Lecture 2

15/09/2008

NƯỚC

• Sự sống bắt đầu từ nước • Nếu sự sống tồn tại ở một hành tinh nào đó th? nơi đó phải có nước • Nước có ở mọi nơi

NƯỚC VÀ TẾ BÀO • Hàm lượ ượng ng nướ ước c trong tế bào chi chiếếm 60 60-90% • Các đại phân tử sinh học đượ ược c h?nh thành từ nướ ước c • Là môi tr trườ ường ng và cũng là m ột thành ph phầầ n của các ph phảản ứng hóa sinh

1

15/09/2008

Thành phầần ph hóa học của tế bào E.coli

Vai trò của nước trong sản xuất thực phẩm • Nhào rửa nguyên liệu • Vận chuyển và xử l? nguyên liệu

Vai trò của nước trong sản xuất thực phẩm • Đảm bảo giá trị cảm quan của sản phẩm • Tăng cường các quá tr?nh sinh học như hô hấp, lên men • Tham gia vào quá tr?nh làm lạnh hoặc gia nhiệt

2

15/09/2008

Hàm lượng và trạng thái của nước trong thực phẩm

 Nhóm sản phẩm có hàm lượng nước cao (trên 40 40% %)

 Nhóm sản phẩm có hàm lượng nước trung bình (10--40%) (10

 Nhóm sản phẩm có hàm lượng nước thấp (dưới 10%)

3

15/09/2008

Thuộộc tính của nướ Thu ước c • Sức căng bề mặt • Nhi Nhiệệt năng cao cao,, hấp thu nhi nhiềều nhi nhiệệt lượ ượng ng • Ít thay đổi nhi nhiệệt và nhi nhiệệt bốc hơi

Liên kết hydro

Liên kết Hydrogen

Năng lượng liên kết 1-3 kcal/mole.

4

15/09/2008

Một vài liên kết Hydrogen quan trọng

Nướ ước c là phân tử phân cực • Nướ ước c có tính phân cực  Oxygen tích đi điệện tích âm hơn Hydro, do đó có sự tích đi điệện không đồng đều gi giữ ữa liên kết H-O  Đi Điệện tử phân bố không đối xứng nên làm phân tử nướ ước c phân cực (polarize)

Liên kết hydro ở phân tử nướ ước c • Liên kết hydro không đồng hóa trịị và tươ tr ương ng tác mạnh • H2O vừa mang đặc tính cho và nh nhậận H • Một H2O có th thểể h?nh thành 4 liên kết hydro

5

15/09/2008

Liên kết Hydrogen ở nước đá • Ở tr trạạng thái rắn, phân tử nướ ước c h?nh thành tối đa 4 liên kết hydro tạo thành mạng tinh th thểể. • Tr Trạạng thái lỏng ng,, với đi điềều ki kiệện nhiệệt độ ph?ng và áp su nhi suấất khí quyểển 3,4 phân tử H2O có 1 liên quy kết hydro

Liên kết hóa lý hay liên kết hấp thụ Độ bền liên kết trung b?nh b?nh,, thường thấy là liên kết hydro

Liên kết mao quản hay liên kết cơ lý

• Là dạng liên kết yếu • Nước từ ngoài đi vào bên trong, ngưng tụ và làm đầy các mao quản

6

15/09/2008

Tương tác van der Waals

Lực hút van der Waals xảy ra khi các phân tử gần kề nhau do tương tác giữa các đám mây điện tử 0.5 ~ 1.0 kcal/mole

Tương tác Van der Waals

Nướ ước c như như là mộ một chấ chất phả phản ứng

7

15/09/2008

Khả năng hòa tan trong nước

Các ch chấất hữu cơ có nhóm phân cực và các ch chấất hữu cơ có dễ dàng phân li thành dạng ion th? th?d dễ dàng h?a tan trong nướ ước c

Khả năng hòa tan trong nước

8

15/09/2008

Tính kỵ nước (Hydrophobic) Phân tử không phân cực- không tươ ương ng tác hydro hoặặc ion ho

Sự h?nh thành Micelles và lớp đôi

9

15/09/2008

Solutes Affect the Colligative Properties of Aqueous Solutions Colligative Property: a property which depends only on the number of particles present, and not their chemical composition Vapor pressure, boiling point, melting point, osmotic pressure Dissolved solutes alter the colligative properties of aqueous solutions by lowering the effective concentration of water.

The Effect of Extracellular Osmolarity on Water Movement Across a Plasma Membrane

Dạng ion của nướ ước c +

H 2O

H + OH +

-

-

Hằng số căng bằng, Keq = [H ] [OH ] / [H2O] + [H2O] Keq = [H ] [OH ] = Kw (ion product of water) -16 o Keq =1.8 x 10 M và nước tinh khiết [H2O] = 55.5M at 25 C. +

-

-16

Kw = [H ] [OH ] = (55.5 M) (1.8 x 10 +

-14

M) = 1.0 x 10

2

M

-

Khi [H ] = [OH ], Dung dịch được gọi là pH trung tính +

-

+ 2

+

Kw = [H ] [OH ] = [H ] ,

-

-7

[H ] = [OH ] = 10 M +

+

pH = log (1 / [H ] ) = - log [H ] +

-7

pH = - log [H ] = - log 10 = 7

10

15/09/2008

Acid--Base Reaction Acid 1880s by Svante Arrhenius – Acids and bases are, respectively, substances capable of donating protons and hydroxide ions 1923 by Johannes Bronsted and Thomas Lowry – an acid is a substance that can donate protons and a base is a substance that can accept protons. +

acid

base + H

HA + H2O

H 3O + A

+

-

conjugate acid-base pairs.

Acid--Base Reaction Acid acid

base + H

+

(1)

Acids and bases can be classified as strong or weak depending on the extent to which they ionize. A strong acid is one for which reaction (1) proceeds far to the right; that is , the acid is essentially totally ionized. e.g. The hydrogen ion concentration of a 0.01 M solution of the strong acid HCl is 0.01 M. +

HCl

-

H + Cl

Weak Acids and Bases Have Characteristic Dissociation Constants +

HA +

H +A

-

-

Keq = [H ] [A ] / [HA] = Ka (dissociation constant) pKa = - log Ka +

-

= - log ([H ] [A ] / [HA] ) The stronger the tendency to dissociate a proton, the stronger is the acid, the lower its pKa.

11

15/09/2008

Conjugate AcidAcid-Base Pairs Consist of a Proton Donor and a Proton Acceptor

Phương tr?nh Henderson Henderson--Hasselbalch

+

HA

H +A +

-

-

Ka = [H ] [A ] / [HA] +

-

[H ] = Ka [HA] / [A ] Take the negative logarithm of both sides: +

-

- log [H ] = - log Ka - log( [HA] / [A ])

pH = pKa + log1

Ví dụ về cách tính pH • H?y tính pH của dung dịch đệm acetat khi tr trộ ộn dung dịch acid acetic 0,25M với natriacetat 0,1M. Bi Biếết pKa của acid acetic là 4,76. • Đáp án : pH=4,36 pH=4,36

12

15/09/2008

Chuẩn độ 0.1M dung dịch acetic acid (HAc) với 0.1 M NaOH

HAc

+

OH

+

H + Ac

-

H 2O pH = pKa + log [proton acceptor] [proton donor])  pH = pKa

Dung dịch đệm • Là m ột lo loạại dung dịch có kh khảả năng k ết hợp với hydrogen ion hoặặc gi ho giảải phóng ion này tùy thu thuộộc vào trạạng thái của dung tr dịch ch.. Dung dịch đệm giúp cho nồng độ c ủa hydrogen ion gần nh như ư đượ ược c ổn định nh..

13

15/09/2008

Hai loại dung dịch đệm quan trọng ở sinh vật Hệ thống đệm Phosphate và Bicarbonate Phosphate Buffer System – in cytoplasm of all cells H2PO4

-

+

H + HPO4

2-

pKa = 6.86

Bicarbonate Buffer System – blood plasma H2CO3

+

H + HCO3

-

14