Bazele biochimiei. Chimie fizică
Apa este un solvent bun atât pentru sărurile care disociază cu ușurință în ioni, cât și pentru mulți compuși cu legături polare (vezi pagina 32). Astfel de substanțe sunt numite de obicei polar sau hidrofil ("iubitor de apă"). În același timp, hidrocarburile se dizolvă prost în apă. Astfel de substanțe sunt numite nepolar sau hidrofob.
A. Solubilitatea în apă în acizi grași
Solubilitatea în apă a compușilor organici este determinată de raportul dintre grupările polar sau nepolar. Această situație este bine ilustrată prin exemplul de acizi grași. Gruparea carboxil a acizilor grași este ionizată și este capabilă să formeze legături de hidrogen. Cu toate acestea, pe măsură ce lungimea lanțului de hidrocarburi crește, solubilitatea acizilor grași scade considerabil. Acizii grași care conțin în lanț mai mult de 10 atomi de carbon sunt practic insolubili în apă. De aceea, în sânge sunt transferate sub forma unui complex cu albumină (vezi pagina 270).
B. Solubilitatea metanului în apă
Pentru a explica solubilitatea slabă a hidrocarburilor în apă, este în primul rând necesar să se ia în considerare energia unui astfel de proces (vezi pagina 26). Schema 1 prezintă datele pentru cea mai simplă hidrocarbură de metan. Se știe că dizolvarea metanului gazos în apă este un proces exotermic (# 916; # 919; ° <0). Тем не менее изменение свободной энергии (ΔG°) — величина положительная, поскольку в уравнении преобладает энтропийный член (-Т • ΔS°). Очевидно, что изменение энтропии процесса (ΔS°) — величина отрицательная, т.е. растворение метана в воде требует повышения степени упорядоченности системы. При окружении молекул метана молекулами воды подвижность молекул метана должна уменьшаться. Однако при этом существенно важнее то обстоятельство, что молекулы воды, располагаясь вокруг этих неполярных молекул, образуют собственную сетчатую структуру, "клатраты", стабилизированную, как и в структуре льда, водородными связями. Таким образом, растворение метана в воде — процесс, приводящий к более высокой упорядоченности водной фазы. Чем больше поверхность контакта между водой и неполярной фазой, тем выше степень такой упорядоченности
C. Efectul "picăturilor de ulei"
Formarea energetică nefavorabilă a structurilor de clatrat este motivul stratificării spontane a emulsiilor ulei-în-apă. După cum se știe, atunci când se agită un astfel de amestec, se formează multe picături mici de ulei, care totuși. din nou, se îmbină spontan în picături mari - ambele faze sunt din nou stratificate. Picăturile mari au o suprafață mai mică comparativ cu multe picături fine de același volum total. Când fazele sunt separate, zona de contact dintre faze scade și, în consecință, gradul de formare a clatraților. prin urmare Un astfel de proces este o cantitate pozitivă, iar termenul negativ al ecuației -T • S indică faptul că exfolierea este un proces ex-genetic (# 916; <0). Иными словами, такой процесс будет идти спонтанно.
D. Solubilitatea compușilor cu proprietăți amfifilice
Substanțele care au structuri polar și nepolar în structură sunt numite amfifilice. În acest grup apar, de exemplu, grăsimi (vezi pagina 56), fosfolipide (vezi pagina 56) și acizi biliari (vezi pagina 63). Datorită efectului "picăturilor de petrol" (B), amfifiliile tind să formeze structuri în contact cu apa, în care zona de contact a părții nepolare a moleculelor cu apă este minimă. Pe suprafața apei, astfel de substanțe formează, de obicei, filme monostrat. în care grupurile polare sunt orientate în apă. Bulele de săpun sunt formate din două straturi de lipide cu un strat exterior subțire de apă. În apă, amfifili formează membrane bilaterale extinsă sau miceli. în care grupurile polare sunt orientate în apă. Prin acest principiu, majoritatea membranelor biologice au fost construite (vezi pagina 216). Veziculele membranelor goale se numesc vezicule. În celule și sânge, astfel de structuri joacă un rol-cheie în îndeplinirea funcțiilor de transport (vezi pp. 230, 272).