Биология. В 3-х томах. Т. 1

Для биологических систем высокие температуры губительны, и здесь их действие заменяется действием ферментов. Выступая в качестве катализаторов, ферменты снижают энергию активации, необходимую данным реагентам, и таким путем обеспечивают более высокие скорости реакций без добавления энергии к системе, т. е., в частности, без повышения температуры. В живых системах быстрое разложение пероксида водорода происходит под действием фермента каталазы.

П.1.6.2. Потенциальная энергия

Потенциальная энергия — это та энергия, которой система обладает в силу своего положения и существующих условий. Представим себе шар, неподвижно лежащий у края наклонной плоскости (рис. П.1.5). Этот шар обладает гравитационной потенциальной энергией, эквивалентной той работе, которую пришлось выполнить, чтобы поместить его в данное место. Если шар скатится вниз, то часть его потенциальной энергии превратится в кинетическую. Когда теперь он остановится внизу, его потенциальная энергия будет меньше, чем она была наверху. Чтобы восстановить ее до первоначальной величины, потребуется снова поднять шар наверх за счет энергии, заимствованной от окружения.

Рис. П.1.5. Потенциальная и кинетическая энергия

Потенциальную энергию для биологических систем накапливают зеленые растения в процессе фотосинтеза, когда они синтезируют сахара (рис. П.1.6). Во время этого процесса некоторые электроны под действием солнечной энергии переходят на другой, более высокий энергетический уровень, приобретая таким образом потенциальную энергию. Когда затем сахара окисляются при дыхании, потенциальная энергия этих электронов используется в различной форме живыми системами.

Рис. П.1.6. Поток энергии в биологических системах

П.1.7. Электромагнитный спектр

Солнце излучает энергию в форме электрических и магнитных колебаний, называемых электромагнитными волнами или электромагнитным излучением.

Полный спектр электромагнитного излучения называется электромагнитным спектром (рис. П.1.7); он включает γ-лучи и рентгеновские лучи, ультрафиолетовое излучение и видимый свет, инфракрасное излучение и радиоволны. Различаются все эти формы излучения по своей частоте, т. е. по скорости (частоте) образования волн. Длина волны обратно пропорциональна частоте. Высокая частота соответствует, следовательно, малой длине волны. Наименьшую длину волны имеют космические γ-лучи, а наибольшую — радиоволны.

Рис. П.1.7. Электромагнитный спектр

Все волны независимо от их длины обладают рядом общих свойств:

1) Они движутся в вакууме с равной скоростью, 3·10⁸ м·с^-1.

2) Они являются поперечными волнами.

3) Их можно поляризовать.

4) Они обнаруживают характерные для волн эффекты интерференции и дифракции. Видимый спектр составляет лишь небольшую часть электромагнитного спектра (длины волн в пределах 380-760 нм). Только эта часть воспринимается невооруженным глазом как свет.

П.1.8. Хроматография

Хроматография — это метод, применяемый для разделения различных смесей на составляющие их компоненты. Метод основан на том, что в неподвижно! среде, через которую протекает растворитель, каждый из компонентов, увлекаемых растворителем движется со своей собственной скоростью независимо от других. Если, например, смесь пигментов обусловливающих зеленую окраску растений, рас творить в соответствующем растворителе и пропустить через какую-либо неподвижную среду, та кую, как молотый мел, то эта смесь разделится на несколько различным образом окрашенных пигментов. Такого рода разделение описано в опыте П.1.3 В зависимости от природы используемой неподвижной среды различают три главных типа хроматографии: бумажную, колоночную и тонкослойную. Бумажная хроматография описана в опыта: П.1.1.-1.3 и в разд. 9.4.3. Различные хроматографические методики широко используются в настоящее время в химии, биологии, биохимии и в таки: специальных областях, как судебная медицина.

Электрофорез

Электрофорез представляет собой одну из модификаций хроматографии, применяемую для разделения молекул, несущих заряды. В хроматографической среде под влиянием приложенного электрического поля одна сторона оказывается заряженной положительно, а другая — отрицательно. Отдельные молекулы в разделяемой смеси движутся к той или другой стороне в зависимости от их относительных масс и зарядов. Электрофорез широко применяется для выделения и идентификации аминокислот; дальнейшее усовершенствование методики достигается в этом случае регулированием рН среды.

П.1.8.1. Величины Rƒ

При хроматографии подвижность растворенного вещества относительно фронта растворителя постоянна для данного вещества. Это может быть выражено величиной Rƒ как показано ниже:

Если фронт растворителя выходит за пределы бумаги, то подвижность данного растворенного вещества можно выразить в сравнении с подвижностью другого стандартного вещества. Тогда

См. рис. П.1.8, В.