1、水的特殊的物理性質和結構水的特殊的物理性質和結構氫鍵氫鍵(Hydrogen bond)和疏水相互作用和疏水相互作用(Hydrophobic interaction)緩沖溶液的概念緩沖溶液的概念緩沖溶液緩沖溶液pH值的計算值的計算常用的緩沖溶液常用的緩沖溶液生物體的緩沖體系生物體的緩沖體系第一章 水和緩沖溶液（Water and Buffer） 與大多數(shù)溶劑相比，水具有更高的熔點、沸點和蒸發(fā)熱。與大多數(shù)溶劑相比，水具有更高的熔點、沸點和蒸發(fā)熱。水和一些常見溶劑的熔點、沸點和蒸發(fā)熱水和一些常見溶劑的熔點、沸點和蒸發(fā)熱水分子的結構水分子的結構氫氫 鍵鍵水的溶解性水的溶解性親水性和疏水性（親水性和疏水

2、性（hydrophilic and hydrophobic） 脂肪酸的結構：脂肪酸的結構： （a）硬脂酸）硬脂酸 （b） 油酸油酸 水與疏水基團的相互作用水與疏水基團的相互作用 疏水水合疏水水合(Hydrophobic hydration)：向水中添加疏水物質：向水中添加疏水物質時，由于它們與水分子產生斥力，從而使疏水基團附近的時，由于它們與水分子產生斥力，從而使疏水基團附近的水分子之間的氫鍵鍵合增強，使得熵減小，此過程成為疏水分子之間的氫鍵鍵合增強，使得熵減小，此過程成為疏水水合。水水合。 l疏水相互作用疏水相互作用( Hydrophobic interaction)l當水與非極性基團接觸時

3、，為減少水與非極性當水與非極性基團接觸時，為減少水與非極性 實體的界面面積，疏水基團之間進行締合，這實體的界面面積，疏水基團之間進行締合，這 種作用成為疏水相互作用種作用成為疏水相互作用。緩沖溶液緩沖溶液l概念：緩沖溶液是一種特殊的水溶液系統(tǒng)。概念：緩沖溶液是一種特殊的水溶液系統(tǒng)。當少量的酸（當少量的酸（H H+ +）或堿）或堿(OH(OH- -) )加入到緩沖溶液加入到緩沖溶液中時，溶液的中時，溶液的pHpH變化很小。變化很小。l組成：緩沖溶液系統(tǒng)由弱酸（組成：緩沖溶液系統(tǒng)由弱酸（H H+ +供體）和它供體）和它的共軛堿（的共軛堿（H H+ +受體）組成。受體）組成。l舉例：舉例： CHCH

4、3 3COOH/CHCOOH/CH3 3COOCOO- - 溶液溶液 H H2 2POPO4 4- -/HPO/HPO4 42-2- 溶液溶液 NHNH4 4+ + /NH /NH3 3 溶液溶液緩沖機制緩沖機制(以以HAcNaAc為例）為例）HAcH+ + + + Ac- -抗酸成分：共軛堿抗酸成分：共軛堿 抗堿成分：共軛酸抗堿成分：共軛酸H+OH - -乙酸緩沖液的滴定曲線 弱酸（弱酸（ HA）極其）極其共軛堿（共軛堿（ A A- ）組成的緩沖溶組成的緩沖溶液中，液中， HA和和A- 的質子轉移平衡為：的質子轉移平衡為： HA A- + H + 緩沖溶液緩沖溶液pH值的計算值的計算Ka =

5、 A- - H+HAKa H+=HAA- - pKa ： 弱酸解離常數(shù)的負對數(shù)。弱酸解離常數(shù)的負對數(shù)。 HA和和A- -： 為為平衡濃度平衡濃度。 A- -/HA： 緩沖溶液的緩沖溶液的緩沖比緩沖比。 A- -+HA： 緩沖溶液的緩沖溶液的總濃度總濃度。HendersonHasselbalch方程方程pHpKa+lg A- - HApHpKa+lg 質子受體質子受體 質子供體質子供體HendersonHasselbalch方程式的討論：方程式的討論：l緩沖溶液的緩沖溶液的pH值取決于值取決于pKa和和緩沖比緩沖比。l緩沖比緩沖比=1時，時，pH = pKa。當緩沖溶液的總濃度一定時，。當緩沖溶

6、液的總濃度一定時，緩沖比愈接近緩沖比愈接近1，緩沖容量愈大；緩沖比愈遠離，緩沖容量愈大；緩沖比愈遠離1時，時，緩沖容量愈小。緩沖容量愈小。l當緩沖比大于當緩沖比大于10 1或小于或小于1 10時，可認為緩沖溶液時，可認為緩沖溶液已基本失去緩沖作用的能力。一般認為已基本失去緩沖作用的能力。一般認為pHpKa1為為緩沖作用的有效區(qū)緩沖作用的有效區(qū) 間，稱為緩沖溶液的間，稱為緩沖溶液的緩沖范圍。緩沖范圍。生物化學研究中常用的緩沖溶液系統(tǒng)l系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成 濃度濃度 mol / Lmol / L 緩沖范圍緩沖范圍 (pH)(pH)l甘氨酸甘氨酸- -鹽酸鹽酸 0.050.05 2.2-3.6 2.

7、2-3.6l檸檬酸檸檬酸- -檸檬酸鈉檸檬酸鈉 0.10.1 3.0-6.6 3.0-6.6l乙酸乙酸- -乙酸鈉乙酸鈉 0.20.2 3.6-5.8 3.6-5.8l磷酸氫二鈉磷酸氫二鈉- -磷酸二氫鈉磷酸二氫鈉0.50.5 5.8-8.0 5.8-8.0l磷酸氫二鈉磷酸氫二鈉- -磷酸二氫鉀磷酸二氫鉀0.050.05 4.9-8.2 4.9-8.2lTrisTris* *- -鹽酸鹽酸 0.050.05 7.1-8.9 7.1-8.9l碳酸鈉碳酸鈉- -碳酸氫鈉碳酸氫鈉 0.10.1 9.2-10.8 9.2-10.8l* * Tris= Tris=三羥甲基氨基甲烷三羥甲基氨基甲烷生物體的

8、緩沖體系生物體的緩沖體系l生物體內發(fā)生的生物化學過程幾乎都與生物體內發(fā)生的生物化學過程幾乎都與pH 變化有關。生物體系變化有關。生物體系pH的微小變化將影響許多生物化學反應的速度和方向。的微小變化將影響許多生物化學反應的速度和方向。l生物體，特別是人及高等動物體，是一個大的緩沖體系，例如人生物體，特別是人及高等動物體，是一個大的緩沖體系，例如人體緩沖體系體緩沖體系pH=7.4。細胞的胞液、血液等都是緩沖溶液。細胞的胞液、血液等都是緩沖溶液。l生物體的緩沖體系主要由存在于體內的各種弱酸及其共軛堿組成。生物體的緩沖體系主要由存在于體內的各種弱酸及其共軛堿組成。例如，例如，l蛋白質氨基酸殘基：蛋白質氨基酸殘基：COOH / COO-、-NH3+ / -NH2 l核酸和核苷酸：核酸和核苷酸： H2PO4- / HPO42- l血液：血液： H2CO3 / HCO3-思考題思考題l什么是氫鍵？l水與其