Значення водневого зв'язку в біології. Водневий зв'язок. Значення міжмолекулярної водневого зв'язку

Водень - елемент VII групи періодичної системи з атомним номером 1. Вперше виділений фламандським хіміком І. Ван Гельмонтом в XVII в. Вивчено англійським фізиком і хіміком Г. Кавендіш в кінці XVIII в. Назва водню походить від грец. hydro genes (який породжує воду).

Водень є одним з найпоширеніших елементів у Всесвіті. Енергія яку випромінює Сонце народжується в результаті реакції злиття чотирьох ядер водню в ядро \u200b\u200bгелію. На Землі водень входить до складу води, мінералів, вугілля, нафти, живих істот. У вільному вигляді невеликі кількості водню зустрічаються в вулканічних газах.

Водень - газ без кольору і запаху, не розчиняється у воді, утворює з повітрям вибухонебезпечні суміші. Існують три різновиди водню: протий, дейтерій і тритій, що розрізняються за кількістю нейтронів. Отримують водень при електролізі води, в якості побічних продуктів при переробці нафти.

• Біологічна роль водню

  Роль водню в природі визначається не масою, а числом атомів, частка яких серед інших елементів становить 17% (друге місце після кисню, частка атомів якого дорівнює ~ 52%). Тому значення водню в хімічних процесах, Що відбуваються на Землі, майже так само велика, як і кисню. На відміну від кисню, що існує на Землі і в зв'язаному, і у вільному станах практично весь водень на Землі знаходиться у вигляді сполук. Лише в дуже незначній кількості водень у вигляді простого речовини міститься в атмосфері (0,00005% за обсягом).

  Основна функція водню - структурування біологічного простору (вода і водневі зв'язку) і формування різноманітності органічних (біологічних) молекул. Водень здатний реагувати з електронположітельнимі і електронотріцітельнимі атомами, активно взаємодіяти з багатьма елементами, виявляючи при цьому як окислювальні, так і відновні властивості. У реакціях з лужними і лужноземельними металами водень виступає в якості окислювача, а по відношенню до кисню, сірки, галогенів проявляє відновні властивості.

  При втраті електрона атом водню переходить в елементарну частинку - протон. У водному розчині протон переходить в катіон гидроксония, який гідратіруется трьома молекулами води і утворює гідратований катіон гидроксония H 9 O 4 +. У вигляді цього катіона протони і знаходяться у водному розчині.

  У біологічних процесах протон грає виключно важливу роль: визначає кислотні властивості розчинів, бере участь в окисно-відновних перетвореннях. За участю іонів водню відбувається зв'язування катіонів металів в біокомплекси, протікають реакції осадження (напр., Освіта мінеральної основи кісткової тканини), гідролітичні розпад ліпідів, полісахаридів, пептидів.

  В організмі людини водень в з'єднаннях з іншими макроелементами утворює аміногрупи і сульфгідрильні групи, що грають найважливішу роль у функціонуванні різних біомолекул. Водень входить в структуру білків, вуглеводів, жирів, ферментів і інших біоорганічних сполук, що виконують структурні і регуляторні функції. Завдяки водневим зв'язкам здійснюється копіювання молекули ДНК, яка передає генетичну інформацію з покоління в покоління.

  Вступаючи в реакцію з киснем, водень утворює молекулу води. Вода - основна речовина, з якої складається організм. У тілі новонародженої людини вміст води становить близько 80%, у дорослого - 55-60%. Вода бере участь у величезній кількості біохімічних реакцій, у всіх фізіологічних і біологічних процесах, забезпечує обмін речовин між організмом і зовнішнім середовищем, між клітинами і всередині клітин. Вода є структурною основою клітин, необхідна для підтримки ними оптимального обсягу, вона визначає просторову структуру і функції біомолекул.

  У біосредах частина води (близько 40%) знаходиться у зв'язаному стані (асоціати з неорганічними іонами і биомолекулами). Інша частина, тобто вільна вода, являє собою асоційовану водневими зв'язками рухливу структуру. Між вільною і зв'язаною водою відбувається безперервний обмін молекулами.

  Воду, що знаходиться в організмі, прийнято умовно розділяти на позаклітинну і внутрішньоклітинну. Позаклітинна вода, в свою чергу, це інтерстиціальна рідина, що оточує клітини; внутрішньосудинна рідина (плазма крові) і трансцеллюлярной рідина, яка знаходиться в серозних порожнинах і порожнистих органах. Накопичення води в організмі (гіпергідратація), може супроводжуватися збільшенням вмісту води в міжклітинному секторі (набряки), в серозних порожнинах (водянка) і всередині клітин (набухання). Зменшення вмісту води в організмі (дегідратація), супроводжується зниженням тургору, сухості шкіри і слизових оболонок, гемоконцентрацией і гіпотензією.

  Існує теорія, пов'язана зі структурованим характером води, про так званої інформаційної ролі води в живих системах і наявності у водних розчинів структурної пам'яті.

  Незважаючи на те, що вода є одним з головних компонентів людського організму, Її роль до теперішнього часу недооцінена і мало вивчена як вченими, так і представниками практичної медицини. Тим часом, втрата людиною майже всього глікогену і жиру або половини білка за своїми наслідками для здоров'я значать менше, ніж втрата всього 10% води (тоді як втрата 20% води призводить до смертельного результату).

  Потреба людини у воді становить 1-1,5 мл на Ккал споживаної їжі, т. Е., При енергетичної цінності раціону у 2000 Ккал організму потрібно від 2 до 3 літрів води на добу. Близько 300-400 мл води щодня утворюється в організмі людини в результаті різних метаболічних реакцій. Окислення 1 г вуглеводів призводить до утворення 0,6 г води, 1,07 г ліпідів і 0,41 г білків.

• токсичність водню

  Водень нетоксичний. Летальна доза для людини не визначена.

• Застосування сполук водню

  З'єднання водню використовуються в хімічній промисловості при отриманні метанолу, аміаку і т.д.

  У медицині один з ізотопів водню (дейтерій) в якості мітки використовується при дослідженнях фармакокінетики лікарських препаратів. Інший ізотоп (тритій) застосовується в радіоізотопної діагностики, при вивченні біохімічних реакцій метаболізму ферментів і ін.

  Перекис водню H 2 O 2 є засобом дезінфекції та стерилізації.

Водневі зв'язку -специфічні зв'язок, яка створюється атомом Н, який знаходиться в групах ОН, NH, FH, ClH і іноді SH, причому Н пов'язує ці групи з валентно насиченими атомами N2, O2 і F.

Водневі зв'язки визначають структуру і властивості води, як найголовнішого і основного розчинника в біосистемах. Водневі зв'язки беруть участь у формуванні макромолекул, біополімерів, а так же зв'язках з малими молекулами.

Uвод \u003d 4-29 кДж / моль

Основний внесок в водневі зв'язку вносять електростатичні взаємодії, але вони не зводяться до них. Протон рухається вздовж прямої, що з'єднує електронегативні атоми і відчуває різний вплив з боку цих атомів.

Цей графік - окремий випадок, зв'язок між N-H ... N і N ... H-N. R - відстань між взаємодіючими частинками. 2 мінімуму вільної енергії розташовуються біля першого або другого взаємодіє атома N.

• 
  водневі зв'язку -специфічні зв'язок, Яка створюється атомом Н, який знаходиться в групах ОН, NH, FH, ClH і іноді SH, причому Н пов'язує ці групи з валентно насиченими атомами N2, O2 і F.


• 
  воднева зв'язок і її роль в біологічних системах. водневі зв'язку -специфічні зв'язок, Яка створюється атомом Н, який знаходиться в група.


• 
  воднева зв'язок і її роль в біологічних системах.
  вона побудована у вигляді мережі з білкових фібрилярних молекул, серед яких істотну роль відіграє альфа-актінін.


• 
  воднева зв'язок і її роль в біологічних системах. водневі зв'язку -специфічні зв'язок


• 
  воднева зв'язок і її роль в біологічних системах. водневі зв'язку -специфічні зв'язок, Яка створюється атомом Н, який знаходиться в групах ОН, ... докладніше ».


• 
  воднева зв'язок і її роль в біологічних системах. водневі зв'язку -специфічні зв'язок, Яка створюється атомом Н, який знаходиться в групах ОН, ... докладніше ».


• 
  роль в біологічних системах.
  воднева зв'язок хімічні зв'язку


• 
  2) міжмолекулярної, якщо атоми ЕА і ЕВ знаходяться в різних молекулах. внутрішньомолекулярні водневі зв'язку грають важ-кро біологічну роль, Так як визначають, на-приклад, спіральну структуру полімерних молекул білків.


• 
  Човникові механізми перенесення водню. Головна роль ЦТК - освіту великої кількості АТФ.
  У цій транспортної системі водень від цитоплазматичного НАД передається на мітохондріальний НАД, тому в мітохондріях утворюється 3 молекули АТФ і ...


• 
  роль дифузії в процесах перенесення речовин в біологічних системах.
  Межмолекулярная і внутримолекулярная воднева зв'язок хімічні зв'язку в молекулах зазвичай дуже про ... докладніше ».

Знайдено схожих сторінок: 10

3 Який хімічний зв'язок називають водневої? У чому особливості водневого зв'язку? Що можна сказати про міцність водневих зв'язків в порівнянні з ковалентними і іонними? Яке значення має воднева зв'язок в хімії та біології?

Водневий зв'язок - це хімічний зв'язок між атомами водню і атомами сильно електронегативний елементів (фтор, кисень, азот). Воднева зв'язок утворюється зазвичай між двома сусідніми молекулами. Наприклад, вона утворюється між молекулами води, спиртів, фтороводорода, аміаку.

Це дуже слабка зв'язок-приблизно в 15-20 разів слабкіше ковалентної. Завдяки їй деякі низькомолекулярні речовини утворюють асоціати, що призводить до підвищення температур плавлення і кипіння речовин.

аномально високі температури плавлення і кипіння характерні для води (якщо розглядати водневі сполуки VI групи). Все водневі з'єднання VI групи, окрім води, є газами.

1) орієнтаційні(Полярні молекули внаслідок електростатичного взаємодії різнойменних решт диполів орієнтуються з просторі так, що негативні кінці диполів одних молекул повернені до позитивних кінців диполів інших молекул)

2) індукційні(Спостерігаються також і у речовин з полярними молекулами, але при цьому воно зазвичай значно слабкіше орієнтаційної. Полярна молекула може збільшувати полярність сусідній молекули. Іншими словами, під впливом диполя однієї молекули може збільшуватися диполь іншої молекули, а неполярная молекула може стати полярної)

3) дисперсійні(Ці сили взаємодіють між будь-якими атомами і молекулами незалежно від їх будови. Вони викликаються миттєвими дипольними моментами, узгоджено виникають у великій групі атомів)

35. Водневий зв'язок, її біологічна роль.

36. Комплексні сполуки. Теорія Вернера. Роль в живому організмі.

37. Дисоціація комплексних сполук. Константа нестійкості комплексних іонів.

38. Хімічний зв'язок в комплексних з'єднаннях (приклади).

У кристалічних комплексних з'єднаннях з зарядженими комплексами зв'язок між комплексом і зовнішньосферних іонами іонна, Зв'язку між іншими частками зовнішньої сфери - міжмолекулярні(В тому числі і водневі). У більшості комплексних частинок між центральним атомом і лігандами зв'язку ковалентні. Всі вони або їх частину утворені по донорно-акцепторного механізму (як наслідок - зі зміною формальних зарядів). У найменш міцних комплексах (наприклад, в Аквакомплекс лужних і лужноземельних елементів, а також амонію) ліганди утримуються електростатичним притяганням. Зв'язок в комплексних частинках часто називають донорно-акцепторної або координаційної зв'язком.

39. Окисно-відновні реакції. Види окислювально-відновних реакцій.

Види окислювально-відновних реакцій:

1) міжмолекулярні- реакції, в яких окислюються і відновлюються атоми знаходяться в молекулах різних речовин, наприклад:

Н 2 S + Cl 2 → S + 2HCl

2) внутрішньомолекулярні- реакції, в яких окислюються і відновлюються атоми знаходяться в молекулах одного і того ж речовини, наприклад:

2H 2 O → 2H 2 + O 2

3) диспропорционирование (Самоокислення-самовідновлення) - реакції, в яких один і той же елемент виступає і як окислювач, і як відновник, наприклад:

Cl 2 + H 2 O → HClO + HCl

4) Репропорціонірованіе - реакції, в яких з двох різних ступенів окислення одного і того ж елемента виходить одна ступінь окислення, наприклад:

NH 4 NO 3 → N 2 O + 2H 2 O

40. Найважливіші окислювачі і відновники. Окислювально-відновна двоїстість.

Однією молекули і атомами водню інший, типу Н-Х (Х - це F, O, N, Cl, Br, I) за рахунок сил електростатичного притягання.

Зв'язок між воднем і одним з цих атомів характеризується достатньою полярністю, оскільки сполучна електронне хмара зміщена в бік більш електронегативного атома. Водень в даному випадку розташований на позитивному кінці диполя. Два і більше таких диполя взаємодіють між собою так, що ядро \u200b\u200bатома водню однієї молекули (позитивний кінець диполя) притягається неподіленої електронної парою другої молекули. Даний зв'язок проявляється в газах, рідинах і твердих тілах.

Вона щодо міцна. Наявність водневого зв'язку обумовлює підвищення стійкості молекул речовини, а також підвищення їх температури кипіння і плавлення. Освіта водневих зв'язків відіграє важливу роль як в хімічних, так і в біологічних системах.

Воднева зв'язок буває внутрішньо- і міжмолекулярної (рис. 14), молекули карбонових кислот в неполярних розчинниках димеризуется за рахунок двох водневих зв'язків.

Мал. 14. Освіта водневого зв'язку: а - внутрімолекулярної; б - міжмолекулярної.

Існування речовин в різних агрегатних станах свідчить про те, що між частинками (атоми, іони, молекули) має місце взаємодія, обумовлене ван-дер-ваальсовими силами тяжіння. Найбільш важливою і відмінною рисою цих сил є їх універсальність, так як вони діють без винятку між усіма атомами і молекулами.

Водневі зв'язки впливають на фізичні (т.кіп. І т.пл., летючість, в'язкість, спектральні характеристики) і хімічні (кислотно-основні) властивості з'єднань.

Міжмолекулярні водневі зв'язку обумовлюють асоціацію молекул, що призводить до підвищення температур кипіння і плавлення речовини. Наприклад, етиловий спирт C 2 H 5 OH, здатний до асоціації, кипить при + 78,3 ° С, а диметиловий ефір СН 3 ОСН 3, не утворює водневих зв'язків, лише при 24 ° С ( молекулярна формула обох речовин З 2 Н 6 О).

Освіта Н-зв'язків з молекулами розчинника сприяє поліпшенню розчинності. Так, метиловий і етиловий спирти (CH 3 OH, С 2 Н 5 ОН), утворюючи Н-зв'язку з молекулами води, необмежено в ній розчиняються.

Внутрішньомолекулярна воднева зв'язок утворюється при сприятливому просторовому розташуванні в молекулі відповідних груп атомів і специфічно впливає на властивості. Наприклад, Н-зв'язок всередині молекул саліцилової кислоти підвищує її кислотність.

Водневі зв'язки та їх вплив на властивості речовини

Також в даний час є думка, що воднева хімічний зв'язок буває слабкою і сильною.

Вони відрізняються один від одного по енергії і довжині зв'язку (відстань між атомами):

1. Водневі зв'язку слабкі. Енергія - 10-30 кДж / моль, довжина зв'язку - 30. Всі речовини, перераховані вище, є прикладами нормальної або слабкою водневого зв'язку.

2. Водневі зв'язку сильні. Енергія - 400 кДж / моль, довжина - 23-24.