Сильное взаимодействие молекул воды за счет водородных связей является то, что эти связи возможны лишь при определенной взаимной ориентации молекул, приводит к так называемому гидрофобного эффекта при погружении в воду неполярных молекул. Неполярность молекулы означает, что она не способна образовывать водородные связи. А молекулы воды не только способны, но и стремятся обязательно их создать, поскольку энергия связи высока, терять его очень невыгодно. Единственный выход для молекул воды-образовать связи между собой. Однако неполярная поверхность создает препятствия: как видно из рис. 1.10, группа ОН верхней молекулы "смотрит" на неполярную (гидрофобный) поверхность и не может быть заде-ной в образовании водородной связи. При сохранении водородных связей молекулам воды приходится платить ростом упорядоченности-они формируют вблизи гидрофобной поверхности, как показано на рис. 1.10, благоустроенный кригоподибний кластер. Таким образом, погружение гидрофобной молекулы в водное окружение за счет снижения энтропии является очень невыгодным энергетически. Если добавить еще одну такую гидрофобную поверхность, в системе будет очень простой выход (рис. 1.11): слипание поверхностей сопровождается освобождением молекул воды, т.е. ростом энтропии. Следовательно (опять!), гидрофобные взаимодействия имеют вполне энтропийного природу. Поскольку гидрофобный эффект имеет энтропийный природу, а энтропий-ный вклад в свободную энергию растет с температурой (уравнение (1.2)), эффективность гидрофобных взаимодействий увеличивается при повышении температуры (возрастает эффект освобождения воды в среду, где движение молекул воды ускоряется). Именно этим ростом гидрофобного эффекта объясняется хорошо известное снижение растворимости в воде неполярных молекул газов при повышении температуры. Для биологических систем это также имеет большое значение: повышение температуры, даже не очень значительное (до 35-37 ° С), изменяет энергетический баланс межмолекулярных взаимодействий и приводит в пойкилотермных организмов к так называемого теплового шока (см. раздел 8).

 

Гидрофобные взаимодействия очень важны для живых систем. Достаточно сказать, что именно они лежат в основе образования клеточных мембран, без которых существование клетки было бы невозможным. В следующих разделах будет показано, что гидрофобные взаимодействия играют также ведущую роль в поддержании структуры биологических макромолекул.


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+