Пользовательский поиск

Гидрофобные взаимодействия

Структура диполь-дипольных взаимодействий и водородных связей между молекулами воды нарушается, если вода находится в контакте с неполярной группой, например с углеводородным радикалом. Отсутствие компенсирующих электростатических взаимодействий существенно повышает энергию системы. Система ищет пути стабилизации и находит их, вытесняя неполярные группы друг к другу, обеспечивая их ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями, ограничивая число неблагоприятных контактов с диполями воды.

Продолжение ниже

Ферменты в нетрадиционных средах. Мицеллярная энзимология

Ферменты в естественных условиях работают в водной среде или на границе раздела фаз мембрана — водная среда. Развитие ме­тодов химической ...

Читать дальше...

всё на эту тему


Свойства воды как растворителя, внутри прошитого водородными связями, играет в этом случае первостепенную роль. Молекулы воды в контакте с неполярными соединениями (углеводородами и углеводородными фрагментами молекул, неполярными газами типа Н2, 02, благородными газами) лишены возможности образовывать дополнительные водородные связи и находятся в энергетически неблагоприятном состоянии. Система стремится уменьшить число такого рода молекул. Это возможно за счет объединения неполярных молекул в комплекс, в результате поверхность взаимодействия станет меньше. Связи, объединяющие неполярные молекулы в водном растворе, получили название гидрофобных.

Исследование термодинамики гидрофобных взаимодействий показало, что основной вклад во взаимодействие вносит энтропийная составляющая свободной энергии. Как известно, свободная энергия процесса, определяющая термодинамическую возможность его протекания, включает энтальпийный и энтропийный члены Д G = АН - ТAS.

Приведены термодинамические параметры процесса перехода циклогексана из газовой фазы в жидкую органическую фазу, образуемую циклогексаном, из газовой фазы в воду и из жидкой фазы циклогексана в воду. Видно, что переход циклогексана в жидкую фазу термодинамически выгоден (ДG < 0). Перенос циклогексана в воду, как из газообразного состояния, так и из жидкой фазы термодинамически неблагоприятен (AG> 0). Перенос молекулы циклогексана из собственной жидкой фазы в водную вызывает существенное увеличение энтропийной составляющей свободной энергии. Для этого процесса АН = 0 и все изменения свободной энергии определяются энтропийным членом. Сильное падение энтропии ведет к росту свободной энергии. Молекулы воды структурируются и «замораживаются» на поверхности контакта с неполярной группой. При этом также резко возрастает теплоемкость системы.

Как количественно охарактеризовать силу гидрофобного взаимодействия? Силу гидрофобных взаимодействий можно оценить, изучая распределение веществ между двумя несмешивающимися фазами: водной и органической. В двухфазной системе вода — несмешивающийся с водой органический растворитель вещество А распределяется между фазами и можно найти коэффициент его распределения. Оказалось, что коэффициент распределения практически не зависит от природы органического растворителя при условии, что между растворителем и веществом нет каких-либо дополнительных, например водородных, связей.

Логарифм коэффициента распределения является характеристикой гидрофобности вещества А. Понятие гидрофобное может быть отнесено не только к целым молекулам, но и к их фрагментам.

Гидрофобные взаимодействия играют особую роль в белковых системах. В глобулярных белках гидрофобные взаимодействия часто формируют ядро белковой молекулы. На поверхности белковой молекулы, как правило, локализуются полярные или заряженные группы, которые взаимодействуют с молекулами воды. Гидрофобные остатки аминокислот находят энергетически выгодные положения внутри белковой молекулы, создавая внутреннюю гидрофобную среду. Важную роль гидрофобные взаимодействия выполняют при «узнавании» субстратов или ингибиторов активными центрами. Гидрофобные фрагменты субстрата взаимодействуют с гидрофобными участками активного центра, образуя специфические комплексы, ориентирующие реакционный центр субстрата относительно каталитических групп. При этом совсем не обязательно участие в этом процессе гидрофобной фазы большого объема. Достаточно вытеснения нескольких молекул воды, для того чтобы гидрофобная связь удерживала две неполярные группировки. При этом при увеличении размера молекулы субстрата на каждую группу СН2 (с учетом геометрии активного центра) выигрыш свободной энергии образования комплекса составит примерно 3 кДж/моль.

Рассмотренные выше молекулярные силы (электростатические, гидрофобные, водородные) характеризуются следующими особенностями:

  • Это слабые взаимодействия, обеспечивающие относительно невысокий выигрыш энергии (свободная энергия образования этих связей составляет 2 — 25 кДж/моль). Однако в любой белковой молекуле таких связей довольно много. Практически каждая аминокислота полипептидной цепи участвует в образовании одной или двух связей. Это и определяет высокую энергию внутрибелковых связей.
  • Взаимодействия с участием электростатических, водородных и гидрофобных связей протекают кинетически быстро. Скорости образования и распада связей определяются скоростями переориентации диполей и соизмеримы со скоростями движения молекул. Данное свойство позволяет биологическим системам реализовывать многостадийные процессы с перемещением больших групп ядер, разыгрывая различные сценарии взаимодействий и осуществляя процессы по маршруту с наименьшими кинетическими и термодинамическими барьерами.



© Авторы и рецензенты: редакционный коллектив оздоровительного портала "На здоровье!". Все права защищены.


 
Текст сообщения*
Защита от автоматических сообщений
Загрузить изображение
 

nazdor.ru
На здоровье!
Беременность | Лечение | Энциклопедия | Статьи | Врачи и клиники | Сообщество


О проектеКарта сайта β На здоровье! © 2008—2015
nazdor.ru, nazdor.com
Контакты Наш устав

Рекомендации и мнения, опубликованные на сайте, являются справочными или популярными и предоставляются широкому кругу читателей для обсуждения. Указанная информация не заменяет квалифицированную медицинскую помощь, основанную на истории болезни и результатах диагностики. Обязательно проконсультируйтесь с врачом.

Размещенные на сайте информационные материалы, включая статьи, могут содержать информацию, предназначенную для пользователей старше 18 лет согласно Федеральному закону №436-ФЗ от 29.12.2010 года "О защите детей от информации, причиняющей вред их здоровью и развитию".