Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
БФ Лекция 6.doc
Скачиваний:
15
Добавлен:
22.08.2019
Размер:
119.3 Кб
Скачать

11

3 Различные типы взаимодействий в макромолекулах

Первичная структура или основная последовательность звеньев полимерной цепи (аминокислотные остатки в цепи белка, нуклеотиды в цепи нуклеиновых кислот), определяется химическими или валентными взаимодействиями. Помимо этого, между молекулами действуют также слабые, не являющиеся валентными силы. Они приводят к притяжению на больших и к отталкиванию – на малых расстояниях. На рис. 3.1 показана типичная зависимость потенциальной энергии взаимодействия U(r) двух частиц молекулярной природы от расстояния (r) между ними.

Рис. 3.1.Вид зависимости энергии взаимодействия от расстояния.

Энергия взаимодействия U(r), или потенциал взаимодействия, связана с силой взаимодействия F(r):

F(r) = – dU(r )/dr. (3.1)

На малых расстояниях вследствие отталкивания молекул при взаимном проникновении их электронных оболочек преобладают силы отталкивания: dUОТТ(r)/dr < 0, а на больших - преобладает притяжение dUПР(r)/dr > 0. Общий потенциал взаимодействия U(r) представляет собой алгебраическую сумму:

U(r) = UОТТ(r) – UПР(r). (3.2)

Минимум на кривой U(r) при r = rO соответствует равновесному положению, в котором силы притяжения уравновешиваются силами отталкивания.

Существуют различные типы взаимодействий, от которых зависит вторичная структура макромолекул.

3.1 Взаимодействие Ван-дер-Ваальса

Силы Ван-дер-Ваальса играют большую роль в образовании конденсированных жидких и твердых состояний, во взаимодействиях на поверхности раздела фаз. Ими определяются взаимодействия в газах и возникающие отклонения от законов идеальных газов. В первом приближении эти отклонения подчиняются уравнению Ван-дер-Ваальса для газов:

(Р + a/V2) ∙ (V – b) = ν ∙ R ∙ T, (3.3)

где: a, b – константы, определяющие взаимное притяжение и отталкивание молекул, ν – количество вещества (моль), R – универсальная газовая постоянная, Т – температура. В зависимости от соотношения между давлением (Р) и объемом (V) могут осуществляться различные агрегатные состояния жидкости и газа и переходы между ними.

Биологические макромолекулы также можно рассматривать как конденсированную систему, состояние которой определяется слабыми взаимодействиями. Именно последние и дают основной вклад в стабилизацию конформационного состояния и его изменение в процессе функционирования.

Значение характерной энергии Ван-дер-ваальсовых взаимодействий лежит обычно в пределах 4 – 8 кДж/моль и выше, в то время как тепловая энергия молекулы при комнатной температуре (Т = 300 К) составляет R ∙ T ≈ 48 Дж/моль ∙ град ∙ 300 град ≈ 2,52 кДж/моль, а энергия ковалентной связи 170 – 630 кДж/моль. Силы Ван-дер-Ваальса имеют электромагнитную природу и определяются взаимодействием электрических диполей в соседних молекулах. В зависимости от того, обладают ли взаимодействующие молекулы постоянными электрическими дипольными моментами или эти дипольные моменты возникают вследствие поляризуемости электронных оболочек, существуют различные типы сил Ван-дер-Ваальса.