Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Естествознание arrow Биофизика
Посмотреть оригинал

Типы объемных взаимодействий.

Первичная структура полимерной цепи определяется химическими или валентными взаимодействиями. Объемные взаимодействия в основном определяют вторичную структуру макромолекул. Общим критерием стабильности молекулярной структуры является наличие минимума на кривой U(r) зависимости энергии взаимодействия от расстояния между взаимодействующими частями. На рис. 8.2 приведена кривая U(r)

с минимумом при г = Го в случае двух частиц (двухатомная молекула). На малых расстояниях преобладают силы отталкивания, а на больших — силы притяжения.

Электронный терм U(r) для двухатомной молекулы

Рис. 8.2. Электронный терм U(r) для двухатомной молекулы

Мри г = /•„ силы притяжения и отталкивания уравновешивают друг друга. Значение энергии ?/(/-) свободных частиц при г -э к равно нулю, а энергия образованной ими стабильной структуры отрицательна ?/(/?„) < 0. На малых расстояниях, где частицы отталкиваются, U(r) > 0. Минимум U(ru) соответствует максимальной по абсолютной величине и отрицательной по знаку энергии взаимодействия.

В образовании вторичной структуры белка большую роль играют силы Ван- дер-Ваальса. Они имеют электромагнитную природу и связаны с взаимодействием электрических диполей в соседних молекулах. Наиболее распространены дисперсионные взаимодействия между молекулами, которые не обладают постоянными дипольными моментами. Природа этих сил носит квантово-механический характер. Движение электрона как квантовой частицы не может быть описано точной механической траекторией, а имеет «размытый» характер. Электрон не может обладать одновременно строго определенными значениями координаты (х) и импульса (р) (р = ти, где т — масса; и — скорость).

Неопределенности в значениях координаты Ах и импульса Ар связаны соотношением неопределенностей

Это значит, что и в основном, невозбужденном, состоянии существуют быстрые смешения заряда электрона от положения равновесия, а следовательно, в молекуле в состоянии покоя появляются «мгновенные» дипольные моменты. Появление такого момента в одной молекуле индуцирует появление его в соседней. Возникает взаимодействие двух быстроменяющихся дипольных моментов, которые, таким образом, становятся связанными и притягиваются друг к другу.

Энергия притяжения двух мгновенных диполей, или энергия дисперсионного взаимодействия, быстро убывает с расстоянием

Кроме дисперсионного взаимодействия возможно и электростатическое притяжение между постоянными диполями в полярных молекулах. Кроме того, существуют также индукционные взаимодействия, которые возникают между постоянным дипольным моментом в одной молекуле и наведенным диполем в соседней поляризуемой молекуле. Суммарное вап-дер-ваальсово взаимодействие двух молекул зависит от вклада всех типов дипольных взаимодействий и составляет от

1.0 ккал/моль до нескольких десятков. Для многих биологических макромолекул глубина энергетического минимума, создаваемого за счет ван-дер-ваальсового притяжения, равна 1 — 3 ккал/моль, что по порядку величины сравнимо с тепловой энергией (0,6 ккал/моль) молекул при комнатной температуре (RT = 2 кал • К 1 • моль'1 ? 300 К = = 0,6 ккал ? моль-1).

13 выражении для полной энергии или полного потенциала взаимодействия необходимо учесть не только притяжение ,

но и отталкивание на близких расстояниях Сложение этих величин дает

где Л. В — константы притяжения и отталкивания; г расстояние между взаимодействующими атомами (/ и к).

При заданных значениях А и В можно найти мипимапьное расстояние /•„ или положение минимума ?/(/•<,), на котором система из двух разных атомов или небольших атомных групп (СН3, СН2) устойчива. Так, для пар атомов углерода минимальное расстояние составляет

3.0 А (1 А = 10 10 м), а для Н ... Н это приблизительно 2,0 А.

Наряду с силами Ван-дер-Ваальса большую роль в стабилизации

биоструктур играют водородные связи и электростатические взаимодействия между заряженными и полярными группами. Водородные связи, например, стабилизируют вторичную структуру полипептид- пых цепей. В энергию водородной связи вносят вклад электростатические взаимодействия, притяжение и отталкивание (8.3), а также энергия делокализации электронов. Значения энергии водородной связи сильно варьируют (3 — 8 ккал/моль). Так, водородная связь О—Н...0 обладает энергией 8,6 ккал/моль.

Электростатические взаимодействия задаются формулой

где г/„ qk — заряды на атомах (/ и к), г,к — расстояние между атомами, г — диэлектрическая постоянная (для белков е ~ 3,5).

 
Посмотреть оригинал
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы