молек. биофизика укр.презент
.pdf
Стабілізація просторової структури
Гідрофобні взаємодії
Стабілізація просторової структури
Гідрофобні взаємодії
Розчинення неполярних сполук є екзотермічним процесом, що вказує на зниження ентальпії H < 0. Однак зниження ентальпії компенсується зменшенням ентропії S < 0 внаслідок структурування води на поверхні молекул неполярної сполуки.
Внаслідок цього маємо підвищення вільної енергії системи
G = H – T S > 0
Таким чином, розчинення неполярних речовин є енергетично невигідним, що зумовлює їх вкрай низьку розчинність у водній фазі.
Молекули неполярної речовини виштовхуються з водної фази або об'єднуються одна з одною і утворюють гідрофобне ядро, у якому площина гідрофобної поверхні, що покривається впорядкованими молекулами води, значно нижче, чим сумарна площина окремих молекул.
Стабілізація просторової структури
Гідрофобні взаємодії
Стабілізація просторової структури
Гідрофобні взаємодії
Сироватковий альбумін: гідрофобні амінокислоти – червоні; полярні незаряджені – зелені; заряджені – сині.
Взаємодія макромолекул у сольовому розчині (теорія Дебая-Хюккеля)
Взаємодія макромолекул у сольовому розчині (теорія Дебая-Хюккеля)
Якщо в розчині макромолекула внаслідок іонізації має на поверхні електричні заряди, то взаємодія макромолекул буде сильно залежати від наявності іонів в розчині.
Основні положення теорії Дебая-Хюккеля
1.Внаслідок розподілення зарядів по поверхні молекули виникає електричний потенціал – ψ-потенціал.
2.Заряджена молекула притягує до себе іони протилежного знаку (протиіони), внаслідок чого у найближчому оточенні макромолекули відбувається перерозподіл іонів.
3.На певній відстані від макромолекули розчин електроліту нейтральний.
4.Енергія електростатичної взаємодії протиіонів з молекулою менше енергії теплового руху, внаслідок чого постійно відбувається відтік і притік протиіонів в об'єм і з об'єму розчину електроліту.
5. ψ - |
потенціал на відстані х описується ψ = ψ0е-px, де |
ψ0 – |
потенціал на поверхні молекули, x - відстань від поверхні. |
Взаємодія макромолекул у сольовому розчині (теорія Дебая-Хюккеля)
Основні положення теорії Дебая-Хюккеля
5.Відстань х0, на якій потенціал ψ зменшується в е раз, тобто ψ = 0.37 ψ0 , називається дебаєвською довжиною (відстанню).
6.Дебаєвська відстань х0 визначає товщину іонної оболонки, яка
оточує в електроліті кожну заряджену макромолекулу:
|
|
1 |
|
|
ε0εκT |
|
|
|
|
|
|
|
|
x0 |
= |
|
|
|
x |
= |
1 |
|
|
ε 0εRT |
|
||
|
|
|
∑ei2 ni |
|
|
|
|
|
|
||||
p |
|
|
|
p F 2 ∑zi2Ci |
|
||||||||
|
|
|
|
0 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
i |
|
7.Вплив протиіонів на ψ визначає іонна сила розчину, яка залежить від концентрації іонів та їх заряду:
μ= 1 ∑zi2Ci
2 i
Взаємодія макромолекул у сольовому розчині (теорія Дебая-Хюккеля)
За великої іонної сили макромолекули наближаються одна до одної внаслідок дисперсійних взаємодій, а при малій силі – відштовхуються.
В дуже концентрованих розчинах електролітів білки осаджуються внаслідок практично повної нейтралізації зарядів і зникнення дебаєвської відстані.
В'язкість розчинів біомакромолекул
Спонтанний рух біомакромолекул у розчині залежить від їх розмірів та форми.
Для розробки гідродинамічних моделей використовують спрощені форми біологічних молекул:
сфера, |
еліпсоїд обертання, |
жорсткий стрижень. |
Міжмолекулярні взаємодії зумовлюють тертя та відповідну в'язкість розчину.
η |
|
=ν |
|
VN0 |
C |
|
пит |
|
|||||
|
|
|
||||
|
|
|
M |
|
||
η – питома в'язкість, ν – фактор форми Сімхи (≈ 2.5 для сферичних молекул, >2.5 для інших), V – об'єм макромолекули, М – маса молекули, N0 – число Авогадро.
η |
(глобулярні білки) |
≈ (2-4)*10-3 |
м3кг-1 |
η |
(фібрилярні білки) |
≈ (50-70)*10-3 |
м3кг-1 |
|
|
|
|
|
|
Дифузія біомакромолекул в розчинах
Під час руху макромолекули у розчині виникає сила тертя:
F0 = − fv,
де f – коефіцієнт тертя (f = 6πηvr), v – швидкість руху молекули.
Згідно законам статистичної фізики хаотичний (броунівський) рух макромолекул визначається середньоквадратичним зміщенням:
|
2 = 2 κ0T |
t, |
x |
||
|
f |
|
де t – час реєстрації хаотичного руху молекули,
k0 - постійна Больцмана.