197 Chromatografia żelowa

Chromatografia żelowa (sączenie żelowe) jest to metoda stosowana jest do rozdziału głównie białek i wielocukrów ze względu na różnice w ich wielkości i kształcie.

Kolumnę chromatograficzną wypełnia się złożem (faza stacjonarna) w postaci ziarenek o określonej wielkości porów zbudowanych z nierozpuszczalnego polimeru (typu: dekstran, agaroza) lub poliakrylamidu.Po nałożeniu na żel mieszaniny, białka o małych rozmiarach wnikają do wnętrza ziaren duże natomiast nie mogą. Droga do momentu wycieku z kolumny, którą musi pokonać każdy ze składników próbki jest więc nierówna. Cząsteczki o najmniejszym ciężarze cząsteczkowym mają do pokonania najdłuższą drogę i dlatego wypływają najpóźniej z kolumny. Białka o dużej masie cząsteczkowej i o średnicy większej niż pory ziaren złoża mają do pokonania krótszą drogę w żelu i wędrują najszybciej. Pojawiają się zatem jako pierwsze u wylotu kolumny.

198 Dyfuzja makrocząsteczek w roztworze, współczynnik dyfuzji a geometria makrocząsteczek, wzór, rola, przykładowe wartości

Współczynnik dyfuzji D zależy m.in. od rozmiarów i kształtów cząsteczek dyfundujących, tak więc pomiar tego współczynnika może dostarczyć informacji o cechach makrocząsteczek.
Dla cząsteczek kulistych zależność współczynnika D od promienia cząsteczki wyraża wzór:

gdzie: n- lepkość rozpuszczalnika r- promień cząsteczki
k- stała Boltzamana D- współ. Dyfuzji (cm2/s)
T- temperatura

Współczynnik dyfuzji zgodnie ze wzorem jest odwrotenie proporcjonalny do wartości promienia r.
Dzieje się tak ze względu na wytstępujące siły tarcia w roztworach.
Współczynnik ten może się przydać do wyliczenia masy cząsteczkowej (gdy są znane także dane o sedymentacji w ultrawirówce)
-11

Przykładowe wartości: 10 m2/s dla białek a dla substancji małocząsteczkowych ok 10-100 razy większy.


199 I zasada termodynamiki

Przyrost energi wewnętrznej U2-U1 układu jest równy sumie dostarczonego mu ciepła Q i wykonanej pracy, co wyraża się wzorem:
U2-U1=Q+W

Ewentualnie:1. Energia wewnętrzna U układu jest energią związaną z nieuporządkowanym ruchem cząsteczek, zarówno kinetyczną jak i potencjalną ich wzajemnego oddziaływania.
2. Wzór wyżej podany można przestawić w formie (-W)+( U2-U1)=Q wtedy można powiedzieć że ciepło dostarczone układowi zużywa się na wzrost jego energi wewnętrznej i wykonaną przez układ pracę.
Przy dostarczaniu układowi ciepła przyrost energi wewnętrznej zależy od tego czy układ wykonuje pracę. Np: przy ogrzewaniu gazu przy stałej objętości praca nie jest wykonywana W=0 (bo -W=pΔV a zmiana objętości ΔV=0) więc całe ciaepło jest wykorzystywane na wzrost energi wewnętrznej Q=( U2-U1). Gdy jednak układ zmienia objętość to -W=pV a więc Q=( U2-U1)+pΔV

200 – I zasada terodynamiki w układach biologicznych, biokalorymetria pośrednia i bezpośrednia

I zasada termodynamiki jako zasada zachowania energi powinna być zachowana w procesach biologicznych. Energia organizmowi jest potrzeban do zachowania struktury, przeprowadzanai procesów, wykonywania czynności. Pochodzi ona z utleniania produktów pokarmowych przy stałej temperaturze i ciśnieniu. Energia odstarczona nie jest jednak równa entalpi swobodniej ΔG gdyż część energi (76kJ/mol glukozy) wchodzi w skład energi związanej i proces ten nie jest odwracalny. Dlatego za miarę energi dostarczonej przyjmuje się entalpie ΔH.
Kosztem energi ΔH organizm wykonuje pracę wewnętrzną Wi i zewnętrzną We. Praca zewnętrzna kest równa pracy wykonanej kosztem wysiłku mięśniowego. Praca wewnętrzna związana jest z pokonywaniem oporów podczas wielu procesów (krążenie, oddychanie, transport przeciw gradientom stężeń itp) i w końcowym efekcie zamienia się w ciepło Wi=Q.
Bilans Energi wyraża się więc wzorem ΔH= We+Q


Ciepło oddawane przez organizm do otoczenia można mierzyć dzięki kalorymetrom.

1. Biokalorymetria bezpośrednia – obiekt badany znajduje sięw komorze o dokładnej izolacji cieplnej. Ilość ciepła wytworzoną w komorze mierzy się ilością ciepła pobraną przez wodę przepływającą przez system rur znajdujący się w komorze.
Mierząc masę m przepływającej wody i przyrost jej temperatury ΔT ilość ciepła obliczymy ze wzoru: Q=cmΔT.
Wielkość wykonanej pracy We mierzy się za pomocą cykloergometru (przypomina rower)
Energię którą organizm otrzymuje, mierzy się energią którą organizm pobrał w procesach utleniania związków pokarmowych (przydatne tabele wykorzystania energi przez organizm z utlenienia danego związku)

Kalorymetr ten pozwala także zmieżyć ilość zużytego przez organizm tlenu i wydalonego CO2, a wiedząc ile tlenu się zużywa na spalenie określonej ilość związku i ile względnie powinno w tym procesie powstać CO2 można obliczyć ciepło metabolizmu.

2. Kalorymetria pośrednia – polega na pomiarze ilości pobranego tlenu i wydalonego CO2, wykorzystuje siędo tego maskę/ustnik oddzielający powietrze wydychane i wdychane. Obliczenie ciepła metabolizmu wymaga jednak znajomości jaki składniki został utleniony. Określić to pomaga iloraz oddechowy RQ, wyraża się on stosunkiem objętości wydalonego przez organizm dwutlenku węgla Vco2 do objętości pobranego tlenu Vo2 : RQ= Vco2 /Vo2
Stosunek oddechowy dla węglowodanów wynosi 1 dla tłuszczów 0,71 a białek 0,81

Pomiary kalorymetryczne pozwalają zmierzyć:

• wydajność z jaką organizm przekształca energię chemiczną na pracę mechaniczną (wartość w granicach 20-25%, gdyż jest to stosunek wykonanej pracy wewnętznej We do zużytej na ten cel energi ΔHe a nie do całej pobranej energi)

• przemianę podstawową materii – najmniejszą moc energii jaką organizm potrzebuje do utrzymania procesów życiowych będąc w całkowitym spoczynku. Przemiana ta wynosi średnio 80W = 1700 kcal/24h