Физическая и коллоидная химия. Основные термины и определения. Учебное пособие - Сергей Белопухов

Биополимеры. Высокомолекулярные органические соединения, макромолекулы которых состоят из большого числа повторяющихся звеньев – мономеров (белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и их производные). Мономерами для них служат соответственно аминокислоты, нуклеотиды и моносахариды. Биополимеры составляют около 90 % сухой массы клетки. При этом у животных количественно преобладают белки, у растений – полисахариды. Например, в клетке бактерий содержится около 3000 видов белков и 1000 нуклеиновых кислот, а у человека число белков оценивают в 5 миллионов. Все они являются структурной основой живых организмов и играют определяющую роль в процессах жизнедеятельности. Структурную основу биополимеров составляют линейные (белки, нуклеиновые кислоты, целлюлоза) либо разветвленные (гликоген) цепи. Благодаря такой структуре они характеризуются рядом замечательных свойств. Во-первых, их взаимодействие отличается кооперативностью, т. е. тесной взаимосвязанностью всех функциональных групп. Это означает, что взаимодействие одних групп биополимера изменяет характер взаимодействия других его групп. Пример такого кооперативного взаимодействия – связывание молекулы кислорода белком эритроцитов крови гемоглобином. Во-вторых, биополимеры способны образовывать так называемые интерполимерные комплексы, которые могут возникнуть между отдельными частями молекулы и между разными молекулами. Благодаря образованию комплексов и другим свойствам биополимеров осуществляется биосинтез белков, нуклеиновых кислот, регуляция обмена веществ, реакции иммунитета и другие важнейшие биологические процессы. Биополимеры являются структурной основой живых организмов, выполняя важную роль в процессе жизнедеятельности.

Биосфера. 1) Область активной жизни, охватывающая нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. В биосфере живые организмы (живое вещество) и среда их обитания органически связаны и взаимодействуют друг с другом, образуя целостную динамическую систему. Термин введен Э. Зюссом (1875). Учение о биосфере как об активной оболочке Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов (в том числе человека) проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба и значения, создано В. И. Вернадским (1926). 2) Сложная многокомпонентная общепланетарная термодинамическая открытая саморегулирующаяся система живого вещества и неживой материи, которая аккумулирует и перераспределяет состав и динамику земной коры, почвенного покрова, атмосферы и гидросферы. Основными компонентами биосферы являются: живое вещество (совокупность живых организмов), биогенное вещество (продукты, созданные живым веществом, например, угли, торф, сапропели, гумус) и биокосное вещество (продукты, образованные в результате взаимодействия живой и неживой природы: почвы, илы, осадочные породы). К важнейшим свойствам биосферы относят разнообразие живых организмов, асимметричность распределения живого вещества, а также пластичность и резистентность. Толщина биосферы составляет 40 км. Основной элементарной ячейкой биосферы является биогеоценоз. 3) По В. А. Ковде биосфера – сложная многокомпонентная общепланетарная термодинамически открытая саморегулирующаяся система.

Биотехния. Совокупность научных закономерностей и технологических приемов, направленная на увеличение количества полезных животных и улучшение их продуктивных свойств.

Биотехнология. Раздел технологии, использующий биологические системы, живые организмы или их производные с целью создания и модификации продуктов или процессов различного назначения на практике.

Биохимия (биологическая, или физиологическая химия). Наука о химическом составе живых клеток и организмов и о химических процессах, лежащих в основе их жизнедеятельности.

Биоциды. Вещества, уничтожающие живые организмы. Включают пестициды (бактерициды, фунгициды, инсектициды, гербициды, зооциды и др.), антисептические, дезинфекционные и консервирующие средства.

Биофильные химические элементы. В почвах – химические элементы, связанные с живым веществом почв. Представлены в основном кислородом, углеродом, водородом, кальцием, азотом, калием, кремнекислотой, магнием, фосфором, серой и в сумме составляют 99,98 % сырой массы живого вещества.

Биоэлектрохимический иммуноанализ. Анализ с использованием биоэлектрода на основе иммобилизованного фермента и измерением динамики электрохимической активности.

Благородные газы. Инертные газы, или редкие газы: химические элементы VIII группы периодической системы: гелий (Не), неон (Ne), аргон (Аr), криптон (Кr), ксенон (Хе), радон (Rn).

Благородные металлы. Драгоценные металлы: золото (Au), серебро (Ag), платина (Pt) и металлы платиновой группы: иридий (Ir), осмий (Os), палладий (Pd), родий (Rh), рутений (Ru).

Боденштейна метод стационарных концентраций. В открытых системах часто наблюдается стационарный режим, когда в ходе химической реакции концентрации всех промежуточных частиц постоянны и не изменяются во времени. В таком случае скорости образования и расхода всех промежуточных частиц одинаковы:

С учетом данного условия Боденштейн предложил метод расчета концентрации промежуточных частиц и скорости химической реакции через концентрации реагентов.

Броуновское движение. Хаотическое перемещение частиц дисперсной фазы под воздействием теплового движения молекул дисперсионной среды. Это происходит как вследствие неодинакового числа ударов с разных сторон частицы, так и вследствие различной энергии молекул, сталкивающихся с частицей. В результате в зависимости от размеров частица приобретает колебательное, вращательное или поступательное движение.

Бурые угли. Класс твердых горючих ископаемых гумусовой природы невысокой степени углефикации; переходная форма от торфа к каменным углям.

Буфер универсальный. Смесь нескольких буферов, которую можно использовать в широких пределах рН.

Буфер электродный. Жидкость для электрофоретических ячеек, ванн и т. п., в которую погружены электроды.

Буферный раствор. Смесь слабой кислоты и ее гидролитически щелочной соли или слабого основания и его гидролитически кислой соли. Величина рН данных растворов мало изменяется при добавлении небольших количеств сильной кислоты или основания, при разбавлении или концентрировании. Буферные растворы широко применяются в большинстве химических, генетических и цитогистологических методик, имеющих дело с жидкими реактивами. Примеры: Трис-Б., фосфатный буфер (рН = 6,8: 4,05 г КН2РО4 и 4,25 г Na2HPО4 на 1 л воды; варьированием концентраций этих двух солей рН может обеспечиваться в широких пределах), буфер Мак-Иллвейна (рН = 7,0: 0,63 г лимонной кислоты, 6,19 г Na2HPО4 на 0,5 л воды); буфер Соренсена (рН = 6,5: 5,6 г КН2РО4 и 2,64 г Na2HPО4 на 1 л воды; рН = 6,8: 6,74 КН2РО4 и 7,08 г Na2HPО4 на 1 л воды); буфер Эрле (рН = 8,5–9,0: 0,2 г СаС12, 0,4 г KCl, 0,2 г MgSО4 × 7Н2О, 6,8 г NaCl, 2,2 г NaHCO3, 0,14 г NaH2PO4 × Н2O на 1 л воды). Применяют в иммуноферментном анализе. Основные характеристики буферных растворов: ионная сила, рН, буферная емкость. При увеличении ионной силы буфера возрастает сила тока и количество выделяемого тепла. При использовании буферных систем с низкой ионной силой общая сила тока и выделение тепла уменьшается, но диффузия (размыв образца) возрастает. Поэтому используют промежуточные концентрации в пределах от 0,01 до 0,3 М. Важно учитывать рН буфера, так как в зависимости от его показателя изменяется величина и направление движения исследуемых соединений. Последний параметр, характеризующий буферные растворы, – это буферная емкость. Она определяется большей или меньшей способностью нейтрализовать продукты электролиза, образующиеся в процессе электрофореза. Буферные системы применяют в зависимости от изучаемых белковых маркеров и подбирают эмпирически. Для расчета рН буферных растворов используют уравнения:

pH = pKa + lg[соль] – lg[кислота]

или

рH = pKa + lg[основание] – lg[соль],

где Ка – константа кислоты или основания.

Буферная емкость. Это интервал, в котором проявляется буферное свойство раствора. Она определяется количеством сильной кислоты или основания (кмоль), которое необходимо добавить в 1 м3 буферного раствора, чтобы сместить рH на единицу. Буферную емкость (Б) рассчитывают по формуле:

где ∆рН – изменение рН при титровании буфера кислотой или щелочью, наиболее близкое к 1 (∆рН = рН1 – рН0).

Буферная емкость экосистемы. Способность экосистемы противостоять загрязнению; количество загрязнителя, которое экосистема может поглотить без заметных отрицательных последствий для себя. Это понятие иногда используют при оценке отдельных компонентов ландшафтов; в частности, буферность почвы – ее способность сохранять кислотную реакцию (рН), особенно в связи с кислотными дождями. Буферная емкость природных вод – способность воды к самоочищению от антропогенных загрязнителей и т. д.