25. Силы Ван-дер-Ваальса, характеристика, примеры на белковых молекулах.

Вандерваальсово взаимодействие (относится к слабым типам связей; межмолекулярные взаимодействия, не приводящие к образованию хим. соединений):

• Ориентационные силы:

Энергия диполь-дипольного взаимодействия равна:

 W_дд = - p₁²p₂² / 6 πɛ₀ɛkTr⁶

где p₁ иp₂ - дипольные моменты взаимодействующих молекул;

r – расстояние между молекулами (диполями)

K – постоянная Больцмана;

T – температура;

ɛ₀ - = 8,85* 10^-12 Ф/м – электрическая постоянная

ɛ - относительная диэлектрическая проницаемость среды.

• Индукционное взаимодействие (наведенное):

Молекула, имеющая постонный дипольный момент, способна индуцировать его в соседней молекуле.

Энергия индукц. взаимодействия равна:W_инд= -αp² / 2πε₀εr6

где α - поляризуемость молекулы или атомной группы, p – дипольный момент

• Дисперсионные взаимодействия

W_дисп= - 2 I₁I₂ / 3 (I₁+I₂) * α₁ α₂ / r⁶

где I₁ и I₂ - потенциалы ионизации групп; α₁ и α₂ - поляризуемости групп.

Электрическая энергия растет с уменьшением расстояния r как 1/r.

Согласованное колебание электронов (квантовый эффект) понижает энергию системы.

*Вандерваальсовым взаимодействием (в числе прочих слабых взаимодействий) обусловлены вторичная и более высокого уровня структуры белка, в частности, четвертичная структура: объединение нескольких пептидных цепей в комплекс – примеры: гемоглобин, многие ферменты (фосфорилаза – отв. за перенос и деградацию гликогена в клетках).Наличие четвертичной структуру ферментных белков важно для их физиологической активности.

(*-не по лекциям)

26. Энергия Ван-дер-Ваальсова взаимодействия: взаимодействие сил отталкивания и притяжения в белках, формула Леннард-Джонса.

Ван-дер-Ваальсова взаимодействия, обусловливают притяжение между молеку­лами. Они включают в себя три составляющие: диполь-дипольное, индукционное и дисперсионное взаимодействия.

На малых расстояниях начинают сказываться силы отталкивания между атомами, которые связаны с эффектами отталкивания электронных облаков при их взаимопроникновении.

Значение энергии притяжения обратно пропорционально r⁶: (1/r)⁶ Значение энергии отталкивания обратно пропорционально r¹²: (1/r)¹².

Потенциалы взаимодействия складываются из энергии притяжения и отталкивания. их, как правило, не рассчитывают строго теоретически, а задают в виде атом-атомных потенциалов Букингема или Леппарда-Джонса. Формула Леннард-Джонса:

U_LD = E₀[(r₀/r)¹² — (r₀/r)⁶] или U_{LD =} А/ r¹² - В/ r⁶

где А и В — эмпирические константы

Минимум на кривой при г = r₀ соответствует равновесному положению, в котором силы притяжения уравновешиваются силами отталкивания.

Формула при заданных значениях констант определяет минимальное расстояние, на котором система из двух взаимодействующих атомов устойчива. Если ограничиться только силами Ван-дер-Ваальса, не принимая во внимание других взаимодействий, то силовое поле вокруг атома обладает центром симметрии. Тогда можно определить тот эффективный объем вокруг атома, или эффективный радиус взаимодействия, в пределах которого невозможно одновременное нахождение двух атомов.

Г. Рамачандран (1963) нашел минимальные расстояния для пар различных атомов и небольших атомных групп (СНз,СН2). Например, для пары ковалентно не связанных атомов С • • • С обычное расстояние составляет 0,32 нм а минимально возможное — 0,3 нм.

Использование этих расстояний полезно при составлении стерических карт биополимеров, так как позволяет определить стерически разрешенные области взаимного расположения атомных групп. Однако недостатком данного подхода явилось предположение о центрально-симметричной картине взаимодействия и пренебрежение направленным характером сил.

Характерные параметры потенциалов Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий

Взаимодействие	E0, ккал/моль	r0, Å	rmin, Å
H . . . . H	0.12	2.4	2.0
H . . . . C	0.11	2.9	2.4
C . . . . C	0.12	3.4	3.0
O . . . . O	0.23	3.0	2.7
N . . . . N	0.20	3.1