Биологи дахь устөрөгчийн холболтын ач холбогдол. Устөрөгчийн холбоо. Молекул хоорондын устөрөгчийн бондын ач холбогдол

Устөрөгч нь VII бүлгийн элемент юм үечилсэн хүснэгтатомын дугаартай 1. Анх 17-р зуунд Фламандын химич И.Ван Хелмонт тусгаарласан. 18-р зууны сүүлчээр Английн физикч, химич Г.Кавендиш судалсан. Устөрөгчийн нэр нь Грекээс гаралтай. усны ген (ус үүсгэгч).

Устөрөгч бол орчлон ертөнцөд хамгийн элбэг байдаг элементүүдийн нэг юм. Нарнаас ялгарах энерги нь дөрвөн устөрөгчийн цөмийг гелий цөм болгон нэгтгэсний үр дүнд үүсдэг. Дэлхий дээр устөрөгч нь ус, ашигт малтмал, нүүрс, газрын тос, амьд биетэд байдаг. Бага хэмжээний устөрөгч нь галт уулын хийд чөлөөт хэлбэрээр байдаг.

Устөрөгч нь өнгөгүй, үнэргүй хий бөгөөд усанд уусдаггүй, агаартай тэсрэх хольц үүсгэдэг. Нейтроны тоогоор ялгаатай протиум, дейтерий, тритий гэсэн гурван төрлийн устөрөгч байдаг. Устөрөгчийг газрын тос боловсруулах явцад дагалдах бүтээгдэхүүн болгон усны электролизээр гаргаж авдаг.

• Устөрөгчийн биологийн үүрэг

  Байгаль дахь устөрөгчийн үүргийг массаар бус атомын тоогоор тодорхойлдог бөгөөд бусад элементүүдийн дунд эзлэх хувь нь 17% (хүчилтөрөгчийн дараа хоёрдугаарт, атомын эзлэх хувь ~ 52%) байна. Тиймээс устөрөгчийн үнэ цэнэ нь химийн процессуудДэлхий дээр үүсэх нь хүчилтөрөгчтэй бараг тэнцүү юм. Хүчилтөрөгчөөс ялгаатай нь дэлхий дээр холбогдсон болон чөлөөт төлөвт хоёуланд нь байдаг бөгөөд дэлхий дээрх бараг бүх устөрөгч нь нэгдлүүд хэлбэртэй байдаг. Зөвхөн маш бага хэмжээгээр устөрөгч хэлбэрээр байдаг энгийн бодисагаар мандалд агуулагддаг (эзэлхүүний 0.00005%).

  Устөрөгчийн гол үүрэг бол биологийн орон зай (ус ба устөрөгчийн холбоо) бүтэц, олон төрлийн органик (биологийн) молекулуудыг бий болгох явдал юм. Устөрөгч нь электрон-эерэг ба электрон-сөрөг атомуудтай урвалд орж, олон элементтэй идэвхтэй харилцан үйлчлэлцэж, исэлдэлтийн болон аль алиныг нь харуулдаг. нөхөн сэргээх шинж чанар. Шүлт ба шүлтлэг шороон металлуудтай урвалд ороход устөрөгч нь исэлдүүлэгч бодисоор үйлчилдэг бөгөөд хүчилтөрөгч, хүхэр, галогентэй харьцуулахад бууруулагч шинж чанартай байдаг.

  Электрон алга болоход устөрөгчийн атом болно энгийн бөөмс- протон. Усан уусмалд протон нь гурван усны молекулын нөлөөгөөр усжуулж, гидронийн катион болж хувирч, гидратжуулсан гидрони катион H 9 O 4+ үүсгэдэг. Энэ катион хэлбэрээр протонууд усан уусмалд байдаг.

  Биологийн процесст протон маш чухал үүрэг гүйцэтгэдэг: үүнийг тодорхойлдог хүчиллэг шинж чанаруусмал, исэлдэлтийн өөрчлөлтөд оролцдог. Устөрөгчийн ионуудын оролцоотойгоор металлын катионууд биокомплекст холбогдож, хур тунадасны урвал явагддаг (жишээлбэл, ясны эдийн эрдэс бааз үүсэх), липид, полисахарид, пептидийн гидролизийн задрал.

  Хүний биед устөрөгч нь бусад макроэлементүүдтэй хослуулан янз бүрийн биомолекулуудын үйл ажиллагаанд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг амин бүлэг, сульфгидрил бүлгүүдийг үүсгэдэг. Устөрөгч нь уураг, нүүрс ус, өөх тос, фермент болон бүтцийн болон зохицуулалтын функцийг гүйцэтгэдэг бусад биоорганик нэгдлүүдийн бүтцэд ордог. Устөрөгчийн бондын ачаар ДНХ молекулыг хуулж авдаг бөгөөд энэ нь дамжуулдаг генетикийн мэдээлэлүеэс үед.

  Устөрөгч нь хүчилтөрөгчтэй урвалд ороход усны молекул үүсгэдэг. Ус бол биеийг бүрдүүлдэг гол бодис юм. Шинээр төрсөн хүний ​​биед усны агууламж ойролцоогоор 80%, насанд хүрсэн хүний ​​хувьд 55-60% байдаг. Ус нь асар олон тооны биохимийн урвалд оролцож, бүх физиологи, биологийн процессуудад оролцож, бие ба гадаад орчин, эс хоорондын болон эсийн доторх бодисын солилцоог хангадаг. Ус нь эсийн бүтцийн үндэс бөгөөд тэдгээрийн оновчтой хэмжээг хадгалах нь биомолекулуудын орон зайн бүтэц, үйл ажиллагааг тодорхойлдог.

  Биологийн орчинд усны нэг хэсэг (ойролцоогоор 40%) нь холбогдох төлөвт (органик бус ион ба биомолекулуудтай холбоотой) байдаг. Үлдсэн хэсэг нь, өөрөөр хэлбэл. чөлөөт ус нь устөрөгчийн холбоотой холбоотой хөдөлгөөнт бүтэц юм. Чөлөөт болон холбогдсон усны хооронд молекулуудын солилцоо тасралтгүй явагддаг.

  Бие махбодид агуулагдах усыг эсийн гаднах ба эсийн доторх гэж хуваадаг. Эсийн гаднах ус нь эргээд эсийг тойрсон завсрын шингэн юм; сероз хөндий ба хөндий эрхтнүүдээс олддог судсан доторх шингэн (цусны сийвэн) ба эс хоорондын шингэн. Бие дэх усны хуримтлал (гипергидрат) нь эс хоорондын сектор (хаван), сероз хөндий (дусал) болон дотор эсийн доторх (хавдар) усны агууламж нэмэгдэж дагалдаж болно. Бие дэх усны агууламж буурах (шингэн алдалт) нь тургор буурах, арьс, салст бүрхэвч хуурайших, гемоконцентраци, гипотензи дагалддаг.

  Усны бүтцийн шинж чанартай холбоотой, амьд систем дэх усны мэдээллийн үүрэг гэж нэрлэгддэг онол байдаг. усан уусмалбүтцийн санах ой.

  Хэдийгээр ус нь гол бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн нэг юм хүний ​​бие, түүний үүргийг эрдэмтэд болон практик анагаах ухааны төлөөлөгчид дутуу үнэлдэг бөгөөд бага судалсан хэвээр байна. Үүний зэрэгцээ, хүн бараг бүх гликоген, өөх тос эсвэл уургийнхаа тал хувийг алдах нь усны ердөө 10% -ийг алдахаас илүү эрүүл мэндэд үзүүлэх сөрөг үр дагавар багатай байдаг (энэ нь усны 20% -ийг алдах нь үхэлд хүргэдэг).

  Хүний усны хэрэгцээ нь хэрэглэсэн хүнсний нэг ккал тутамд 1-1.5 мл байдаг, өөрөөр хэлбэл хоолны дэглэмийн энергийн үнэ цэнэ 2000 ккал байдаг тул бие нь өдөрт 2-3 литр ус шаарддаг. Хүний биед янз бүрийн бодисын солилцооны урвалын үр дүнд өдөрт ойролцоогоор 300-400 мл ус үүсдэг. 1 г нүүрс усыг исэлдүүлснээр 0.6 г ус, 1.07 г липид, 0.41 г уураг үүсдэг.

• Устөрөгчийн хоруу чанар

  Устөрөгч нь хоргүй. Хүний үхлийн тунг тогтоогоогүй байна.

• Устөрөгчийн нэгдлүүдийн хэрэглээ

  Устөрөгчийн нэгдлүүдийг химийн үйлдвэрт метанол, аммиак гэх мэт үйлдвэрлэхэд ашигладаг.

  Анагаах ухаанд устөрөгчийн изотопуудын нэгийг (дейтерий) фармакокинетик судалгаанд шошго болгон ашигладаг эм. Өөр нэг изотопыг (тритиум) радиоизотопын оношлогоо, ферментийн солилцооны биохимийн урвалыг судлах гэх мэт ажилд ашигладаг.

  Устөрөгчийн хэт исэл H 2 O 2 нь халдваргүйжүүлэх, ариутгах хэрэгсэл юм.

Устөрөгчийн холбоо нь OH, NH, FH, ClH, заримдаа SH бүлгүүдэд байдаг H атомаар үүсгэгддэг өвөрмөц холбоо бөгөөд H нь эдгээр бүлгүүдийг валентаар ханасан N2, O2, F атомуудтай холбодог.

Устөрөгчийн холбоо нь биологийн систем дэх хамгийн чухал, үндсэн уусгагч болох усны бүтэц, шинж чанарыг тодорхойлдог. Устөрөгчийн холбоо нь макромолекул, биополимер, түүнчлэн жижиг молекулуудтай холбоо үүсгэхэд оролцдог.

Уус = 4-29 кЖ/моль

Устөрөгчийн холбоонд гол хувь нэмэр нь цахилгаан статик харилцан үйлчлэлээс үүдэлтэй боловч тэдгээр нь үүгээр хязгаарлагдахгүй. Протон нь электрон сөрөг атомуудыг холбосон шулуун шугамын дагуу хөдөлж, эдгээр атомуудаас өөр өөр нөлөө үзүүлдэг.

Энэ график нь онцгой тохиолдол, N-H...N болон N...H-N хоорондын хамаарал юм. R нь харилцан үйлчлэгч хэсгүүдийн хоорондох зай юм. 2 чөлөөт энергийн минимум нь харилцан үйлчлэлцдэг N атомын ойролцоо байрладаг.

• 
  Устөрөгч харилцаа холбоо- тодорхой холболт OH, NH, FH, ClH, заримдаа SH бүлэгт агуулагдах H атомаар үүсгэгддэг ба H нь эдгээр бүлгүүдийг валентаар ханасан N2, O2, F атомуудтай холбодог.


• 
  Устөрөгч холболт Тэгээд түүнийг үүрэг В биологийн системүүд. Устөрөгч харилцаа холбоо- тодорхой холболтбүлэгт байгаа Н атомаар үүсгэгддэг .


• 
  Устөрөгч холболт Тэгээд түүнийг үүрэг В биологийн системүүд.
  Тэруургийн фибрилляр молекулуудын сүлжээ хэлбэрээр баригдсан бөгөөд үүнд чухал ач холбогдолтой үүрэгальфа актинин тоглодог.


• 
  Устөрөгч холболт Тэгээд түүнийг үүрэг В биологийн системүүд. Устөрөгч харилцаа холбоо- тодорхой холболт


• 
  Устөрөгч холболт Тэгээд түүнийг үүрэг В биологийн системүүд. Устөрөгч харилцаа холбоо- тодорхой холболт, OH бүлэгт байрлах Н атомаар үүсгэгддэг ... дэлгэрэнгүй ».


• 
  Устөрөгч холболт Тэгээд түүнийг үүрэг В биологийн системүүд. Устөрөгч харилцаа холбоо- тодорхой холболт, OH бүлэгт байрлах Н атомаар үүсгэгддэг ... дэлгэрэнгүй ».


• 
  Үүрэг В биологийн системүүд.
  устөрөгч холболтХимийн харилцаа холбоо


• 
  2) молекул хоорондын, хэрэв EA ба EV атомууд өөр өөр молекулд байвал. Молекул доторх устөрөгч харилцаа холбоохамгийн чухал тоглох биологийн үүрэг, Тэд жишээлбэл, полимер уургийн молекулуудын спираль бүтцийг тодорхойлдог тул.


• 
  Шилжүүлгийн механизмууд устөрөгч. Гэр үүрэг CTK - боловсрол их хэмжээний ATP.
  Энэ тээвэрт систем устөрөгчцитоплазмын NAD-аас митохондрийн NAD руу шилждэг тул 3 нь митохондрид үүсдэг. ATP молекулуудТэгээд...


• 
  Үүрэгбодис дамжуулах үйл явц дахь тархалт В биологийн системүүд.
  Молекул хоорондын ба молекул доторх устөрөгч холболтХимийн харилцаа холбоомолекулуудад ихэвчлэн маш сайн байдаг ... дэлгэрэнгүй ».

Олдсон ижил төстэй хуудсууд:10

3 Ямар химийн холбоог устөрөгчийн холбоо гэж нэрлэдэг вэ? Устөрөгчийн холбоо ямар онцлогтой вэ? Ковалент ба ионтой харьцуулахад устөрөгчийн бондын бат бөх байдлын талаар юу хэлж болох вэ? Хими, биологийн шинжлэх ухаанд устөрөгчийн холбоо ямар ач холбогдолтой вэ?

Устөрөгчийн холбоо химийн холбооустөрөгчийн атом ба хүчтэй электрон сөрөг элементийн атомуудын хооронд (фтор, хүчилтөрөгч, азот). Устөрөгчийн холбоо нь ихэвчлэн хоёр хөрш молекулын хооронд үүсдэг. Жишээлбэл, ус, спирт, фтор устөрөгч, аммиакийн молекулуудын хооронд үүсдэг.

Энэ нь маш сул холбоо юм - ковалент холбооноос 15-20 дахин сул. Үүний ачаар зарим бага молекултай бодисууд нь холбоот бодис үүсгэдэг бөгөөд энэ нь бодисын хайлах, буцлах цэгийг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг.

Ер бусын өндөр температурхайлах, буцалгах нь усны шинж чанар юм (хэрэв бид авч үзвэл устөрөгчийн нэгдлүүд VI бүлэг). Уснаас бусад VI бүлгийн бүх устөрөгчийн нэгдлүүд нь хий юм.

1)чиг баримжаа(диполын эсрэг талын төгсгөлүүдийн электростатик харилцан үйлчлэлийн улмаас туйлын молекулууд нь орон зайд чиглэгддэг бөгөөд ингэснээр зарим молекулын диполын сөрөг төгсгөлүүд бусад молекулуудын диполын эерэг төгсгөлд шилждэг)

2)индукц(туйл молекултай бодисуудад мөн ажиглагддаг боловч энэ нь ихэвчлэн чиг баримжаатай харьцуулахад хамаагүй сул байдаг. Туйл молекул нь хөрш зэргэлдээх молекулын туйлшралыг ихэсгэдэг. Өөрөөр хэлбэл, нэг молекулын диполь, нөгөө молекулын диполь нөлөөгөөр молекул нэмэгдэж, туйл биш молекул туйл болж болно)

3)тараагч(эдгээр хүч нь ямар ч атом ба молекулуудын хооронд ямар ч бүтэцтэй харилцан үйлчилдэг. Тэдгээр нь атомын том бүлэгт нэгдэн нийлсэн агшин зуурын диполь моментуудаас үүсдэг)

35. Устөрөгчийн холбоо, түүний биологийн үүрэг.

36. Нийлмэл нэгдлүүд. Вернерийн онол. Амьд организм дахь үүрэг.

37. Комплекс нэгдлүүдийн диссоциаци. Нарийн төвөгтэй ионуудын тогтворгүй байдлын тогтмол.

38. Нийлмэл нэгдлүүд дэх химийн холбоо (жишээ).

Кристал хэлбэрээр нарийн төвөгтэй нэгдлүүдЦэнэглэгдсэн цогцолборууд нь цогцолбор ба гадаад бөмбөрцгийн ионуудын хоорондын холбоо юм ион, гаднах бөмбөрцгийн үлдсэн хэсгүүдийн хоорондох холболтууд - молекул хоорондын(устөрөгчийг оруулаад). Ихэнх нарийн төвөгтэй хэсгүүдэд төв атом ба лигандуудын хооронд холбоо байдаг ковалент. Тэдгээр нь бүгд эсвэл тэдгээрийн нэг хэсэг нь хандивлагч-хүлээн авагч механизмын дагуу үүсдэг (үр дүнд нь албан ёсны төлбөр өөрчлөгдсөн). Хамгийн бага тогтвортой цогцолборуудад (жишээлбэл, шүлт ба шүлтлэг газрын элементүүд, түүнчлэн аммонийн усан цогцолборт) лигандууд нь электростатик таталцлаар баригддаг. Нарийн төвөгтэй тоосонцор дахь холболтыг ихэвчлэн донор-хүлээн авагч эсвэл зохицуулалтын холбоо гэж нэрлэдэг.

39. Исэлдэх урвалууд. Редокс урвалын төрлүүд.

Редокс урвалын төрлүүд:

1) Молекул хоорондын- янз бүрийн бодисын молекулуудад исэлдүүлэх, багасгах атомууд байдаг урвалууд, жишээлбэл:

H 2 S + Cl 2 → S + 2HCl

2) Молекул доторх- ижил бодисын молекулуудад исэлдүүлэгч ба бууруулагч атомууд байдаг урвалууд, жишээлбэл:

2H 2 O → 2H 2 + O 2

3) Пропорциональ бус байдал (авто исэлдэлт-өөрийгөө эдгээх) - ижил элемент нь исэлдүүлэгч бодис ба бууруулагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг урвалууд, жишээлбэл:

Cl 2 + H 2 O → HClO + HCl

4)Хувь хэмжээ- ижил элементийн хоёр өөр исэлдэлтийн төлөвөөс нэг исэлдэлтийн төлөвийг олж авах урвалууд, жишээлбэл:

NH 4 NO 3 → N 2 O + 2H 2 O

40. Хамгийн чухал исэлдүүлэгч ба ангижруулагч бодисууд. Редокс хоёрдмол байдал.

Нэг молекул, нөгөөгийн устөрөгчийн атомууд, N-X төрөл(X нь F, O, N, Cl, Br, I) цахилгаан статик татах хүчний улмаас.

устөрөгч болон эдгээр атомуудын аль нэгний хоорондын холбоо нь холбогч тул хангалттай туйлшралаар тодорхойлогддог электрон үүлилүү электрон сөрөг атом руу шилжсэн. Энэ тохиолдолд устөрөгч нь диполийн эерэг төгсгөлд байрладаг. Хоёр ба түүнээс дээш ийм диполууд хоорондоо харилцан үйлчилдэг тул нэг молекулын устөрөгчийн атомын цөм (диполийн эерэг төгсгөл) хоёр дахь молекулын дан электрон хосоор татагддаг. Энэ холболтхий, шингэн, хатуу хэлбэрээр илэрдэг.

Энэ нь харьцангуй удаан эдэлгээтэй байдаг. Устөрөгчийн холбоо байгаа нь тухайн бодисын молекулуудын тогтвортой байдал, тэдгээрийн буцалгах, хайлах цэгүүд нэмэгдэхэд хүргэдэг. Устөрөгчийн холбоо үүсэх нь химийн болон биологийн системд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.

Устөрөгчийн холбоо нь молекул доторх ба молекул хоорондын (Зураг 14) байж болно. карбоксилын хүчилПоляр бус уусгагчид хоёр молекул хоорондын устөрөгчийн бондоос болж димерждэг.

Цагаан будаа. 14. Устөрөгчийн холбоо үүсэх: А- молекул доторх; б- молекул хоорондын.

Өөр өөр бодисуудын оршин тогтнол нэгтгэх төлөвүүдВан дер Ваалсын татах хүчний улмаас бөөмс (атом, ион, молекул) хоорондын харилцан үйлчлэл байгааг харуулж байна. Хамгийн чухал ба өвөрмөц онцлогЭдгээр хүч нь бүх атом, молекулуудын хооронд үйлчилдэг тул тэдгээрийн нийтлэг шинж чанар юм.

Устөрөгчийн холбоо нь нэгдлүүдийн физик (буцлах цэг, хайлах цэг, тогтворгүй байдал, зуурамтгай чанар, спектрийн шинж чанар) болон химийн (хүчил-суурь) шинж чанарт нөлөөлдөг.

Молекул хоорондын устөрөгчийн холбоо молекулуудын холбоог үүсгэдэг бөгөөд энэ нь бодисын буцалгах, хайлах температурыг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг. Жишээлбэл, нэгдэх чадвартай этилийн спирт C 2 H 5 OH + 78.3 ° C, устөрөгчийн холбоо үүсгэдэггүй диметилийн эфир CH 3 OCH 3 нь зөвхөн 24 ° C-т буцалгана ( молекулын томъёохоёулаа бодис C 2 H 6 O).

Уусгагчийн молекулуудтай H-бонд үүсэх нь уусах чадварыг сайжруулдаг. Тиймээс, метил ба этилийн спирт(CH 3 OH, C 2 H 5 OH) нь усны молекулуудтай H-бонд үүсгэж, дотор нь тодорхойгүй хугацаагаар уусдаг.

Молекул доторх устөрөгчийн холбоо молекул дахь атомын харгалзах бүлгүүдийн орон зайн таатай зохион байгуулалтаар үүсдэг бөгөөд шинж чанарт онцгой нөлөө үзүүлдэг. Жишээлбэл, салицилийн хүчлийн молекул дахь H-бонд нь түүний хүчиллэгийг нэмэгдүүлдэг.

Устөрөгчийн холбоо ба тэдгээрийн бодисын шинж чанарт үзүүлэх нөлөө

Мөн одоогоор устөрөгчийн химийн холбоо сул, хүчтэй байж болно гэж үздэг.

Тэд бие биенээсээ энерги, холболтын уртаараа ялгаатай (атом хоорондын зай):

1. Устөрөгчийн холбоо сул байна. Эрчим хүч - 10-30 кЖ/моль, бондын урт - 30. Дээр дурдсан бүх бодисууд нь хэвийн буюу сул устөрөгчийн бондын жишээ юм.

2. Устөрөгчийн холбоо хүчтэй байдаг. Эрчим хүч - 400 кЖ / моль, урт - 23-24.