Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

молек. биофизика укр.презент

.pdf
Скачиваний:
20
Добавлен:
17.02.2016
Размер:
5.32 Mб
Скачать

Стабілізація просторової структури

Ван-дер-Ваальсові взаємодії

Загальна енергія взаємодії атомів називається енергією

Ван-дер-Ваальсових взаємодій і у загальному вигляді описується формулою:

U (r) = Uвідшт.(r) – U прит.(r) = E0 [(r0/r)12 - 2(r0/r)6]

Енергія

відстань

Енергетичний профіль взаємодії двох атомів

Стабілізація просторової структури

Вандер-Ваальсові взаємодії

1. Дисперсійні взаємодії це взаємодії між нейтральними

атомами або молекулами та їх фрагментами, які не мають постійного дипольного моменту.

Це найбільш поширений вид взаємодії.

Енергія дисперсійних взаємодій записується як:

Wdisp =

3

 

I1I 2

α1α 2

 

 

I1 + I 2

r 6

2

 

де I потенціали іонізації; α поляризовність, r відстань.

Енергія дисперсійних взаємодій складає 4 - 40 кДж/моль.

Стабілізація просторової структури

Природа дисперсійних взаємодій має квантовий характер і є

результатом появи миттєвихдиполів, які виникають внаслідок руху електрону в атомах и молекулах, які не мають постійного диполю.

Адитивність важлива особливість дисперсійнних взаємодій. При одночасної взаємодії декількох атомів або молекул кожен з них індукує на всіх інших миттєві координовані диполі. Якщо фази коливань електронної густини диполів корелюють, то диполі притягуються один до одного. Якщо фази коливань миттєвихдиполів не співпадають, вони значно слабше взаємодіють.

Поява дипольного моменту в одному атомі або молекулі призведе до появи електричного поля, яке буде наводити дипольні моменти в атомах і молекулах найближчого оточення.

Інтегрування цих взаємодій по всьому об'єму буде призводити до конденсації речовини.

Стабілізація просторової структури

Стекінг-взаємодії окремий вид Ван-дер-Ваальсових взаємодій

Стекінг-взаємодії особливий вид Ван-дер-Ваальсових взаємодій між π орбіталями циклічних молекулярних структур, який відіграє важливу роль у стабілізації структури нуклеїнових кислот.

Стабілізація просторової структури

2. Диполь-дипольні взаємодії це орієнтаційні взаємодії між полярними молекулами, які мають постійний дипольний момент.

Полярні молекули у своєму складі мають незаряджені хімічні групи:

- ОН, - NH-, -СO-, -SH та інші.

Енергія диполь-дипольних взаємодій записується як:

 

Wdd =

1

 

μ 2

μ 2

 

 

 

1

2

 

6πε κ T

εr6

 

 

0

0

 

 

де

Т температура; к0

постійна

Больцмана, r відстань,

ε

діелектрична проникність, ε0

діелектрична проникність у

вакуумі, µ1 і µ2 дипольні моменти диполів, які взаємодіють.

Енергія диполь-дипольних взаємодій складає 0,4 - 4 кДж/моль.

Стабілізація просторової структури

Електронна структура гліцину

Атом

Заряд

+0,046

- 0,135

H

+0,201

 

Hz

O

N

-0,353

- 0,353

½

//

C

+0,207

¾ N ¾ Ca ¾ C ¾

O

-0,135

/

½ + 0,207

Hz

+0,046

+0,201 H

H

 

Електронна структура найпростішого амінокислотного залишку гліцину демонструє можливість диполь-дипольних взаємодій.

Стабілізація просторової структури

3. Диполь-індуковані взаємодії це орієнтаційні взаємодії між

полярними і неполярними молекулами.

Полярна молекула, яка має дипольний момент, наводить (індукує ) дипольний момент в іншій молекулі, яка має достатню поляризовність.

Енергія диполь-індукованих взаємодій записується як:

 

1

αμ 2

 

Wdi =

 

 

 

 

 

2πε0

εr 6

де

 

 

 

 

 

r

відстань,

 

 

 

ε0

діелектрична проникність у вакуумі,

µ

дипольний момент молекули індуктора,

α

поляризовність нейтральної молекули.

Енергія диполь-індукованих взаємодій складає 0,4 - 4 кДж/моль.

Стабілізація просторової структури

Водневі зв'язки

Водневі зв'язки утворюються між такими полярними групами, як ОН, –NH –, –NH 2, –SH і такими електронегативними атомами,

як О, N, S.

Водневі зв'язки мають чітко направлений характер і на схемах позначаються крапками:

C OH N

Енергія водневих зв'язків становить від 4 до 30 кДж/моль.

Основний внесок в енергію водневих зв'язків дають дисперсійні взаємодії атомів.

Водневі зв'язки експериментально виявляють за допомогою інфрачервоної спектроскопії та протонного магнітного резонансу у вигляді значного розширення спектральних смуг, які відповідають поглинанню ОН-зв'язків .

Стабілізація просторової структури

Водневі зв'язки відіграють важливу роль у стабілізації вторинної структури білків і нуклеїнових кислот.

Стабілізація просторової структури

Гідрофобні взаємодії

З термодинамічної точки зору утворення впорядкованої структури води призводить до зменшення ентропії ( S<0), що призводить до підвищення вільної енергії системи ( G = H – T S). Однак це підвищення компенсується утворенням 3-4 водневих зв'язків, що призводить до зниження вільної енергії системи за рахунок ентальпії ( H < 0). При цьому | H|>|T S| ; G = H – T S < 0. Це зумовлює енергетичну вигідність спонтанного утворення впорядкованої структури води.