Глава 2
Основа всего
живого: гидрохимия
и уровень pH
»Роль и свойства воды
»Отличие кислоты от щелочи
»Контроль уровня pH в буфере
jP H ода — это самое важное вещество для всего живого на нашей планете.
|Н Люди в ней моются, купаются, плавают на кораблях и ловят рыбу. Она
^|[
используется для уборки жилых помещений и при производстве элект-
роэнергии. Люди потребляют воду в разных формах: читая вода, чай, кофе,
пиво, другие напитки и блюда. Так или иначе, вода регулирует температуру поверхности планеты и человеческого тела.
Вбиохимии вода выступает одним из главных действующих веществ. Чело-
веческое тело на 70% состоит из воды. Вода играет важную роль в переносе веществ внутрь и из клетки. А многочисленные водные соединения участвуют во всевозможных реакциях организма.
Вэтой главе мы исследуем структуру молекулы воды и ее свойства. Опи-
шем ее свойства как универсального растворителя. Кроме того рассмотрим
свойства кислот и щелочей и возможные равновесные состояния. Наконец по- знакомимся со шкалой pH и буферами, включая скандально известное уравне-
ние Гендерсона-Хассельбаха. Итак, усаживайтесь поудобней, возьмите в руки стакан с любимым напитком (водой?) и приготовьтесь к полному погружению!
Определенные ампифатические молекулы, такие как молекулы мыла, фор-
мируют мицеллу, или мельчайшие капли, окружающие нерастворимые веще- ства. На этом их свойстве основана моющая сила мыла и всевозможных очи- стителей. Гидрофобная часть молекулы (длинная углеводная цепочка) раство- ряется в неполяризованном веществе таком, как жировая смазка или масло, а ее гидрофильная часть, называемая ионным концом, остается в воде. Мыло
или очиститель расщепляет жировое вещество или масло и задерживает ее в растворе, позволяя осесть.
Мицелла ведет себя как большая поляризованная молекула (рис. 2.3). Струк-
тура мицеллы во многом напоминает клеточную мембрану.
Гидрофильная головка
Полярное |
Неполярное |
вещество (вода) |
вещество |
Гидрофобный хвост
Рис. 2.3. Структура мицеллы, состоящей из амфипатических молекул с направленными наружу"головами"
Концентрация ионов водорода:
кислоты и основания
В водных растворах, особенно встречающихся в биологических системах,
первостепенную важность представляет концентрация ионов водорода (Н+).
Во многих биологических системах часто приходится прилагать невероятные
усилия, чтобы обеспечить неизменность концентрации ионов водорода, опре-
деляемой показателями [Н+] или pH (кислотность раствора).
Даже незначительное изменение концентрации ионов водорода может ока- заться губительным для живого организма. Например, чтобы организм чело- века нормально функционировал, в его крови должно содержаться совсем не- большое количество ионов водорода. Повышенная или пониженная их концен- трация может стать причиной смерти.
38 ЧАСТЬ 1 Основы основ: базовые понятия