Физическая биохимия - Фрайфелдер Д.
Скачать (прямая ссылка):
3-7. При измерении длины молекул ДНК необходимо измерить длины достаточно большого числа молекул, чтобы получить статистически достоверный результат. Ясно, что чем большие молекулы изучаются, тем меньше их будет приходиться на отверстие в сетке. Одним из решений этой проблемы является увеличение концентрации ДНК. Объясните, почему это неразумно, если длина молекул превышает, скажем, 20 мкм?
3-8. Клетки, инфицированные вирусом, имеют диаметр примерно 50 мкм. Тонкий слой, толщиной 100 А, содержит 22 вируса диаметром приблизительно 400 А. Сколько ориентировочно вирусов находится в этой клетке? Из какого предположения вы исходили, проводя свой расчет?
3-9. Данная клетка имеет примерно цилиндрическую форму длиной 10 мкм и диаметром 1 мкм. Она содержит набор дисков, упакованных в виде стопки по оси цилиндра диаметром 1 мкм и 400 А в длину. Ряд клеток заливали пластиком, разрезали иа срезы толщиной 200 А и окрашивали тяжелым металлом. Какие типы структур можно будет увидеть?
88
II
ЧАСТЬ
ОБЩИЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ МЕТОДЫ
ГЛАВА
ГЛАВА
Измерение pH
Поскольку практически все биохимические реакции сильно зависят от pH (значение pH определяется как —lg[H+]), важно иметь возможность точного измерения pH. Это можно осуществить с помощью коммерческих рН-метров простым погружением двух электродов в раствор и считыванием значения pH со шкалы. Необходимо, однако, знать, какие факторы влияют на точность пока-1 заний рН-метров, поскольку некоторые из них могут обусловить^ отличие наблюдаемого значения pH от истинного.
При помощи рН-метра измеряют разность потенциалов между двумя электродами, помещенными в раствор. Основой такой системы служит электрод, потенциал которого зависит от pH. Чаще всего используют в качестве такой pH -зависимой ячейки стеклянный электрод. Принцип действия такого электрода основан на том, что некоторые типы боросиликатного стекла проницаемы для Н+-ионов, но непроницаемы для любых других катионов или анионов. Поэтому, если тонкий слой такого стекла поместить между двумя растворами с различными концентрациями ионов Н+, эти ионы будут диффундировать сквозь стекло из раствора с высокой концентрацией ионов водорода в раствор с низкой их концентрацией. Поскольку проходящий через стекло* Н+-ион прибавляет положительный ион к раствору с низкой концентрацией Н+ и оставляет после себя отрицательный ион, по обе стороны стекла развивается разность потенциалов, величина которого дается уравнением
РИС. 4-1.
Стеклянный электрод и электрод сравнения в рН-метре.
1 — измерительный прибор; 2 — стеклянный электрод; 3 — электрод сравнения (каломельный); 4 — открытое отверстие для предотвращения влияния изменений атмосферного давления; 5 — обычное стекло; 6 — каломель (Hg/HgCh в насыщенном растворе КС1); 7 — серебряная проволока, покрытая AgCl; 5 — насыщенный KCI; 9 — 0,1 н. НС1; 10 — раствор; // — волокно или капилляр;‘ 12 — стекло, проницаемое для ионов водорода.
где Е — потенциал, R — газовая постоянная, Т — абсолютная температура, F — постоянная Фарадея, [H+]i и [Н+]2 — концентрации ионов водорода у наружной и внутренней сторон стекла соответственно. Ясно, что, если концентрация Н+ одного из растворов постоянна, потенциал будет пропорционален pH второго раствора.
Схема стеклянного электрода показана на рис. 4-1. Стеклянный электрод содержит 0,1 н. НС1 в контакте со стеклом, проницаемым для Н+-ионов. Присоединение к вольтметру осуществляется при помощи покрытой хлоридом серебра проволоки, которая погружена в НС1.
Цепь завершается при погружении в раствор электрода сравнения (рис. 4-1), который чаще всего содержит пасту Hg/HgCh в насыщенном растворе КС1; такой электрод называется каломельным. Если измерения требуется проводить при высоких температурах, вместо Hg/HgCl2 применяют Ag/AgCl. В обоих случаях КС1 служит для создания контакта между Hg/HgCl2- или Ag/AgCl-полуэлементом и раствором, в котором проводится измерение. Такой полуэлемент помещается в стеклянный корпус, непроницаемый для Н+-ионов (таким образом, его потенциал не зависит от pH). Электрический контакт между раствором КС1 внутри электрода сравнения и измеряемым раствором осущест-
вляется с помощью тонкой нити или капилляра в стеклянном корпусе, (КС1 медленно перетекает в раствор пробы. В случаях, когда присутствие С1_иона нежелательно, используют электрод сравнения Hg/HgS04.)
Напряжение, измеряемое такой системой, является прежде всего разностью потенциалов между стеклянным электродом и электродом сравнения. Однако в цепи имеется три других потенциала: 1) так называемый жидкостной диффузионный потенциал в электроде сравнения, обусловленный тем, что ионы К+ и Cl-диффундируют с неодинаковой скоростью, так что на поверхности раздела между раствором КС1 в электроде сравнения и раствором пробы возникает заряд; 2) малоизученный потенциал, называемый потенциалом асимметрии, который возникает в стекле даже в том случае, когда pH растворов по обе стороны от него одинаков; 3) потенциал Ag/AgCl в стеклянном электроде, который сам по себе является электродом вследствие контакта с ионами С1~ в растворе НС1. Эти три потенциала и потенциал электрода сравнения практически независимы от pH и ионной силы (в обычно встречающихся пределах), и поэтому их можно рассматривать как постоянные (^фикс). Следовательно, э. д. с. V измеряемой системы в целом может быть выражена как разность между постоянными потенциалами и потенциалом стеклянного электрода:
