生物化學(xué)導(dǎo)論powerpoint演示文稿(編輯修改稿)
2025-01-17 22:14 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 不同水分子的氫原子形成氫鍵。 液態(tài)水的結(jié)構(gòu) 由于液態(tài)水的每個分子約 10－ 12秒重新定位一次，因此很少有實驗技術(shù)能探測這些水分子的瞬間排列。在液態(tài)水中，分子間的這些氫鍵已變形。結(jié)果使連接分子的氫鍵網(wǎng)是無規(guī)則的和可變的；而且，這樣的氫鍵網(wǎng)是不斷地被打斷和重新形成， 因而液態(tài)水是由快速波動的三維網(wǎng)狀的氫鍵結(jié)合的 H2O分子構(gòu)成 (圖 1－ 6a)。 二、水的溶劑特性 溶解度取決于溶質(zhì)分子與溶劑分子之間的相互作用力以及溶質(zhì)分子之間的相互作用力。 由于水具有高極性，因而使得它對于極性物質(zhì)和離子物質(zhì)是一種極好的溶劑 (16b)。 三、疏水相互作用 非極性物質(zhì)（或者生物大分子的非極性功能基團(tuán)）不易與水形成氫鍵。因此，這類化合物只能在水中極少溶解。當(dāng)非極性物質(zhì)或基團(tuán)侵入液態(tài)水時，將會破壞原有液態(tài)水分子之間的氫鍵網(wǎng)，溶質(zhì)周圍的水發(fā)生大的重新排列。為了重新獲得它們失去的氫鍵能，表面的水分子指向它們自身， 以四面體氫鍵的方式形成一種封閉的、類似籠子的氫鍵網(wǎng) （圖 17） 。 環(huán)繞非極性溶質(zhì)的水分子的有序化產(chǎn)生了不利于非極性溶質(zhì)水化的自由能 . 因此非極性溶質(zhì)趨向于從水相中排出。當(dāng)非極性溶質(zhì)彼此相遇而聚集時，它們所占據(jù)的空間的表面積小于它們各自單獨占有空間的表面積之和。因此，非極性溶質(zhì)的聚集能夠減小所占空間的表面積，隨之導(dǎo)致非極性溶質(zhì)表面的水的有序化程度總量降低。 換句話說，非極性溶質(zhì)相互吸引、避開水的傾向是水分子有序度的減少（或者說混亂度增加）所產(chǎn)生的熵增所推動的。 熵是一個系統(tǒng)有序程度的一種量度。任何系統(tǒng)的有序度的減少或者混亂度的增高都會伴隨熵的增加。 四、中極兩性分子 含有極性基團(tuán)和非極性基團(tuán)的化合物稱為中級兩性化合物（ amphiphiles）。這類化合物既有親水性又有疏水性。 （圖 1－ 8） 。 因此，當(dāng)中性兩性化合物分子與水溶劑相互作用時，中極兩性化合物趨向形成結(jié)構(gòu)上有序的排列。膠束（或微團(tuán)）（ micelle）是由數(shù)千種中極兩性化合物構(gòu)成的小球（ 圖 1－ 9 中極兩性分子在水溶液中形成膠團(tuán) .）。 中極兩性分子也能形成另一種有序的結(jié)構(gòu)形式 雙分子層結(jié)構(gòu)，與生物膜的結(jié)構(gòu)相似。因此，中極兩性化合物的這種特殊的性質(zhì)是生物膜構(gòu)成的基礎(chǔ)。 五、溶質(zhì)對水的性質(zhì)的影響 ▲ 溶解物質(zhì)的存在打亂了液態(tài)水的結(jié)構(gòu) ,使水的性質(zhì)發(fā)生改變。生物機(jī)體內(nèi)部的水與純水很不相同。細(xì)胞內(nèi)部和細(xì)胞周圍的液體是被各種溶質(zhì)充塞的，這些溶質(zhì)包括從很小的無機(jī)離子到巨大的分子聚集體。 ▲ 溶質(zhì)的濃度影響水的 依數(shù)性（ colligative properties） 。 依數(shù)性是溶液的一種物理性質(zhì)，它取決于溶質(zhì)的濃度而不是溶質(zhì)的化學(xué)特性。 例如，溶質(zhì)的存在能降低水的冰點和升高水的沸點，因為溶質(zhì)的存在使水分子更難以結(jié)成冰，也更難以從溶液逃溢出變成氣態(tài)。 ▲ 滲透壓 也與溶質(zhì)的濃度有關(guān) 。當(dāng)溶質(zhì)與純水被一層只允許水分子通過而不允許溶質(zhì)通過的半透膜分開時，水移動進(jìn)入到溶液中，以便使膜兩側(cè)的濃度趨于平衡。滲透（ Osmosis）是溶劑從高濃度區(qū)（這里是純水）向相對低的濃度區(qū)（含溶質(zhì)的水）的移動。溶液的滲透壓（ Osmosis pressure）是必需施加給溶液以阻止水向內(nèi)流動的壓力 （圖 1－ 10） 。 這種壓力與溶質(zhì)的濃度成正比。 ▲ 當(dāng)水溶液被一層允許水和溶質(zhì)滲透的膜隔開時，水可以向內(nèi)運動，溶質(zhì)也可以從溶液中向外運動，直到膜兩側(cè)的溶質(zhì)濃度達(dá)到相同為止。 分子的這種隨機(jī)運動叫做擴(kuò)散（ diffuse） 。當(dāng)平衡確立時，沒有水和溶質(zhì)的進(jìn)一步凈流動，雖然分子繼續(xù)在運動。 六、水的離子化和 pH 水是一種中性分
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