химический каталог




Биофизика

Автор М.В.Волькенштейн

.

7. Гидрофобные взаимодействия. Биополимеры — белки и нуклеиновые кислоты — функционируют главным образом в водном окружении. Гидрофобные силы — силы специфического отталкивания между неполярньши атомными группами и молекулами воды. Это энтропийный эффект, определяемый особенностями структуры воды как конденсированной системы. Гидрофобные взаимодействия играют важнейшую роль в формировании структуры^ белков, надмолекулярных систем (мембраны) и т. д.

О гидрофобных взаимодействиях рассказано в § 4,5.

Слабые взаимодействия ответственны за молекулярную гибкость, т. е. конформационные свойства биополимеров и малых, молекул (см. гл. 3). Ими определяется молекулярное узнавание,, реализуемое в ферментативном катализе (гл. 6), в биосинтезе (гл. 8) и в целом ряде биологических процессов, происходящих: на молекулярном уровне.

Глава 3 ФИЗИКА МАКРОМОЛЕКУЛ

§ 3.1. Макромолекулы и высокоэластичность

Биологические макромолекулы — белки и нуклеиновые кислоты — очень сложны. Их свойства в живых системах определяются всеми особенностями строения, в частности, тем, что эти макромолекулы являются информационными, они представляют собой «тексты». Важно установить, что в поведении биополимеров •связано с самим фактом их цепочечного строения, независимо от конкретных атомных групп, входящих в состав макромолекулы. Простые неинформационные цепи синтетических полимеров служат моделями для исследования этой проблемы.

Как уже сказано, физика макромолекул — одна из основ молекулярной биофизики.

Полимеры синтезируются химическими методами или добываются из растений (каучук, целлюлоза) главным образом ради их ценных физических свойств. В технике полимеры применяются как пластмассы, изоляторы, волокна и высокоэластичные материалы — природный и синтетический каучуки.

Простейший синтетический полимер — полиэтилен

СН2 СН2 СН2

получаемый полимеризацией этилена Н2С=СН2, идущей путем раскрытия двойных связей.

Сходным образом получается аналог природного каучука — синтетический i^c-полпизопрен

—Н2С—СН2Ч -СН,—СН2 /СН,—

НчС/ чн н3с/ хн

з* результате полимеризации изопрена Н2С=С(СН3)—СН=СН2. Ряд полимеров, в частности, найлон и ему подобные, синтезируются путем поли конденсации, идущей с выделением какого-либо вещества. Как мы видели, полипептидная цепь получается путем лоликондеисации аминокислот, идущей с выделением воды, поли-нуклеотидная — путем поликонденсации нуклеозидтрифосфатов с выделением пирофосфата.

Специфическим свойством полимеров, наиболее важным для биофизики, является высокоэластичность — способность блочного каучукоподобного полимера испытывать большие упругие деформации, достигающие сотен процентов, при малом модуле упругости. Каучук, подобно другим упругим телам, подчиняется при малых деформациях закону Гука — напряжение пропорционально относительной деформации:

L — Ln

о = е (3.1)

о

Здесь а — напряжение, ?, L0 — длины растянутого и нерастянутого образцов, е — модуль упругости. Для стали е « 200000 МПа, для резин е ~ 0,2—8 МПа (в зависимости от степени вулканизации каучука). В этом смысле каучук похож на идеальный газ. Идеальный газ следует закону Клапейрона

pV = RT. (3.2)

Сожмем газ, находящийся в цилиндре с поршнем, при постоянной температуре, увеличив давление на dp. Объем уменьшится на dV. Из (3.2) следует

dV L — ?

*Р = — —t (3-3)

о

где L0 — начальное, L — конечное положение поршня. Уравнение (3.3) аналогично (3.1), роль модуля упругости е играет давление р. Атмосферному давлению отвечает е = 100 кПа — величина того же порядка, что и модуль упругости каучука. Идеальный газ нагревается при адиабатическом сжатии. Аналогичным образом резина нагревается при адиабатическом растяжении. Это означает, что в обоих случаях при деформации происходит уменьшение энтропии. Работа при растяжении каучука на длину dL силой / равна

jdL = dF = dE~TdS, (3.4)

где F — свободная энергия, Е — внутренняя энергия, S — энтропия. Каучук практически несжимаем. Упругая сила при изотермическом растяжении каучука равна

/-a-sk-'tsL- (з-5>

(

Опыт показывает, что для каучука сила / пропорциональна Тг причем прямая f(T) проходит вблизи начала координат. Иными словами,

?),«»- <»•«)

Подобно тому как внутренняя энергия идеального газа не зависит от объема

(3.7) внутренняя энергия каучука не зависит от длины. Упругая сила и в том, и в другом случае определяется изменением не внутренней энергии, а энтропии. Для каучука

(3.8)

В зтом и состоит принципиальное отличие высокозластич-ности полимера от упругости твердого тела (скажем, стальной пружины), определяемой изменением внутренней энергии.

Почему же каучук похож на идеальный газ? Энтропийный характер упругости идеального газа означает, что при уменьшении объема газа возрастает число ударов молекул о стенки — упругая сила определяется тепловым движением молекул. Сжатие газа уменьшает его энтропию, так как газ переходит из более вероятного разреженного состояния в менее вероятное — сжатое. Поэтому модуль упругости

страница 23
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228

Скачать книгу "Биофизика" (6.44Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
заказать vip такси
ноутбук мощный
вентилятор окевой
5d аттракцион москва

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(20.09.2017)