормы равно 292,7 Па. Определите величину молярной массы белка (молекула была изодиаметрична).
21.29.По одну сторону мембраны помещен раствор белка RC1 с концентрацией 0,1 моль/л, по другую — раствор хлорида натрия с концентрацией 0,2 моль/л. Найдите концентрацию хлорид-ионов по обе стороны мембраны при установлении равновесия.
21.30. Характеристическая вязкость раствора целлюлозы в растворе гидроксида тетраамминмеди (II) (реактиве Швейцера) при 25 °С равна 6,90∙10-3 м3/моль. Рассчитайте среднюю молярную массу полимера (К = 2,29∙10-5 моль/м3, α = 0,81).
21.31. Постройте кинетическую кривую набухания полимера (масса до набухания была равна 10 г) в координатах степень набухания - время набухания по следующим экспериментальным данным:
| Время набухания, час | ||||
| Масса набухшего полимера, г | 19,0 | 44,0 | 56,0 | 56,0 |
Какой вывод можно сделать из анализа кривой?