groningen.pdf

ZADANIA TEORETYCZNE

Temat I - Chemia Życia

Życie jest oparte na chemii. Wiele uwagi chemia poświęca wyjaśnianiu i obserwacjom

procesów przebiegających w żywych organizmach.

Zadanie I-1 Tlen w Twoich procesach życiowych

Tlen, mający zasadnicze znaczenie dla życia każdego z nas, dostaje się do

organizmu przez płuca i transportowany jest przez krew do tkanek naszego ciała. Tam

może stać się źródłem energii poprzez reakcję utleniania cukrów:

C 6 H 12 O 6 + 6 O 2

6 CO 2 + 6 H 2 O

w której uwalnia się 400 kJ energii na mol tlenu.

Tlen O 2 wychwytywany jest przez krew przez cztery grupy hemowe (Hm) w

białku hemoglobinie (Hb). Wolny Hm składa się z jonu Fe 2+ przyłączonego do czterech

atomów N ligandu porfirynowego 2- . Tlen może tworzyć wiązanie w miejscu

koordynacyjnym Fe 2+ tworząc kompleks Hm . O 2 . W podobny sposób w związek

kompleksowy może być wiązany tlenek węgla, z utworzeniem kompleksu Hm . CO. CO

jest trucizną, ponieważ wiąże się z Hm silniej niż O . Stała równowagi K reakcji:

Hm + CO

Hm . CO

(1)

jest 10000 razy większa od stałej równowagi K dla reakcji:

Hm + O 2

Hm . O 2

(2)

Każda cząsteczka Hb może przyjąć cztery cząsteczki O 2

. Krew w kontakcie z O

absorbuje ułamek tej ilości, zależnie od ciśnienia tlenu, jak pokazano na rys. 1 (krzywa

1). Na tym samym rysunku pokazano także krzywe (2) i (3) dla krwi zawierającej dwa

rodzaje hemoglobiny o odbiegającej od normy charakterystyce. Te ostatnie przebiegi

dotyczą pacjentów z pewnymi dziedzicznymi schorzeniami.

oxygenated fraction of hemoglobin

(2)

(1)

(3)

oxygen pre

ssur

e, kPa

Rysunek 1

Ciśnienie tlenu, kPa

Odnośne dane ilościowe przedstawiają się następująco: ciśnienie O 2 w płucach

wynosi 15 kPa a w mięśniach 2 kPa. Maksymalny przepływ krwi przez serce i płuca

wynosi 4 × 10 -4 m 3 s -1 . Czerwone ciałka krwi zajmują 40% objętości krwi; wewnątrz tych

ciałek stężenie Hb wynosi 340 kg m -3

; Hb ma masę molową 64 kg mol . R = 8,314 J

-1

mol -1 K -1 . T = 298 K.

I-1-1 Na podstawie zależności między K i standardową entalpią swobodną G 0 reakcji

oblicz różnicę między wartościami G 0 dla reakcji (1) and (2) z udziałem hemu.

I-1-2 Na podstawie rysunku 1 oszacuj (z dokładnością do 2 cyfr znaczących) ile moli

O 2 pozostawianych jest w tkankach mięśniowych kiedy jeden mol Hb przenosi się

z płuc do mięśni i z powrotem, dla trzech różnych typów Hb.

I-1-3 Specyficzny, esowaty kształt krzywej 1 wychwytu tlenu wynika z subtelnych

cech strukturalnych Hb. Odbiegająca od normy charakterystyka Hb pokazana

przez krzywą 2 nie jest optymalna ponieważ:

Wiązanie z tlenem jest zbyt słabe.

Wiązanie z tlenem jest zbyt silne.

Maksymalna zdolność gromadzenia tlenu jest zbyt niska.

Odchylenie od normy jest spowodowane zatruciem przez tlenek węgla.

I-1-4 Oblicz jaka ilość tlenu (w mol s -1 ) może być dostarczona do tkanek przez krew

zawierającą normalną hemoglobinę (1).

I-1-5 Obliczmaksymalną moc jaka może być produkowana przez ciało (zakładając, że

jest ona ograniczona przez proces przenoszenia tlenu).

Zadanie I-2 Cykl azotowy w przyrodzie

Amoniak jest substancją toksyczną dla zwierząt morskich, jeśli występuje w ilościach

przekraczających 1 ppm. Bakterie nitryfikujące odgrywają istotną rolę w przetwarzaniu

NH 3 najpierw do azotanu(III) a potem do azotanu(V) – postaci, w jakiej azot jest

gromadzony w glebie.

NH 3 + 2 O 2 + NADH

bakterie

Nitrosomonas

NO 2 + 2 H 2 O + NAD

NADH jest biochemicznym czynnikiem redukującym koenzymu: dinukleotydu

nikotynamidowego (NAD), NAD + jest utlenioną formą koenzymu NAD.

2 NO 2 + O 2

bakterie

Nitrobacter

2 NO 3

I-2-1 Podaj stopnie utlenienia azotu w następującym szeregu: (w kwadratach poniżej

związków)

NH 3

NO 2

NO 3

Spektrofotometryczna analiza azotanów(III) oparta jest na reakcji ze

wskaźnikiem. Powstający wtedy barwny produkt wykazuje maksimum absorbancji przy

λ = 543 nm.

Dla przeprowadzenia analiz ilościowych konieczne jest sporządzenie krzywej

wzorcowej, stanowiącej zależność między absorbancją dla długości fali λ = 543 nm

(odpowiadającej maksymalnej absorbancji) i stężeniem azotanów(III) w szeregu

wzorców.

I-2-2 Pomiary prowadzi się dla długości fali odpowiadającej maksimum absorbancji

ponieważ:

a) nie nakładają się wpływy zanieczyszczeń

nie ma wkładu od światła rozproszonego

c) dokładność pomiaru jest optymalna

żadne z tych sformułowań nie jest prawdziwe

Zaznacz właściwą odpowiedź.

Absorbancję mierzy się za pomocą spektrofotometru jednowiązkowego. Jednak 5%

światła, tak zwane światło błądzące (rozproszone) I s , trafia bezpośrednio do detektora

(patrz Rysunek 2).

I 0

I s

Rysunek 2

I-2-3 Obliczwartość absorbancji A pokazywanej przez spektrofotometr jeśli ε = 6000

M -1 cm -1

, l = 1 cm oraz c = 1 × 10 M

-4

Oznaczając azot w postaci azotanów(III) w wodzie uzyskano następujące dane:

Stężenie azotu w postaci azotanu(III)

Absorbancja przy 543 nm (kuweta 1,000 cm)

(ppm)

Ślepa próba

0,003 (z powodu zanieczyszczeń w

rozpuszczalniku)

0,915

0,167

1,830

0,328

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: