Молекулярная биофизика. Биологические макромолекулы в растворе, теория Дебая - Хюккеля

Август 10, 2022

Главная
Биология
Молекулярная биофизика. Биологические макромолекулы в растворе, теория Дебая - Хюккеля

Содержание

2. Как синтезированная белковая цепь, изначально «одномерная», принимает уникальную, только ей свойственную, пространственную укладку, обеспечивающую выполнение назначенной
3. Каким образом молекулы липидов, будучи смешаны с водой, образуют пузырьки и другие структуры, очень напоминающие мембраны
4. Основная «догма» молекулярной биофизики: структура, функция и динамика биологических макромолекул неразрывно связаны между собой
5. Одним из первых биофизических экспериментов может считаться знаменитый опыт Гальвани — во времена, когда не только
6. Одним из первых молекулярных биофизиков может считаться Эрвин Шрёдингер, чья книга «Что такое жизнь с точки
7. Представление молекулы с точки зрения молекулярной механики Параметры молекулы описываются не уравнением Шрёдингера, а суммой «классических»
17. Масс-спектроскопия (масс-спектроскопия, масс-спектрография, масс-спектральный анализ, масс-спектрометрический анализ) — метод исследования вещества, основанный на определении отношения массы
22. СПЕЦИФИКА БИОМАКРОМОЛЕКУЛ СТАТИСТИЧЕСКИЙ ХАРАКТЕР ПОВЕДЕНИЯ, Т.К. БИОМАКРОМОЛЕКУЛЫ СОСТОЯТ ИЗ БОЛЬШОГО ЧИСЛА ОДНОТИПНЫХ ЗВЕНЬЕВ – МОНОМЕРОВ. НАЛИЧИЕ
23. Теория Дебая-Хюккеля Теория сильных электролитов (1923 г.) Основные положения: Сильные электролиты в водных растворах практически полностью
24. БММ (белки, НК) содержат большое число ионизированных групп, в результате чего на поверхности ММ имеется заряд.
25. Используем для решения уравнение Пуассона, которое связывает плотность заряда (ρ) в точке поля с его потенциалом
26. Подставив в уравнение Пуассона (1) уравнения (2) и (3), получим Решение этого уравнения имеет вид Таким
27. Зависимость электрического потенциала ϕ , создаваемого макромолекулой, от расстояния Х
28. Расстояние Х0, на котором ϕ падает в е раз (ϕ = 0,37ϕ0), называется дебаевской длиной. Это
29. Влияние концентрации ионов на взаимодействие заряженных ММ определяется ионной силой раствора (μ): Тогда толщина ионной оболочки
31. В разбавленных солевых растворах, когда ионная сила небольшая, а дебаевская длина большая, то между ММ возникают
32. Дополнение: При взаимодействии заряженных ММ с дипольными молекулами воды происходит образование гидратных оболочек. Чем меньше радиус
33. Лекция №2 «Конформация макромолекул. Виды конформационных перестроек» 16 февраля 2017 г. ауд. 205 13.50
35. Скачать презентацию

Слайд 2

Как синтезированная белковая цепь, изначально «одномерная», принимает уникальную, только ей свойственную, пространственную

укладку, обеспечивающую выполнение назначенной этому белку функции?

Слайд 3

Каким образом молекулы липидов, будучи смешаны с водой, образуют пузырьки и

другие структуры, очень напоминающие мембраны живых клеток?

Слайд 4

Основная «догма» молекулярной биофизики: структура, функция и динамика биологических макромолекул

неразрывно связаны между собой

Слайд 5

Одним из первых биофизических экспериментов может считаться знаменитый опыт Гальвани — во времена, когда

не только о компьютерах никто не слыхивал, но и до открытия молекул, как таковых, оставалось ещё минимум столетие

Luigi Galvani
1737—1798

Слайд 6

Одним из первых молекулярных биофизиков может считаться
Эрвин Шрёдингер, чья книга «Что

такое жизнь с точки зрения физики?», написанная в 1944 году, и по сей день не утратила своей актуальности

(12.08.1887 - 4.01.1961)

Слайд 7

Представление молекулы с точки зрения молекулярной механики
Параметры молекулы описываются не уравнением Шрёдингера,

а суммой «классических» взаимодействий, самое сложное из которых — формула для упругости, описывающая колебание пружинки. На рисунке схематично показаны лишь три таких слагаемых: валентная связь (R0), валентный угол (α0) и торсионный угол (φ0).

Слайд 8

Слайд 9

Слайд 10

Слайд 11

Слайд 12

Слайд 13

Слайд 14

Слайд 15

Слайд 16

Слайд 17

Масс-спектроскопия
(масс-спектроскопия, масс-спектрография, масс-спектральный анализ, масс-спектрометрический анализ) — метод исследования вещества, основанный на определении

отношения массы к заряду ионов, образующихся при ионизации представляющих интерес компонентов пробы

Слайд 18

Слайд 19

Слайд 20

Слайд 21

Слайд 22

СПЕЦИФИКА БИОМАКРОМОЛЕКУЛ
СТАТИСТИЧЕСКИЙ ХАРАКТЕР ПОВЕДЕНИЯ, Т.К. БИОМАКРОМОЛЕКУЛЫ СОСТОЯТ ИЗ БОЛЬШОГО ЧИСЛА ОДНОТИПНЫХ

ЗВЕНЬЕВ – МОНОМЕРОВ.
НАЛИЧИЕ НЕ ТОЛЬКО ХИМИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ, НО И ДРУГИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ РАЗНОГО ТИПА, ЧТО ОГРАНИЧИВАЕТ ЧИСЛО ВОЗМОЖНЫХ КОНФОРМАЦИЙ.

Слайд 23

Теория Дебая-Хюккеля
Теория сильных электролитов (1923 г.)
Основные положения:
Сильные электролиты в водных растворах

практически полностью ионизированы. Ионы – материальные точки с зарядами;
При высокой концентрации ионов и малыми расстояниями между ними ионы взаимодействуют между собой (кулоновские взаимодействия);
Межионное взаимодействие приводит к тому, что каждый из ионов становится кружен «роем» противоионов, так называемой ионной атмосферой;
Межионное взаимодействие приводит к снижению подвижности ионов и уменьшает степень их участия в процессах, происходящих в растворах.

Слайд 24

БММ (белки, НК) содержат большое число ионизированных групп, в результате чего

на поверхности ММ имеется заряд. Энергия взаимодействия между заряженными ММ будет зависеть, в том числе, и от наличия ионов в ОС.
Задача: на расстоянии Х определим потенциал ϕ, который создает заряженная сферическая макромолекула (М) в водном растворе с определенной концентрацией соли

Слайд 25

Используем для решения уравнение Пуассона, которое связывает плотность заряда (ρ) в

точке поля с его потенциалом (ϕ):

Также необходимо учесть, что на ориентацию ионов вблизи ММ будут влиять тепловые колебания, в результате чего количество ионов будет подчиняться распределению Больцмана:

(2)

(1)

Обозначим заряд иона i – типа ei и количество ионов в единице объема n’i

Электрическая энергия иона

Тепловая
энергия иона

Подставив в уравнение Пуассона (1) уравнения (2) и (3), получим

(3)

Слайд 26

Подставив в уравнение Пуассона (1) уравнения (2) и (3), получим
Решение этого

уравнения имеет вид

Таким образом, потенциал ММ уменьшается с расстоянием по экспоненциальному закону

Решение этого уравнения, учитывающее размер ММ радиусом r, имеет вид

Слайд 27

Зависимость электрического потенциала ϕ , создаваемого макромолекулой,
от расстояния Х

Слайд 28

Расстояние Х0, на котором ϕ падает в е раз (ϕ =

0,37ϕ0), называется дебаевской длиной.
Это толщина ионной оболочки которая окружает в электролите каждую заряженную молекулу.

Слайд 29

Влияние концентрации ионов на взаимодействие заряженных ММ определяется ионной силой раствора

(μ):

Тогда толщина ионной оболочки Х0:

Т.е., при большой ионной силе раствора (высокой концентрации соли) оболочка ионов становится меньше (тоньше) и все ионы прижимаются к поверхности ММ

Слайд 30

Слайд 31

В разбавленных солевых растворах, когда ионная сила небольшая, а дебаевская длина

большая, то между ММ возникают силы отталкивания за счет больших оболочек противоионов. Но при повышении концентрации соли (увеличении ионной силы) дебаевская длина уменьшается и преобладают силы притяжения.

При высокой ионной силе белок осаждается в растворе и это явление называется высаливанием. Оно используется для экстрагирования и очистки белков.

Слайд 32

Дополнение:
При взаимодействии заряженных ММ с дипольными молекулами воды происходит образование гидратных

оболочек.
Чем меньше радиус иона, тем больше его энергия и тем больше молекул воды к нему присоединится. Поэтому самые маленькие ионы при гидратации превращаются в большие гидратированные.
В периодах радиусы уменьшаются (Li → Be → B…) = большая оболочка
В подгруппах радиусы увеличиваются (Li → Na → … → Cs) = малая оболочка

Слайд 33

Лекция №2
«Конформация макромолекул. Виды конформационных перестроек»
16 февраля 2017 г. ауд.

205
13.50

Молекулярная биофизика. Биологические макромолекулы в растворе, теория Дебая - Хюккеля

Содержание

Как синтезированная белковая цепь, изначально «одномерная», принимает уникальную, только ей свойственную, пространственную

Каким образом молекулы липидов, будучи смешаны с водой, образуют пузырьки и

Основная «догма» молекулярной биофизики: структура, функция и динамика биологических макромолекул

Одним из первых биофизических экспериментов может считаться знаменитый опыт Гальвани — во времена, когда

Одним из первых молекулярных биофизиков может считаться Эрвин Шрёдингер, чья книга «Что

Представление молекулы с точки зрения молекулярной механикиПараметры молекулы описываются не уравнением Шрёдингера,

СПЕЦИФИКА БИОМАКРОМОЛЕКУЛСТАТИСТИЧЕСКИЙ ХАРАКТЕР ПОВЕДЕНИЯ, Т.К. БИОМАКРОМОЛЕКУЛЫ СОСТОЯТ ИЗ БОЛЬШОГО ЧИСЛА ОДНОТИПНЫХ

Теория Дебая-ХюккеляТеория сильных электролитов (1923 г.)Основные положения:Сильные электролиты в водных растворах