Úlohy

1. Zmerajte závislosť povrchového napätia od plochy molekúl DPTC.

2. Vypočítajte priečny rozmer membrány DPTC.

Teoretický úvod

Molekuly povrchovo aktívnych látok, ktoré sa nachádzajú na fázovom rozhraní, môžu za určitých podmienok vytvoriť nasýtenú absorbovanú vrstvu. Na základe mnohých meraní bolo zistené, že pri roztekaní málo rozpustnej povrchovo aktívnej látky po povrchu kvapaliny hrúbka jej vrstvy nadobúda určitú kritickú minimálnu hodnotu. Táto kritická hrúbka sa rovná dĺžke molekuly povrchovo aktívnej látky ukladajúcej sa na rozhraní.

V závislosti od štruktúry môžeme molekuly rozdeliť na polárne a nepolárne. Polárne majú priestorovo netotožné ťažiská kladného a záporného náboja a sú dobre rozpustné vo vode. Naopak nepolárne majú totožné ťažiská a sú prakticky vo vode nerozpustné.

Molekuly látok, ktoré vytvárajú typické monovrstvy na povrchu rozhrania majú amfipatický charakter ( môžeme u nich rozlíšiť hydrofilnú a hydrofóbnu časť ). Hydrofilné časti sú vo styku s vodou a hydrofóbne časti sú orientované kolmo na rozhranie do vzduchu. Hydrofilnú časť tvoria karboxylové, hydroxylové, aminové skupiny. Hydrofóbna časť je relatívne homogénna oblasť uhľovodíkových reťazcov.

Voľnú energiu rozhrania pripadajúcu na jednu molekulu možno vyjadriť

kde je povrchové napätie na rozhraní uhľovodík-voda

c - konštanta

a - plocha rozhrania pripadajúca na jednu molekulu

Minimum voľnej energie dostaneme z podmienky

Pri bočnom stláčaní povrchového filmu pozorujeme povrchový tlak, pôsobiaci proti ďalšiemu zmenšovaniu povrchu.

Experimentálna časť

Na meranie mononukleárnych vrstiev sme použili teflónovú vaňu. Musí byť dokonale vyčistená bezvláknovým papierom namočeným v chloroforme. Vaňa obsahuje bariéru, ktorá je tiež z teflónu a jej pohyb zabezpečuje cez rozhranie počítač. Na jednom konci nádoby bol pripojený merací prístroj na meranie povrchového napätia.

Do nádoby sme naliali destilovanú vodu a na merací prístroj sme zavesili prúžok papiera, ktorý prenáša silu povrchového napätia do meracieho prístroja. Do časti medzi bariéru a merací prístroj sme nakvapkali molekuly DPTC, ktorý vytvoril na povrchu destilovanej vody mononukleárny film. Po spustení riadiaceho programu bariéra začala stláčať mononukleárnu vrstvu rýchlosťou 10 cm/min. Zároveň počítač snímal hodnotu z meracieho prístroja a na monitore vynášal závislosť povrchového napätia od plochy. Zmenšovanie plochy prebieha až po kritickú hodnotu, kedy sa radikálne zväčšuje hodnota povrchového napätia. Vtedy dôjde k porušeniu monovrstvy. Výsledný graf sa potom vytlačil.

Meracia aparatúra

Namerané výsledky

Z nameranej závislosti, preložením dotyčnice v mieste, kde sa povrchové napätie maximálne zväčšuje, sme v priesečníku s osou x dostali plochu, ktorá pripadá na 1 molekulu.

Zmeraná plocha:   a = 52 na molekulu = 520 nm

Zhodnotenie

Na meranie sme použili vzorku DPPC. Z nameranej závislosti sme zistili plochu pripadajúcu na jednu molekulu 52 . Táto hodnota sa nezhoduje s teoreticky uvádzanou hodnotou, ktorá je 46 - 48. Rozdiel je spôsobený zmenou koncentrácie aktivačnej látky, keďže táto látka bola pripravená vo februári 2000.

Úlohy

1) Zmerajte priemer červených krviniek

2) Zmerajte závislosť kapacity erytrocytovej zmesi od frekvencie (18 – 35 MHz)

3) Určte C₀ (kapacitu pre )

4) Odpočítajte kapacitu vody

5) Určte kapacitu membrány

6) Určte hrúbku membrány

Teoretická časť

Každá bunka je ohraničená poddajným obalom tzv. plazmatickou membránou. Hlavným cieľom vo výskume štruktúry biologických membrán je odhaliť organizačné princípy pre zložky prítomné v membráne (lipidy, bielkoviny). Dvojvrstva lipidov tvorí štruktúrnu kostru membrány, bielkoviny sprostredkovávajú väčšinu jej biologických funkcií. Po chemickej stránke lipidy, ktoré sa zúčastňujú na stavbe membrán patria do triedy fosfoglyceridov. Sú to amfipatické molekuly, zložené z dvoch častí, ktoré majú rozdielnu polaritu, a tým aj rozdielnu rozpustnosť v polárnych rozpúšťadlách. Molekuly lipidov do určitej kritickej koncentrácie vytvárajú vo vode agregáty (nadmolekulové útvary), ktorých tvar závisí od tvaru a rozmerov týchto molekúl.

Fyzikálny stav fosfolipidov je do určitej miery závislý od teploty. Pri zvyšovaní teploty možno pozorovať endotermický fázový prechod z kryštalického do tekutokryštalického stavu, ktorý je charakterizovaný nižším stupňom usporiadanosti reťazcov mastných kyselín lipidov.

Pri teplote pod T_f, v kryštalickej fáze, sú reťazce usporiadané v pravidelnej hexagonálnej dvojrozmernej mriežke, pričom všetky C – C väzby sú v polohe “trans“. Nad touto teplotou dochádza k narušeniu usporiadania spôsobého možnými rotáciami okolo väzby C – C, vytvárajú sa tzv. “gaucheho“ rotácie. Uvedená porucha má za následok porušenie pravidelnosti ukladania atómov C v kostre uhľovodíkového reťazca. Nepravidelnosti v usporiadaní, ktoré sú stimulované vyššou teplotou majú vplyv na transportné procesy cez membránu, a tým aj na životné procesy, ktoré sa odohrávajú v bunke obklopenej membránou.