Определенные химические группы в биологических макромолекулах способны ионизуватися, т.е. приобретать постоянного отрицательного или положительного заряда, теряя или приобретая протон. Взаимодействие между такими зарядами подчиняется хорошо известному закону Кулона (Charles de Coulomb), а именно, свободная энергия взаимодействия двух зарядов q1 и q2. При этом следует обратить внимание на несколько немаловажных моментов.

 

Величина является зависит от полярности среды. Поляризуемость молекул воды приводит к довольно большое значение проницаемости (есть ~ 80 при комнатной температуре). В неполярной среде проницаемость значительно ниже (например, внутри молекулы белка является ~ 3) и, соответственно, электростатическая энергия возрастает. Погружение заряженной группы или даже пары приближенных разноименных зарядов в неполярной среде является очень невыгодным энергетически: заряженные группы чаще остаются на поверхности макромолекул, не погружаясь внутрь.

 

Высокая диэлектрическая проницаемость воды свидетельствует о том, что электростатические взаимодействия в воде связаны в первую очередь с упорядоченностью диполей воды вокруг зарядов и изменением этой упорядоченности при приближении или удалении зарядов. Есть электростатические взаимодействия имеют энтропийного природу - при приближении (взаимной нейтрализации) разноименных зарядов степень упорядоченности диполей воды снижается. Соответственно, растет энтропия и снижается свободная энергия.

 

Важнейшими электростатические взаимодействия является для макромолекул, на поверхности которых сконцентрировано большое количество заряженных групп. На первый взгляд кажется очевидным, что две макромолекулы с положительно и отрицательно заряженными поверхностями должны взаимодействовать по закону Кулона. Но кроме воды в живых системах всегда присутствуют неорганические ионы, которые, по тому же закону Кулона, должны связываться с заряженными поверхностями макромолекул (рис. 1.8). Правая часть рис. 1.8 энергетически лучше левую лишь одним, а именно увольнением неорганических ионов во внешней раствор, то есть более низкой упорядоченностью (выше энтропией и ниже свободной энергией). Таким образом, взаимодействие двух заряженных макромолекул - вполне энтропийный эффект. Величина этого эффекта снижается с ростом концентрации неорганических ионов (ионной силой): если ионов достаточно во внешнем растворе, эффект от их увольнения очень незначителен. Тогда взаимное родство макромолекул снижается и комплекс диссоциирует.


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+