| 1. Suv molekulasining tuzilishi. | ||
| Suv qutbli molekulaga ega. Kislorod ko'proq elektronegativ atom sifatida vodorod atomi bilan birgalikda elektron zichlikni o'ziga tortadi va shuning uchun qisman manfiy zaryad oladi; elektron zichligi siljigan vodorod atomlari qisman musbat zaryadga ega. Shunday qilib, suv molekulasidipol, ya'ni. musbat va manfiy zaryadlangan hududlarga ega. (O'ngdagi model 3D bo'lib, sichqonchaning chap tugmasi bosilgan holda aylantirilishi mumkin.) |
|
2. Vodorod aloqalari.
3. Suv erituvchi sifatida. |
alt="Brauzeringiz tushunadi |
Suvga nisbatan deyarli barcha moddalarni ikki guruhga bo'lish mumkin:
1. Gidrofil(yunoncha "phileo" dan - sevmoq, suvga ijobiy munosabatga ega
). Bu moddalar qutbli molekulaga ega, jumladan elektronegativ atomlar (kislorod, azot, fosfor va boshqalar). Natijada, bunday molekulalarning alohida atomlari ham qisman zaryad oladi va suv molekulalari bilan vodorod bog'larini hosil qiladi. Misollar: shakar, aminokislotalar, organik kislotalar.
2. Gidrofobik(yunoncha "fobos" - qo'rquv, suvga salbiy yaqinlikka ega
). Bunday moddalarning molekulalari qutbsiz bo'lib, qutbli erituvchi, ya'ni suv bilan aralashmaydi, lekin organik erituvchilarda, masalan, efirda va yog'larda oson eriydi. Bunga misol bo'lardi chiziqli va siklik uglevodorodlar. shu jumladan benzol.
|
2-savol. O'ngdagi ikkita molekulaga diqqat bilan qarang. Sizningcha, ushbu molekulalarning qaysi biri hidrofilik, qaysi biri hidrofobik? Nima uchun siz shunday deb o'ylaysiz? Bu moddalar nima ekanligini bilib oldingizmi? Organik moddalar orasida molekulasining bir qismi qutbsiz va hidrofobik xususiyatga ega, ikkinchisi qutbli va shuning uchun gidrofil bo'lgan birikmalar ham mavjud. |
alt="Brauzeringiz tushunadi | alt="Brauzeringiz tushunadi | ||
| Bunday moddalar deyiladi amfipatik
. Molekula fosfatidilserin(hujayraning plazma membranasi fosfolipidlaridan biri, oʻngda) amfipatik birikmaga misol boʻla oladi. 3-savol.
Ushbu molekulani batafsil ko'rib chiqing. Sizningcha, uning qaysi qismlari hidrofilik va qaysi biri hidrofobik? Molekulani iloji boricha aniq bo'ladigan tarzda joylashtiring, grafik fayl yarating va undagi molekulaning hidrofil va hidrofobik hududlarini belgilang. 4. Suv tirik organizmlarda erituvchi sifatida.
|
alt="Brauzeringiz tushunadi |
Bundan tashqari, ichki suyuqliklarning transport funktsiyasi suvning ko'p hujayrali hayvonlarda (qon, limfa, gemolimfa, selom suyuqligi) va ko'p hujayrali o'simliklarda erituvchi sifatidagi xususiyatiga bevosita bog'liq.
5. Reaktiv sifatida suv.
Suvning ahamiyati uning kimyoviy xossalari bilan ham bog'liq - boshqa moddalar bilan kimyoviy reaktsiyaga kirishadigan oddiy modda sifatida. Eng muhimi, suvning yorug'lik bilan bo'linishi ( fotoliz) yorug'lik bosqichida fotosintez, suvning zarur reagent sifatida murakkab biopolimerlarning bo'linish reaktsiyalarida ishtirok etishi (bunday reaktsiyalar tasodifiy deyilmaydi). gidroliz reaktsiyalari
). Va, aksincha, biopolimerlarning hosil bo'lish reaktsiyalari, polimerizatsiya, suv ajralib chiqadi.
4-savol.
Oxirgi jumladagi qaysi noaniqlikni kimyogar tuzatadi?
gidrofil moddalar
Gidrofil moddalar (moddalar)
Suv bilan namlanish xususiyatiga ega bo'lgan qattiq moddalar. Yog'li suyuqliklar bilan namlanmaydi.
O'zaro havolalar tizimi bilan asosiy neft va gaz atamalari bo'yicha qisqacha elektron ma'lumotnoma. - M.: Rossiya davlat neft va gaz universiteti. I. M. Gubkina. M.A. Moxov, L.V. Igrevskiy, E.S. Novik. 2004 .
Boshqa lug'atlarda "Gidrofil moddalar" nima ekanligini ko'ring:
Gidrofilik malham asoslari- Ushbu maqolaning uslubi ensiklopedik emas yoki rus tili me'yorlarini buzadi. Maqola Vikipediyaning stilistik qoidalariga muvofiq tuzatilishi kerak. Asosiy maqola: Malham asoslari Gidrofilik malham asoslari malham asoslari ... ... Vikipediya
gidrofil- (gidro va filadan) molekulalari elektropolyar bo'lgan va suv molekulalari bilan osongina birikadigan "suvni yaxshi ko'radigan" moddalar. Hidrofobik (“sevmaydigan suv”) moddalarning teskarisi... Zamonaviy tabiatshunoslikning boshlanishi
Yopishtiruvchi vositalar- suyuq ozuqa muhitini siqish uchun ishlatiladigan yuqori polimerli gidrofil moddalar. U.v kabi kimyoorganotroflar uchun muhitlarda. agardan foydalaning (qarang) va jelatin (qarang), avtotrof organizmlar uchun silika jeli (qarang). Kichikroq…… Mikrobiologiya lug'ati
Ikki jismning aloqa yuzasida to'planishi (kondensatsiyalanishi) qobiliyatiga ega bo'lgan moddalar, fazalarni ajratish yuzasi yoki interfasial sirt deb ataladi. Interfasial yuzada P. a. V. yuqori konsentratsiyali adsorbsiya qatlamini hosil qiladi ... ... Buyuk Sovet Entsiklopediyasi
sirt faol moddalar (sirt faol moddalar)- fazalar interfeysida adsorbsiyalanishi mumkin bo'lgan va sirt (interfasial) kuchlanishning pasayishiga olib keladigan moddalar. Odatda sirt faol moddalar molekulalarida liyofil va liofob (odatda hidrofil va ...) o'z ichiga olgan organik birikmalardir. Metallurgiya ensiklopedik lug'ati
Sirt faol moddalar- (a. sirt faol moddalar; n. grenzflachenaktive Stoffe, oberflachenaktive Stoffe; f. moddalar kuchlanish faol moddalar; va. sirt tantes), assimetrik mol bo'lgan moddalar. tuzilishi, molekulalari amfifil tuzilishga ega, ya'ni. tarkibida liyofil va ...... Geologik entsiklopediya
sirt faol moddalar- Sirt faol moddalar Interfeysda adsorbsiyalanishi mumkin bo'lgan va sirtning pasayishiga olib keladigan narsalar. (interfasial) kuchlanish. Odatda sirt faol moddalar - organik. molekulalarida liyofil va liofobik (odatda hidrofilik va hidrofobik) bo'lgan birikmalar ... Texnik tarjimon uchun qo'llanma
Sirt faol moddalar turlari Molekulalari amfifil tuzilishga ega bo'lgan assimetrik molekulyar tuzilishga ega bo'lgan moddalar, ya'ni liyofil va liofobik (odatda hidrofilik qutb guruhlari va hidrofobik radikallar) atom guruhlarini o'z ichiga oladi. Difil…… Neft va gaz mikroentsiklopediyasi
Hujayra membranalari- Bu atama boshqa ma'nolarga ega, qarang Membran Hujayra membranasining rasmi. Kichkina ko'k va oq to'plar lipidlarning hidrofilik "boshlari" ga mos keladi va ularga biriktirilgan chiziqlar hidrofobik "dumlar" ga mos keladi. Rasmda ... ... Vikipediya
Selektiv o'tkazuvchanlik- Bu atama boshqa ma'nolarga ega, qarang Membran Hujayra membranasining rasmi. Kichkina ko'k va oq to'plar lipidlarning hidrofilik "boshlari" ga mos keladi va ularga biriktirilgan chiziqlar hidrofobik "dumlar" ga mos keladi. Rasmda ko'rsatilgan ... ... Vikipediya
Hidrofillik atamasi (qadimgi yunoncha "suv" va "sevgi" so'zlaridan olingan) molekulyar darajadagi moddaning suv bilan o'zaro ta'sirining intensivligining o'ziga xos xususiyati, ya'ni materialning namlikni intensiv ravishda yutish qobiliyati; shuningdek, moddaning yuzasi tomonidan suvning yuqori namlanishi. Bu tushunchani sirt xossasi sifatida qattiq jismlarga ham, alohida ionlarga, atomlarga, molekulalarga va ularning guruhlariga ham kiritish mumkin.
Gidrofillik adsorbsion suv molekulalarining moddaning molekulalari bilan bog'lanish qiymatini tavsiflaydi, bu holda birikmalar hosil bo'ladi, ularda suv miqdori bog'lanish energiyasining qiymatlariga muvofiq taqsimlanadi.
Gidrofillik ionli kristall panjaralari (gidroksidlar, oksidlar, sulfatlar, silikatlar, gillar, fosfatlar, stakanlar va boshqalar) bo'lgan, -OH, -NO 2, -COOH va boshqalar qutbli guruhlarga ega bo'lgan moddalarga xosdir. gidrofillik va hidrofobiklik- moddalarning erituvchilar bilan o'zaro ta'sirining alohida holatlari (liofillik, liofoblik).
Gidrofobiklikni gidrofillikning kichik darajasi deb hisoblash mumkin, chunki molekulalararo tortishish kuchlarining ta'siri har doim har qanday jism va suv molekulalari o'rtasida ko'proq yoki kamroq bo'ladi. Gidrofillik va hidrofobiklikni bir tomchi suvning silliq yuzasi bo'lgan tanaga qanday tarqalishi bilan farqlash mumkin. Tomchi to'liq gidrofil sirtga va qisman hidrofobik sirtga tarqaladi, ho'llangan material yuzasi va tomchi o'rtasida hosil bo'lgan burchakning qiymati ushbu tananing hidrofobiklik darajasiga ta'sir qiladi. Gidrofil moddalar - molekulyar (ion, atom) o'zaro ta'sir kuchi juda katta bo'lgan moddalar. Gidrofobik - oksidli plyonkalardan mahrum bo'lgan metallar, molekulasida uglevodorod guruhlari bo'lgan organik birikmalar (mumlar, yog'lar, parafinlar, ba'zi plastmassalar), grafit, oltingugurt va molekulalararo darajada zaif o'zaro ta'sirga ega bo'lgan boshqa moddalar.
Hidrofillik va gidrofobiklik tushunchalari jismlarga ham, ularning sirtlariga ham, bitta molekula yoki molekulalarning alohida qismlariga nisbatan qo'llaniladi. Masalan, sirt faol moddalar molekulalarida qutbli (gidrofil) va uglevodorod (gidrofobik) birikmalar mavjud. Bunday moddalarning adsorbsiyasi tufayli tananing sirt qismining gidrofilligi keskin o'zgarishi mumkin.
Gidrofilizatsiya - gidrofillikni oshirish jarayoni, gidrofobizatsiya - uni kamaytirish jarayoni. Ushbu hodisalar kosmetika sanoatida, matolarni (tolalarni) gidrofilizatsiya qilish uchun to'qimachilik texnologiyasida yuvish, oqartirish, bo'yash va boshqalar sifatini yaxshilash uchun katta ahamiyatga ega.
Kosmetikada gidrofillik
Parfyumeriya va kosmetika sanoati terini suvda erimaydigan kirlardan himoya qiluvchi hidrofilik kremlar va jellarni ishlab chiqaradi. Ushbu mahsulotlarda suvda erimaydigan ifloslantiruvchi moddalarning terining sirt qatlamiga kirishiga to'sqinlik qiluvchi plyonka hosil qiluvchi hidrofilik komponentlar mavjud.
Gidrofil kremlar mos emulsifikatorlar yoki suv-moy-suv, yog'-suv asosi bilan barqarorlashtirilgan emulsiyadan tayyorlanadi. Bundan tashqari, bularga dispers kolloid tizimlar kiradi, ularda gidrofil sirt faol komponentlari barqarorlashadi va yuqori yog'li kislotalar yoki spirtlarning suvda dispers yoki suv-glikol aralash erituvchilardan iborat.
Gidrojellar (gidrofil gellar) suv, aralash suvsiz yoki gidrofil erituvchi (etil spirti, propilen glikol, glitserin) va gidrofil gelleştirici (tsellyuloza hosilalari, karbomerlar) dan tashkil topgan asoslardan tayyorlanadi.
Krem va jellarning gidrofil xususiyatlari:
tez va yaxshi so'riladi;
terini oziqlantirish
ularni qo'llashdan keyin yog'lilik hissi qoldirmaydi;
· terini tozalash;
teriga mustahkamlovchi ta'sir ko'rsatadi;
salbiy ekologik omillar ta'sirini kamaytirish;
terining tabiiy tiklanish qobiliyatini saqlab qolishga yordam beradi.
Gidrofil kremlar va jellar suv bilan aralashmaydigan moylar, mazut, neft, bo'yoqlar, qatronlar, grafit, kuyikish, organik erituvchilar, kesish suyuqliklari, qurilish ko'piklari va boshqa ko'plab engil agressiv moddalar bilan ishlashda terini himoya qilish uchun mo'ljallangan. Shuningdek, ular mashinani ta'mirlashda, kvartirani ta'mirlashda, qurilish vaqtida, qishloq uyida o'g'itlar va tuproq bilan ishlashda ajralmas hisoblanadi.
"KorolevPharm" kompaniyasi turli xil parfyumeriya va kosmetika mahsulotlarini, jumladan, hidrofilik va hidrofobik kremlarni ishlab chiqaradi. Korxona shartnoma ishlab chiqaruvchisi bo'lib, ishlab chiqarishning barcha bosqichlarini amalga oshiradi: formulani ishlab chiqish, sertifikatlash, ishlab chiqarishni boshlash, seriyali ishlab chiqarish. Ishlab chiqarish maydonchasi zamonaviy uskunalar bilan jihozlangan.
Korxona talablarga muvofiqligi uchun sertifikatlangan
Koptoklar shaklida suv oqadigan nilufar bargi, suv o'tkazmaydigan yuzalar va poyabzal himoyachilari, bulonda suzuvchi sariyog'li krujkalar molekulalarning xususiyatlariga misoldir. hidrofobiklik. Bundan tashqari, hidrofobik ta'sir muhim biologik rol o'ynaydi: oqsil molekulalarining katlanması va to'g'ri ishlashi, biomembranlarning shakllanishi, molekulalar tomonidan bir-birini tanib olish ham hidrofobik xususiyatlar yordamida "dasturlashtirilgan". Qizig'i shundaki, hidrofobik ta'sir "oddiy" jismoniy o'zaro ta'sirlar bilan cheklanmaydi: uning orqasida Termodinamikaning ikkinchi qonuni va deb nomlangan miqdor mavjud. entropiya.
Quturma
hidrofobiya yoki hidrofobiya(boshqa yunon tilidan. νδωρ - "suv" va φοβος - "qo'rquv") - suvdan bir qultum ichishga harakat qilganda, suvni ko'rganda yoki u haqida biron bir eslatib o'tilganda og'riqli yutish kramplari paydo bo'lishidan qo'rqish. Bu qoqshol, isteriya, quturish bilan kuzatiladi (va quturishning o'zi ham shu so'z deb atalgan).
Demak, bu yerda hidrofobiklik Muhokama qilinadigan , odamlardagi alomatlar emas, balki molekulalarning xususiyatlari haqida.
Bolalikdan hammaga tanish bo'lgan “o'rdakning belidan suvdek” iborasi shundan dalolat beradi hidrofobiklik- siz uning nomi bilan o'ylaganingizdek, misli ko'rilmagan hodisa emas. Haqiqatan ham, suvni "itarish" ta'siri ko'pincha atrofimizda uchraydi: shunchaki g'oz patiga yoki lotus bargiga qarang (1-rasm). A), uning bo'ylab bir tomchi suv shisha yuzasida simob to'pi kabi qochib, orqasida hech qanday iz qoldirmaydi. Hidrofobik yuzalar haqidagi klassik g'oyalar bu erda indikator ho'llash burchagi th ekanligini aytadi, bu ho'llangan yuzalar uchun to'g'ri burchakdan (90 °) kichik, nam bo'lmagan yuzalar uchun esa undan kattaroqdir (1-rasm). b). Xususan, parafin yuzasida bir tomchi suv uchun th = 109 °, eng hidrofobik ma'lum bo'lgan material - floroplast yuzasida esa 112 ° bo'ladi. Shu bilan birga, "mutlaqo" hidrofobik sirt 180 ° burchak bilan tasvirlangan bo'lar edi, bunda suv bir soniya to'xtamasdan yuzadan o'tadi.
Xo'sh, g'oz haqiqatan ham PTFEdan ko'ra ko'proq hidrofobikmi? Aslida, shunday, lekin bunga kichik hiyla orqali erishiladi: g'oz patining yuzasi (shuningdek, lotus bargi) silliq emas, balki mikroskopik piramidalar yoki tuklar bilan qoplangan, bu tomchi bilan aloqa qilish maydonini kamaytiradi va samarali yopishish (1-rasm V). Xuddi shu printsipga asoslanadi superhidrofobik suvni deyarli mukammal qaytaradigan yuzalar (video 1).
Shakl 1. Lotus yaprog'i: hidrofobik sirtga misol. A - Hidrofobiklik aslida anglatadi namlanish qobiliyati suv butunlay yuzadan dumalab, ho'l iz qoldirmaganda. b - th aloqa burchagi asosida gidrofob sirtni aniqlash: th da< 90° поверхность называют смачиваемой (гидрофильной), при θ >90° - namlanmaydigan (hidrofobik). Mutlaq hidrofobiklikning ta'siri (yoki superhidrofobiklik) mikroskopik pürüzlülük tufayli erishiladi, bu tomchining sirt bilan aloqa qilish maydonini kamaytiradi. V - Lotusning yuzasi qanday joylashgan: mikroskopik tikanlar suv tomchilarining sirtni namlashiga yo'l qo'ymaydi va ular bargdan dumalab tushadi. Bir tomchi suv ham umurtqa pog'onalari orasidan "oqib keta olmaydi", chunki bu shkalada sirt tarangligi endi tomchining kichikroq bo'lishiga yo'l qo'ymaydi.
Video 1. Superhidrofobik sirt. Mikro o'lchovli sirt pürüzlülüğü ( sm. guruch. 1 b) bu shkalada sirt tarangligi tufayli o'zini elastik jism kabi tutadigan suv tomchisi bilan samarali aloqa maydonini kamaytiradi.
Tushunmoq Nima uchun ba'zi moddalar suv bilan namlanganidan xursand bo'ladi va maqolda aytilganidek, u g'ozdan pastga tushadi, siz alohida molekulalar darajasiga tushib, molekulalarning bir-biri bilan qanday ta'sir qilishini ko'rib chiqishingiz kerak.
hidrofobik molekulalar
Kimyoviy tuzilishi jihatidan hidrofobik(yoki qaysi biri bir xil, qutbsiz) suv bilan vodorod aloqalarini hosil qila oladigan kimyoviy guruhlarni o'z ichiga olmaydigan molekulalardir. Masalan, bu benzol va boshqa suyuq uglevodorodlar (benzinning tarkibiy qismlari). Biroq, eng qiziqarli xususiyatlar amfifil qutbli va qutb bo'lmagan qismlarni o'z ichiga olgan molekulalar: bu ular suv bilan aralashmalarda juda murakkab tuzilmalarni hosil qilishiga olib keladi: misellar, pufakchalar, qatlamlar va yanada murakkab shakllar. Bu barcha murakkab shakllarning shakllanishi nazorat qilinadi hidrofobik ta'sir.
Qizig'i shundaki, hidrofobiklikning molekulyar tabiati haqidagi savol Benjamin Franklinga borib taqaladi, u hukumat ishlaridan bo'sh vaqtlarida hovuz yuzasida zaytun moyining tarqalishini o'rgangan. Bir qoshiq moydan olingan dog'ning maydoni har doim bir xil bo'lib chiqdi - yarim akr - va qalinligi aslida bitta molekulaga teng edi. Bu 1774 yilda edi va o'sha paytda moddalarning molekulyar tabiati haqidagi g'oyalar hali ham juda noaniq bo'lsa-da, davlat arboblarining umumiy qiziqishi, biz ko'rib turganimizdek, bugungidan farqli edi. Qanday bo'lmasin, moy bilan tajriba monomolekulyar lipid plyonkalarini o'rganishning boshlanishini belgilab berdi, bu shubhasiz aniq bo'ldi: ba'zi molekulalar suvni shunchalik "yoqmaydi"ki, ular nafaqat aralashmaydi, balki tayyor hamdir. suvdan barcha mumkin bo'lgan yo'llar bilan olib tashlanishi - masalan, suvning havo bilan chegarasida bir molekula qalin (bir qatlamli) qatlam shaklida to'planishi. (Lipid plyonkalarini o'rganish bo'yicha qo'shimcha ma'lumot olish uchun maqolaga qarang " Mermaid molekulalari » .)
Amfifil molekulalarining yana bir muhim turi sovun bo'lib, ular kundalik hayotda va xalq xo'jaligida keng qo'llaniladi. Ularning ta'sir qilish tamoyilini hatto reklama roliklaridan ham olish mumkin: detarjan molekulalarining qutbsiz qismi ifloslantiruvchi molekulalar (odatda hidrofobik) bilan "biriktiriladi" va qutbli qismi suv molekulalari bilan faol ta'sir o'tkazadi. Natijada, u erda eritish: axloqsizlik sirtdan uzilib, yig'uvchi sovun molekulalarining ichida ushlanib qoladi, qutbli bo'laklarni "tashqariga chiqaradi" va hidrofobik qismlarni "ichkariga" yashiradi.
Biroq, amfifil molekulalarning (ya'ni, lipidlarning) yanada muhim sifati bizga eng yaxshi yuvish vositalarining tijorat xususiyatlaridan bahramand bo'lish imkonini beradi: ular barcha ma'lum hayot shakllari uchun qobiq bo'lib xizmat qiladi va barcha hayotiy jarayonlar sodir bo'ladigan hujayra membranasini hosil qiladi ( sm. « Hayotning lipid asosi » ). Bu muhim fakt shuni ko'rsatadiki, hidrofobik ta'sirning molekulyar tabiati hech qanday bekorchi narsa emas, lekin u amaliy sanoatni hisobga olmaganda, barcha biologiya uchun fundamental ahamiyatga ega.
Ammo chuqurroq o'rganib chiqqach, tortishish yoki elektrostatik kuchlar kabi hech qanday asosiy jismoniy o'zaro ta'sir hidrofobik zarralarning bir-biriga "tortishishi" va ularning suvdan "itarishi" uchun javobgar emasligi ma'lum bo'ldi. Uning tabiati ko'pgina o'z-o'zidan sodir bo'ladigan jarayonlarning yo'nalishiga cheklov qo'yadigan jismoniy printsipda, ya'ni Termodinamikaning ikkinchi qonuni.
Bir oz termodinamika
Termodinamika atomlar va molekulalarning mikroskopik dunyosi bilan "bizniki", makroskopik dunyo o'rtasida ko'prik o'rnatgan birinchi fanlardan biridir. Uning tug'ilishi bug 'dvigatellarining ishlashini o'rganish va Nikola Karno (1796-1832) nomi bilan bog'liq bo'lib, uning nomi bilan mashina ishlab chiqarishi mumkin bo'lgan ish hajmini belgilaydigan termodinamik davrlar nomlanadi. Uning ishini Joule, Kelvin va Klauzius davom ettirdilar, ular bu dastlab sof amaliy soha ostida kuchli nazariy bazani keltirdilar.
Ushbu olimlarning sa'y-harakatlari bilan asosiy qonunlarni shakllantirdilar yoki boshlash, termodinamika, issiqlik jarayonlarini kuzatishning ko'p asrlik empirik tajribasini umumlashtiradi. Birinchi qonun izolyatsiya qilingan tizimda energiyaning saqlanishi ("energiya saqlanish qonuni"), ikkinchi qonun esa o'z-o'zidan sodir bo'ladigan jarayonlar oqimining yo'nalishi haqida gapiradi. (Hali ham nol va uchinchi tamoyillar mavjud, lekin biz bu yerda ular haqida gapirmaymiz.) Kontseptsiya Ikkinchi Qonun bilan uzviy bog‘liqdir. entropiya(S) eng sirli termodinamik miqdor sifatida shuhrat qozongan. Dastlab Klauzius tomonidan rasmiy ravishda tizimga berilgan issiqlikning haroratga nisbati (DS = DQ/T) sifatida aniqlangan bo'lsa, keyinchalik entropiya global "xaos o'lchovi" ma'nosini oldi. O'shandan beri entropiya Ikkinchi Qonunning zamonaviy formulasining asosiga aylandi:
Izolyatsiya qilingan tizimdagi spontan jarayonlar entropiyaning ortishi bilan birga keladi.
Lyudvig Boltsman (1844-1906) bu termal "oshxona" ni materiyani tashkil etuvchi atomlar darajasi bilan bog'ladi va hatto materiyaning atom tuzilishi umume'tirof etilishidan oldin. U hayotining asosiy yutug'ini (1877 yilda) entropiyani hisoblashning statistik formulasining kashf etilishi deb hisobladi: S = k × logW, bu erda S - entropiya, k - keyinchalik Plank tomonidan Boltsmanning o'zi nomi bilan atalgan konstanta va W - davlatning statistik og'irligi (son. mikrostatlar, buni amalga oshiradigan makrostate). Ko'rish qobiliyati yomon bo'lishiga qaramay, u materiyaning qolgan qismiga qaraganda ancha chuqurroq narsani ko'rdi: u tavsifga statistik yondashuvning kuchini birinchi bo'lib his qildi. termodinamik ansambllar va uni molekulyar fizikaga tatbiq etdi. Boltsmann o'z zamondoshlarini noto'g'ri tushunish tufayli o'z joniga qasd qilgan, degan versiya mavjud, u tubdan o'zib ketgan. Yuqorida aytib o'tilgan formula Vena qabristonidagi qabr toshiga o'yilgan.
Entropiya kontseptsiyasining sirliligiga qaramay, Ikkinchi Qonunning ma'nosi juda oddiy: agar tizim izolyatsiya qilingan bo'lsa (ya'ni tashqi dunyo bilan materiya yoki energiya almashmasa), u holda u holatga moyil bo'ladi. termodinamik muvozanat, - mikroholatlarning maksimal mumkin bo'lgan soni (boshqacha aytganda, maksimal entropiyaga ega) tomonidan amalga oshiriladigan bunday makrostata. Misol uchun, singan stakan hech qachon o'zini bir-biriga yopishtirmaydi: dastlabki holat (butun stakan) faqat bitta usulda (S = 0) amalga oshiriladi, ammo oxirgi holat (singan stakan) astronomik jihatdan katta miqdordagi usullari (S>>0). Shuning uchun, afsuski, global nuqtai nazardan, barcha stakanlar halokatga uchraydi. Piter Atkinsning "Tabiatdagi tartib va tartibsizlik" nomli ajoyib fantastik kitobi "uy bekalari uchun" Ikkinchi Qonunni tushuntirishga bag'ishlangan.
Statistik fizika nuqtai nazaridan gidrofobik ta'sir
Shunday qilib, Ikkinchi Qonunni bilgan holda, biz nima uchun stol ustidagi bir piyola choy xona haroratiga qadar sovishini tushunamiz, lekin oshxonadagi havodan issiqlikni olib, o'z-o'zidan hech qachon qizib ketmasligini tushunamiz. (Agar bo'lmasa, Atkinsning kitobini albatta o'qib chiqishingiz kerak.) Ammo, masalan, suv va moyning aralashmasligini tushuntirish uchun xuddi shu dalillar qo'llaniladimi? Axir, Ikkinchi Qonun "hamma narsani tenglashtirishga" intiladi va suv va moy, aksincha, bir-birida eriishdan bosh tortadi (2-rasm). A).
Shakl 2. Hidrofobik ta'sirning tasviri. A - Hidrofobik ta'sir (va aslida Termodinamikaning Ikkinchi Qonuni) suvning qutbsiz molekulalarni (masalan, neft) "tepishiga" va ular bilan aloqa qilish maydonini kamaytirishga olib keladi. Shu sababli, suvdagi ko'plab mayda yog' tomchilari oxir-oqibat birlashadi va qatlam hosil qiladi. b - Suv molekulalari bir-biri bilan vodorod aloqalarini hosil qilishlari uchun gidrofobik sirt yaqinida tartibli ("muzga o'xshash") suv molekulalari qatlamini hosil qilish kerak. Ammo bu entropiyaning pasayishiga olib keladi, ikkinchi qonun bilan bog'liq holda noqulay. V - Entropiyani oshirishning tabiiy imkoniyati bu gidrofobik molekulalarning suv bilan aloqa qilish maydonini kamaytirishdir, bu bir nechta qutbsiz molekulalar bir-biri bilan birlashganda sodir bo'ladi. Amfifil molekulalarda o'z-o'zini tashkil qilish va mitsellalar, ikki qatlamli va vesikulalar kabi ancha murakkab supramolekulyar tuzilmalar paydo bo'ladi ( sm. guruch. 3).
Haqiqatan ham, agar biz faqat neftni hisobga olsak, termodinamika ishlamayotganga o'xshaydi: suyuqlik qalinligida yog 'plyonkasi erishi mono qatlam bilan solishtirganda entropiyani aniq oshiradi. Lekin hamma biladiki, aslida buning teskarisi: agar siz suv va moyni silkitsangiz ham, emulsiya biroz vaqt o'tgach parchalanadi va moy yana suvli fazani qoldirib, plyonka hosil qiladi.
Gap shundaki, ushbu misoldagi suv ko'rib chiqilayotgan tizimning teng huquqli ishtirokchisidir va hech qanday holatda uni e'tiborsiz qoldirmaslik kerak. Ma’lumki, suvning xossalari (odatda uning suyuq holati ham) vodorod bog‘larini hosil qilish qobiliyatiga bog‘liq. Har bir suv molekulasi "qo'shnilar" bilan to'rttagacha aloqa hosil qilishi mumkin, ammo buning uchun suv "suvda" bo'lishi kerak. Suvda qutbsiz sirt mavjud bo'lganda, unga qo'shni bo'lgan molekulalar o'zlarini "erkin" his qilishni to'xtatadilar: kerakli vodorod aloqalarini hosil qilish uchun bu molekulalar "muzli" hosil qilib, qat'iy belgilangan tarzda yo'naltirilishi kerak. qobiq (2-rasm b) hidrofobik ob'ekt atrofida. Bu majburiy tartiblash neft-suv tizimining entropiyasining sezilarli pasayishi bilan tavsiflanadi, bu esa hidrofobik molekulalarni bir-biri bilan agregatsiyalashga majbur qiladi, qutbli muhit bilan aloqa maydonini kamaytiradi va shuning uchun entropiya omilining noqulay pasayishi. Darhaqiqat, bu "yoqishni yoqtirish" dialektik tamoyilini amalga oshirib, moyni bitta katta tomchi yoki dog'ga qo'shilishiga olib keladigan suvdir.
Polar va qutbsiz fazalarning bunday o'zaro ta'siri deyiladi hidrofobik ta'sir. Bu hodisa detarjen molekulalarining eritmada mitsellalar, lipidlar mono- va ikki qatlam hosil bo'lishiga olib keladi. Ikkinchisi hujayrani o'rab turgan pufakchalar (lipozomalar) yoki biologik membranalar shakllanishi bilan o'z-o'zidan yopilishi mumkin (3-rasm). Masalan, lipid polimorfizmining yanada murakkab shakllari ham topilgan kubik lipid fazasi, membrana oqsillarini strukturaviy tadqiqotlarda keng qo'llaniladi.
Shakl 3. Lipid polimorfizmi. Bosh va dumning assimetrik tuzilishini tavsiflovchi molekulaning shakli va boshqa xususiyatlariga qarab, lipidlar turli xil supramolekulyar tuzilmalarni hosil qiladi. Yuqoridan pastga: 1 - molekulaning teskari konussimon shakli bilan musbat egrilikdagi tuzilmalar hosil bo'ladi (mitsellalar va olti burchakli faza H I); 2 - silindrsimon shakl ikki qatlamli kabi tekis (qatlamli) tuzilmalarni beradi; 3 - konussimon shaklga ega, ikkala teskari olti burchakli (H II) va miselyar fazalar hosil bo'ladi.
"Chuqurroq" hidrofobik ta'sir
Biologik molekulalar holatida hidrofobik ta'sir alohida rol o'ynaydi, chunki u biomembranlarni hosil qiladi, ularsiz hayot mumkin emas, shuningdek, oqsil molekulalarining katlanishiga hal qiluvchi (barcha ishlarning 90% gacha) hissa qo'shadi. aminokislotalar qoldiqlari zanjirlari boshqa tabiatga ega bo'lishi mumkin: hidrofobik yoki hidrofilik . Bitta chiziqli molekulada bunday turli xil ob'ektlarning mavjudligi oqsillarda kuzatiladigan shakl va funktsiyalarning barcha xilma-xilligini beradi.
Biroq, submolekulyar miqyosda hidrofobik ta'sir kengaytirilgan qutbsiz sirt yoki butun qoshiq moydan farqli o'laroq o'zini namoyon qiladi: ko'rinishidan, hidrofobik zarrachalar klasteri, agar uning o'lchami chegara qiymatidan oshsa, barqaror bo'ladi (≈1). nm); aks holda u molekulalarning issiqlik harakati bilan vayron bo'ladi. Molekulyar dinamikani modellashtirish (MD) "toza" suv va kichik () yaqinidagi suv tuzilishidagi farqni ko'rsatadi.<1 нм) и большой (>>1 nm) hidrofobik zarralar. Agar birinchi ikkita holatda har biri Agar suv molekulasi to'rttagacha vodorod aloqasini hosil qila olsa, u holda katta hidrofobik zarrachada bu mumkin emas va suv molekulalari ushbu zarracha atrofida "muzli" qobiqqa to'g'ri kelishi kerak (2-rasm). b va 4).
Shakl 4. Kichik () yaqinidagi suv molekulalarining turli konfiguratsiyasi. A) va katta ( b) hidrofobik zarralar(har ikkala holatda ham tasvirlangan qizil sharlar). MD ma'lumotlariga ko'ra, o'lchami 1 nm dan kichik bo'lgan zarralar, uning "erkinligi" va vodorod aloqalarini yaratish qobiliyatini cheklamasdan osongina suv bilan o'ralgan bo'lishi mumkin. Kattaroq zarrachalar bo'lsa, vodorod bog'ini hosil qilish uchun chegara suv molekulasi hidrofobik sirtga nisbatan o'ziga xos tarzda yo'naltirilishi kerak, bu esa butun suv qatlamining (yoki bir nechta) tartiblanishiga va uning pasayishiga olib keladi. erituvchining entropiyasi. Bunday holda, suv molekulasidagi vodorod aloqalarining o'rtacha soni uchtagacha kamayadi. Qizig'i shundaki, zarrachaning solvatatsiya energiyasining uning hajmiga bog'liqligi tabiati ham bu erda o'zgaradi: 1 nm gacha, energiya zarracha hajmiga va bu chegaradan yuqori, uning sirt maydoniga bog'liq.
Xuddi shu "eshik o'lchami" monomer yon guruhining o'lchamiga va haroratga qarab polimer zanjirining katlanmasına hidrofobik ta'sirning hissasini aniqlash uchun tajribada ham tasdiqlangan. Solvatlanishning erkin energiyasini ro'yxatdan o'tkazish polimer molekulasini bir vaqtning o'zida bir bo'g'inni "burmalagan" atom kuch mikroskopi yordamida amalga oshirildi. Qizig'i shundaki, 1 nm chegara qiymati taxminan oqsil molekulasining katlanishini aniqlaydigan aminokislotalar qoldiqlarining katta yon zanjirlarining o'lchamiga to'g'ri keladi.
Hidrofobik ta'sir tabiatan entropik bo'lgani uchun uning turli jarayonlardagi roli (ya'ni erkin energiyaga hissasi) haroratga bog'liq. Qizig'i shundaki, bu hissa oddiy sharoitlarda - hayot asosan mavjud bo'lgan bir xil harorat va bosimda maksimal darajada bo'ladi. (Xuddi shunday sharoitda asosiy biologik erituvchi – suv ham suyuqlik va bug‘ o‘rtasidagi muvozanatga yaqin bo‘ladi.) Bu hayot fazaviy o‘tishlar va muvozanat nuqtalariga yaqin bo‘lgan mavjudlik shartlarini ataylab “tanlaydi”: aftidan, bu membranalar va oqsil molekulalari tuzilishi kabi "inert" ko'rinadigan narsalarni ayniqsa ishonchli boshqarish va nozik nazorat qilish imkoniyatini beradi.
So'nggi tadqiqotlar suvning hidrofobik ta'sirda ham, molekulalararo tan olinishida ham rolini yanada kuchliroq ta'kidladi (masalan, ferment o'z substratini bog'laganda yoki retseptor ligandni taniydi). Proteinning faol markazida, qoida tariqasida, "bog'langan" (va shuning uchun buyurtma qilingan) suv molekulalari mavjud. Ligand oqsil yuzasida bog'lanish joyiga kirganda, suv "ozod qilinadi", bu entropiyaga ijobiy hissa qo'shadi (5-rasm); ammo, erkin energiya o'zgarishining entalpiya komponenti salbiy yoki ijobiy bo'lishi mumkin. Kalorimetrik titrlash va molekulyar modellashdan foydalanib, tuzilishi jihatidan o'xshash, ammo gidrofob guruhlarning kattaligi bilan farq qiladigan ko'plab ligandlarning karbonat angidraz fermenti bilan bog'lanishining termodinamik sxemasi aniqlandi. Tahlil shuni ko'rsatdiki, entalpiya va entropiyaning Gibbs erkin energiyasiga qo'shgan hissasi har bir holatda individual bo'lishi mumkin va qaysi jarayon hal qiluvchi rol o'ynashini oldindan aytish mumkin emas. Faol joyga eng yaqin bo'lgan suv molekulalari qatlamlarining tuzilishi va dinamikasi molekulalararo tanib olishda ligandning retseptorga mos kelishi kabi muhim rol o'ynashi mutlaqo aniq, bu "klassik" ga yangi murakkablik darajasini kiritadi. ” “kalit-qulf” yoki “qo'lqop qo'li” turidagi ikkita molekulaning o'zaro ta'siri modellari.
Gomo- va geteropolimerlarning buklanishini bir necha bosqichlarga bo'lish mumkin (6-rasm):
- Agar siz cho'zilgan zanjir bilan boshlasangiz, birinchi bosqich bo'ladi entropiya burmalanishi, bu termodinamikaning ikkinchi qonunining bevosita natijasidir: to'liq to'g'rilangan polipeptid zanjiri nol entropiyaga ega, bu ipni statistik kuchlar tomonidan darhol "tuzatiladi". "statistik chalkashlik".
- Tasodifiy lasan konformatsiyasida hidrofobik yon qoldiqlar kosmosda birlashtiriladi va hidrofobik ta'sir ta'sirida to'planadi. Bu oqsil globullarini uch o'lchovli qadoqlash tamoyillarini kuzatish bilan tasdiqlanadi: ichida hidrofobik qoldiqlarning "yadrosi" va molekula yuzasida qutbli va zaryadlangan aminokislota qoldiqlari mavjud. Ushbu bosqichda hosil bo'lgan shakl deyiladi erigan globula.
- Biopolimerlarga kelsak, masala shu bilan tugamaydi: kosmosda yaqin bo'lgan qoldiqlar orasidagi o'ziga xos o'zaro ta'sirlar o'rashni yanada zichroq qiladi (haqiqat). sharsimon). Bunday holda, erkin energiya sezilarli darajada pasayadi va bu ko'pincha "yaxshi o'ralgan" strukturaning mezoni hisoblanadi.
Shakl 6. Tarkibi monomerlarning hidrofobikligi har xil bo'lgan uchta polimer zanjirining buklanishida hidrofobik kollapsning roli: hidrofobik polimer, hidrofobik-gidrofil sopolimer va globulyar oqsil (yuqoridan pastga) - erkin energiya grafigiga qarab chiziladi. zanjirli qadoqlashning ixchamligini ko'rsatadigan gyration radiusi. 1) To'liq cho'zilgan holatdan har qanday chiziqli zanjir tezda buriladi statistik chalkashlik. 2) Polar bo'lmagan yon zanjirlarning fazoviy yaqinligi hidrofobik bobinning qulashi va shakllanishiga olib keladi. erigan globula. 3) Proteinlar bo'lsa, bir-biriga yaqin joylashgan aminokislotalar qoldiqlarining yon zanjirlari (masalan, vodorod aloqalari yoki elektrostatik o'zaro ta'sirlar) orasidagi evolyutsion tanlangan maxsus kontaktlar bo'sh energiyani yanada pasaytiradi va oqsilni zichroq bo'ladi. globulalar. Gidrofobik polimerlarda bunday o'zaro ta'sirlar mavjud emas va shuning uchun ularning buklanishi tasodifiy lasan bosqichida to'xtaydi.
Ilgari, uchinchi bosqich funktsional oqsilning ajralmas xususiyati deb hisoblangan, ammo so'nggi paytlarda ushbu bosqichga ko'proq e'tibor qaratilmoqda. tartibsiz oqsillar (ichki tartibsiz oqsillar), aniq belgilangan fazoviy shaklga ega bo'lmagan va aslida o'ziga xos aloqalarni shakllantirish bosqichi yo'q. (Aytgancha, ulardagi hidrofobik qoldiqlarning ulushi globulyar oqsillarga nisbatan sezilarli darajada kamroq.) Ehtimol, bu ularga tirik hujayrada bitta oqsil yoki ligand bilan emas, balki o'nlab yoki hatto yuzlab tarkibiy jihatdan turli xil sherik molekulalar bilan o'zaro ta'sir qilish imkonini beradi, hujayra jarayonlarini juda nozik tartibga solishda ishtirok etish, .
Hidrofobik ta'sir, shuningdek, molekulalar va ionlarni membrana orqali tashishdan hujayralar tomonidan bir-birini qabul qilish va tanib olishgacha bo'lgan ko'plab hayotiy funktsiyalarni bajaradigan membrana oqsillarini (MP) buklanishida hal qiluvchi rol o'ynaydi. Ularning aksariyati membrananing hidrofobik ikki qavatiga botganligi sababli, transmembran (TM) domenining tuzilishi eruvchan globulyar oqsillarning o'rashidan sezilarli darajada farq qiladi: ularning TM segmentlari sezilarli darajada hidrofobik, yon zanjirlari esa hidrofobikdir. ular nafaqat oqsil ichida (globulyar oqsillarda bo'lgani kabi), balki oqsil lipid molekulalarining uglevodorod zanjirlari bilan aloqa qiladigan sirtda ham joylashgan.
Hidrofobiklik o'yinga kirishi muhim bundan oldin oqsil uning ish joyida (ya'ni membranada) qanday bo'ladi. Ribosomal sintez jarayonida MB lar globulyar oqsillar kabi sitoplazmaga tushmaydi, balki translokon- kanal shaklida qurilgan va oqsillar sekretsiyasi va MBni membranalarga etkazib berish uchun mas'ul bo'lgan ancha murakkab molekulyar mashina. Ma'lum bo'lishicha, translokon u orqali o'tgan oqsil bo'lagining hidrofobikligini "sezishi" mumkin va ma'lum bir hidrofobiklik chegarasiga etganida, bu parchani "oldinga" emas (kanal orqali hujayradan tashqari bo'shliqqa), balki "tupuradi". "Yon tomonga" (kanal devori orqali) - to'g'ridan-to'g'ri membranaga. Shunday qilib, parcha-parcha, membrana oqsillari membranaga kiritiladi va shuning uchun N-MB ning oxiri har doim hujayradan tashqari mintaqada bo'ladi va u qayerda bo'ladi C-end - TM segmentlari soniga bog'liq.
Endoplazmatik retikulumning Sec61 translokoni bo'yicha oqlangan tajribada har bir aminokislota qoldig'iga o'ziga xos hidrofobiklik qiymatini belgilaydigan "hidrofobiklikning biologik shkalasi" o'rnatildi. Qizig'i shundaki, umumiy ma'noda, bu shkala ilgari o'rnatilgan fizik-kimyoviy shkalalarga to'g'ri keladi, bu translokonga hidrofobik o'zaro ta'sir sensori rolini belgilash imkonini beradi.
Shunday qilib, hujayra translokon yordamida hidrofobiklikni "o'lchashi" mumkin va laboratoriyada bu xususiyatni suv bilan o'zaro ta'sir qilish xususiyatiga qarab taxminiy baholash mumkin. Ammo hidrofobiklikni nazariy jihatdan hisoblash va bu hisobni amaliy muhim masalalarga kiritish mumkinmi?
Hidrofobiklikni nazariy jihatdan qanday hisoblash mumkin?
Yuqorida aytib o'tilganidek, hidrofobik effekt aslida termodinamikaning ikkinchi qonunining yuzlaridan biridir, shuning uchun uni to'g'ri hisoblash butun tizimni bir butun sifatida va jismoniy jihatdan to'g'ri darajada modellashtirishdan ko'ra osonroq emas. Boshqacha qilib aytadigan bo'lsak, "gidrofobik o'zaro ta'sirlar" hech qanday holatda ikkita zaryadning tortilishi yoki qaytarilishi yoki vodorod aloqasi donori va akseptor o'rtasidagi o'zaro ta'sir kabi juftlik kontaktlari bilan chegaralanmaydi. Yagona nazariy jihatdan to'g'ri yo'l - bu termodinamik ansambllardagi juda ko'p miqdordagi mikroholatlarni tahlil qilish, amalda buni qilish juda qiyin.
Biroq, molekulyar modellashtirish va uni qo'llashda (masalan, biotexnologik yoki sanoat) molekulalarning hidrofobik va hidrofilik xususiyatlarini kamida taxminiy baholash hali ham talab qilinmoqda. Odatda, ular umuman molekulaning hidrofobikligini tavsiflovchi xususiyatga - taqsimlanish koeffitsientiga ( P, dan qismlarga ajratish) bu moddaning suv (qutbiy faza) va qutbsiz faza (masalan, benzol yoki n-oktanol). Gap shundaki, bu parametr, boshqa barcha termodinamik xususiyatlardan farqli o'laroq, o'rganilayotgan moddaning suvdagi va qutbsiz muhitdagi kontsentratsiyasini aniqlash (biz eslaganimizdek, deyarli aralashmaydi) va bo'lish orqali eksperimental o'lchash uchun juda oddiy. birin-ketin. Ushbu koeffitsientning logarifmi hidrofobiklik koeffitsienti sifatida qabul qilinadi - log P.
Bir nechta empirik usullar ushbu koeffitsientni bashorat qilishga qaratilgan bo'lib, ular to'g'ri o'lchangan jurnalga ega bo'lgan moddalarning "o'quv to'plami" ga asoslanganligini ta'minlaydi. P keyinchalik hisoblangan fragmental yoki atom hidrofobiklik konstantalari asosida noma'lum molekulalar uchun hidrofobiklikni hisoblash uchun molekulaning alohida bo'laklari yoki hatto uning alohida atomlarining (kimyoviy muhitni hisobga olgan holda) hissalarini aniqlang. Aslida, bu molekuladagi har bir atomga "gidrofobik zaryad" ni belgilashga urinishdir, garchi bu jismoniy ma'noga ega emasligini yodda tutish kerak. Ushbu konstantalarni molekuladagi barcha atomlar uchun yig'ish logning kerakli qiymatini beradi P, va fazodagi nuqtalarda (ph ~ q / r) elektrostatik potentsialni hisoblashga o'xshash yondashuvni qo'llash molekulyar modellashtirishda o'zini isbotlagan Molekulyar gidrofobik potentsial (MHP ; 7-rasm) usulini keltirib chiqardi. PLATINUM dasturi IHL hisob-kitoblariga bag'ishlangan.
Shakl 7. Molekulyar gidrofobik potentsial (MHP). Hidrofobik / hidrofilik xususiyatlarning fazoviy taqsimotini hisoblash imkonini beruvchi MHL yondashuvining ma'nosi empirik tizimni o'rnatishdir. atom hidrofobiklik konstantalari (fi), texnik jihatdan qisman to'lovlarga o'xshash. Ushbu konstantalarning barcha atomlar bo'yicha yig'indisi gidrofobiklik koeffitsienti logini baholaydi P(Qaerda P bu moddaning suv va oktanol o'rtasida taqsimlanish koeffitsienti) va kosmosdagi zaiflashuvni hisobga olgan holda nuqtali "gidrofob zaryadlar" tizimidan "potentsial" ni hisoblash (d (r) qonuniga ko'ra, teng, masalan, 1/r ga), molekulyar sirtlarda hidrofobiklikning tarqalishini tasavvur qilish imkonini beradi. Rasmda eukaryotik plazma membranasining asosiy fosfolipidi - phidrofobik xossalari ko'rsatilgan.
MHP ni hisoblash molekulaning ma'lum bir qismining hidrofobikligining samarali qiymatini baholash va uning yuzasining hidrofobik xususiyatlarini tasavvur qilish imkonini beradi va bu, o'z navbatida, molekulalararo o'zaro ta'sir mexanizmlari haqida gapirib beradi va yo'lni ko'rsatadi. molekulalarning xossalari yoki ularning bir-biri bilan o'zaro ta'sirining yo'naltirilgan o'zgarishiga. Shunday qilib, qisqa a-spiralning hidrofobik xususiyatlarini fazoviy xaritalash yordamida mikroblarga qarshi peptidlar(AMP) bu molekulalarning amfifil tabiatga ega ekanligini aniqlashga muvaffaq bo'ldi - spiralning bir tomoni gidrofobik, ikkinchisi qutbli va musbat zaryadlangan bo'lsa. Ushbu motiv MHP "supurish" xaritalarida aniq ko'rinadi, bu peptid-membrananing o'zaro ta'siri va mikroblarga qarshi ta'sir mexanizmini ta'kidlaydi (8-rasm). Bunday xaritalar yordamida tabiiy AMP ni o'zgartirish mumkin edi latarsin, yuqori antibakterial faollikka ega bo'lgan, ammo eritrotsitlarni yo'q qilmaydigan analoglarni yaratish va shuning uchun preparatning potentsial prototipi (8-rasm).
Shakl 8. Antimikrobiyal latarsin 2a (Ltc2a) peptididagi foydali xususiyatlarni loyihalash. Yuqori qator chap Ltc2a ning fazoviy tuzilishi va uning yuzasida hidrofobik xususiyatlarning tarqalishi (7-rasmga qarang) ko'rsatilgan. Markazda xaritasi - silindrsimon koordinatalarda (a; Z) IHLning "supurishi" ko'rsatilgan. Bu peptidning hujayra membranasi bilan o'zaro ta'sirini aniqlaydigan aniq amfifil naqshni ko'rsatadi. Yuqori qator o'ng peptidning sitolitik faolligi ko'rsatilgan: u bakteriyalarni ("gram+", "gram-") va hayvon hujayralarini ("eritrotsitlar") [ustun "wt") samarali tarzda o'ldiradi.
Vazifa quyidagicha edi: mikroblarga qarshi faollikni saqlab qolish, gemolitik faollikni yo'q qilish(ya'ni, bakteritsid dori prototipini yaratish uchun). MHL xaritasidagi hidrofobik "nuqta" ning tabiatini o'zgartirish bakteriyalar va eritrotsitlar membranalari bilan o'zaro ta'sirini turli yo'llar bilan o'zgartiradi va vazifa bajariladi deb taxmin qilingan. Biz uchta peptidni sinab ko'rdik, ular nuqta mutatsiyalarini kiritdi: Ile7→Gln, Phe10→Lys va Gly11→Leu. Hidrofobik naqshdagi tegishli o'zgarishlar uchta xarita bo'lagida ko'rsatilgan Pastda. Bitta mutant, Ile7→Gln talab qilinadigan faoliyatga ega edi: yuqori bakteritsid va past gemolitik.
Biomolekulalarning hidrofobik xususiyatlarini hisobga olish molekulyar modellashtirishning boshqa sohalarida, xususan, transmembran mintaqalarining aminokislotalar ketma-ketligidagi pozitsiyasini bashorat qilishda yoki gidrofobik muvofiqlik printsipi asosida retseptor-ligand komplekslarining fazoviy tuzilishini aniqlashda ham qo'llaniladi.
Hidrofobiklik hodisasining murakkab jismoniy tabiatiga qaramay, molekulyar modellashtirishda hatto uni juda yuzaki ko'rib chiqish ham foydali bo'lishi mumkin. Yuqoridagi misoldan ko'rinib turibdiki, MHP texnikasi yordamida hisoblangan molekulalarning xossalarini fazoviy xaritalash peptid molekulasining tuzilishi va uning faolligi o'rtasidagi bog'liqlikni o'rnatish imkonini beradi va bu kimyogarlarning eski orzusi. , biologlar va farmakologlar. Bunday aloqani topish qobiliyati molekulalarda kerakli xususiyatlarni oqilona loyihalash qobiliyatini anglatadi, bu, albatta, fundamental tadqiqotlar, biotexnologiya va tibbiyotda talabga ega.
Va yana suv haqida bir so'z
Hidrofobik ta'sirni batafsil ko'rib chiqish, biz haqiqatda termodinamika va statistik fizika qonunlari bilan tavsiflangan ko'p sonli molekulalarning statistik harakati haqida gapirayotganimizni tushunishga imkon beradi. Ammo bu erda yana bir narsa qiziqroq - biz suv kabi oddiy ko'rinadigan moddaning o'ziga xosligiga yana bir bor amin bo'ldik. Suvning o'zi juda ko'p ajoyib fazilatlarga ega, ammo biologik erituvchi sifatida uning tengi yo'q. Boshqa molekulalar bilan o'zaro ta'sirlashganda, suv o'zining dinamikasi va tuzilishini o'zgartirib, butun tizimni o'zgartirishga majbur qiladi. Biz amfifil molekulalarning ikki qatlamli va vesikulalarga o'z-o'zini tashkil etishini o'rganayotganimizda aynan shu narsani kuzatamiz - axir, ularni shunday murakkab shakllarga "to'plash" uchun suvdir.
Asosiy biologik "mashinalar" - oqsillar hayotida suvning rolini ortiqcha baholash qiyin. Ularning chiziqli zanjirdan har bir atom o'z o'rnini biladigan zich globulaga aylanishi ham suvning savobidir. Bu shuni anglatadiki, suv ham eng biologik molekulalardan biri unvoniga loyiqdir, garchi kimyoviy tasnifga ko'ra u noorganik moddadir.
Mermaid molekulalari bitta polimerda hidrofobik hidrasyonning imzosi;
