Основи біохімії. Фізична хімія
Вода є добрим розчинником як для солей, легко диссоциирующих на іони, так і для багатьох сполук з полярними зв'язками (див. С. 32). Такі речовини зазвичай називають полярними або гідрофільними ( "водолюбними"). У той же час вуглеводні розчиняються у воді погано. Такі речовини називають неполярними або гідрофобними.
А. Розчинність у воді жирних кислот
Розчинність в воді органічних сполук визначається співвідношенням полярних або неполярних груп. Це положення добре ілюструється на прикладі жирних кислот. Карбоксильная група жирних кислот іонізована і здатна утворювати водневі зв'язки. Однак у міру збільшення довжини вуглеводневого ланцюга розчинність жирних кислот помітно знижується. Жирні кислоти, що містять в ланцюзі більше 10 вуглецевих атомів, практично нерозчинні в воді. Тому в крові вони переносяться у вигляді комплекс лісів з альбуміном (див. С. 270).
Б. Розчинність у воді метану
Для пояснення погану розчинність вуглеводнів у воді необхідно перш за все розглянути енергетику такого процесу (див. С. 26). На схемі 1 наведені дані для найбільш простого вуглеводню метану. Відомо, що розчинення газоподібного метану в воді - процес екзотермічний (# 916; # 919; ° <0). Тем не менее изменение свободной энергии (ΔG°) — величина положительная, поскольку в уравнении преобладает энтропийный член (-Т • ΔS°). Очевидно, что изменение энтропии процесса (ΔS°) — величина отрицательная, т.е. растворение метана в воде требует повышения степени упорядоченности системы. При окружении молекул метана молекулами воды подвижность молекул метана должна уменьшаться. Однако при этом существенно важнее то обстоятельство, что молекулы воды, располагаясь вокруг этих неполярных молекул, образуют собственную сетчатую структуру, "клатраты", стабилизированную, как и в структуре льда, водородными связями. Таким образом, растворение метана в воде — процесс, приводящий к более высокой упорядоченности водной фазы. Чем больше поверхность контакта между водой и неполярной фазой, тем выше степень такой упорядоченности
В. Ефект «масляних крапель»
Енергетично невигідне освіту клатратних структур є причиною самовільного розшарування емульсій масла в воді. Як відомо, при струшуванні такої суміші утворюється безліч дрібних масляних крапельок, які, однак. знову мимовільно зливаються у великі краплі - обидві фази знову розшаровуються. Великі краплі мають меншу поверхнею в порівнянні з безліччю дрібних крапельок того ж сумарного обсягу. При розшаровуванні фаз зменшується площа контакту між фазами, а отже, і ступінь освіти клатратов. Тому # 916; S такого процесу - величина позитивна, а негативний член рівняння -T • # 916; S свідчить про те, що розшарування - процес екзергонічеськие (# 916; G <0). Иными словами, такой процесс будет идти спонтанно.
Г. Розчинність сполук з амфіфільних властивостями
Речовини, що мають в структурі як полярні, так і неполярні групи, називаються амфіфільних. До цієї групи належать, наприклад, жири (див. С. 56), фосфоліпіди (див. С. 56) і жовчні кислоти (див. С. 63). Внаслідок ефекту "масляних крапель" (Б) амфіфіли при контакті з водою схильні утворювати структури, у яких площа контакту не полярної частини молекул з водою мінімальна. На поверхні води такі речовини зазвичай утворюють моношарова плівки. у яких полярні групи орієнтовані в воду. Мильні бульбашки утворені ліпідними бислоями з тонким зовнішнім шаром води. У воді амфіфіли утворюють протяжні біслойную мембрани або міцели. у яких полярні групи орієнтовані в воду. За цим принципом побудовано більшість біологічних мембран (див. С. 216). Порожні мембранні бульбашки звуться везикул. У клітинах і крові такі структури відіграють ключову роль при виконанні транспортних функцій (див. Сс. 230. 272).