Чем объясняется высокая температура кипения воды, § Межмолекулярное взаимодействие и водородная связь
Главная Продукция. Войти как клиент Восстановить пароль О магазине. Среди необозримого множества веществ вода занимает совершенно особое место.
Модель суперспирали коллагена и ее формирование. Слева: модель для последовательности глицин—пролин—пролин n. Каждая цепь выделена своим цветом. При этом Gly цепи «1» завязывает связь с цепью «2», а Pro — с цепью «3» и т. Завиваясь вокруг двух других, каждая цепь коллагена образует правую суперспираль. Справа: образование коллагена in vivo. Шаг 1. Шаг 2. Гидроксилирование некоторых остатков Pro и Lys. Шаг 3. Шаг 4. Образование тримера и S-S-связей на его концах.
Шаг 5. Образование тройной спирали в середине проколлагена. Шаг 6. Секреция проколлагена во внеклеточное пространство. Шаг 7. Отщепление глобулярных частей. Шаги 8— Спонтанное образование фибрилл из тройных суперспиралей, окончательная модификация аминокислотных остатков и образование ковалентных сшивок модифицированных остатков коллагеновых цепей. На этом особенности коллагена не кончаются.
Некоторые остатки пролина и лизина в его составе гидроксилированы 3-гидроксипролин, 4-гидроксипролин, 5-гидроксилизин и образуют дополнительные водородные связи, стабилизирующие и упрочняющие белковую фибриллу.
Гидроксилирование аминокислотных остатков коллагена невозможно в отсутствии аскорбиновой кислоты витамина С. Поэтому при недостатке данного витамина в пище человека и животных, неспособных к самостоятельному биосинтезу аскорбиновой кислоты, развивается тяжелое заболевание — цинга. При цинге в организме синтезируется аномальный коллаген, лишенный прочности.
Соответственно, соединительные ткани становятся очень хрупкими — разрушаются дёсны, прикосновение к телу вызывает боль и гематому. Питание фруктами, богатыми аскорбиновой кислотой, быстро устраняет симптомы цинги. Следует подчеркнуть, что причиной этих симптомов является отсутствие характерной для нормального коллагена системы водородных связей, образуемой остатками гидроксиаминокислот.
Выше неоднократно говорилось о том, что нативная конформация биополимеров энергетически наиболее выгодна, и молекула в стандартных для себя условиях стремится принять именно ее. Чтобы убедиться в этом, достаточно взглянуть на карту энергетического ландшафта макромолекулы рис.
Самая глубокая «впадина» на ней соответствует нативной конформации энергетический минимум , а самые высокие «горные пики», понятно, принадлежат самым невыгодным, напряженным структурам, принимать которые молекула избегает.
Обращает на себя внимание то, что соответствующий нативной конформации глобальный минимум отделен от остальных впадин широким пространством — «энергетической щелью». Это затрудняет спонтанный переход макромолекулы из нативной конформации в какую-либо другую, тоже энергетически выгодную [12]. Надо сказать, что в данном правиле есть исключения — функции ряда биополимеров связаны с переходом из одной конформации в другую, у них и энергетический ландшафт другой [14].
Но такие исключения только подтверждают общее правило. Самосборка третичной структуры белка. Слева: один из возможных путей последовательного сворачивания белка.
Все промежуточные состояния имеют высокую свободную энергию и потому не накапливаются при сворачивании и не могут наблюдаться непосредственно. Справа: схематическое изображение энергетического ландшафта белковой цепи. На рисунке мы можем изобразить только две координаты, описывающих конформацию белковой цепи, тогда как реальная конформация описывается сотнями координат.
Широкая щель между глобальным энергетическим минимумом и прочими энергетическими минимумами необходима для того, чтобы стабильная укладка цепи разрушалась только путем термодинамического перехода типа «всё-или-ничего»; это обеспечивает надежность функционирования белка — по принципу «всё-или-ничего», как у электрической лампочки.
Тем не менее спонтанная правильная укладка биополимера наблюдается далеко не всегда. Например, приготовление яичницы есть ни что иное, как тепловая денатурация яичного белка. Но никто до сих пор не наблюдал, чтобы, остывая, яичница ренатурировала обратно в сырое яйцо. Причиной этому служит неупорядоченное взаимодействие между собой полипептидных цепей, их сплетение в единый клубок. Такого рода стабилизация денатурированного состояния наблюдается и в живой ткани, скажем, при том же самом термическом воздействии.
Эволюция предусмотрела решение и этой проблемы, создав так называемые белки теплового шока.
Эти агенты названы так потому, что интенсивно вырабатываются в организме при термических ожогах. Их задача — помочь денатурированным макромолекулам вернуть нативную структуру. Белки теплового шока еще называют шаперонами , то есть «няньками».
Для них характерно наличие вместительной полости, в которую помещаются фрагменты денатурированных молекул и где создаются оптимальные условия для правильной укладки цепей. Таким образом, функция шаперонов сводится к устранению стерических препятствий на пути самопроизвольной ренатурации биополимеров. Водородные связи в полисахаридах. Это делает невозможным перемещение остатков друг относительно друга, и молекула целлюлозы представляет собой жесткую, негнущуюся нить.
Такие нити образуют водородные связи между собой, формируя микрофибриллы , которые объединяются в фибриллы — жгуты с высокой механической прочностью. Справа: другая конфигурация связей между мономерами в амилозе приводит к тому, что водородные связи образуются между остатками глюкозы, находящимися в цепи далеко друг от друга.
Поэтому амилоза образует спиральные структуры, в которых на один виток приходится 6 остатков глюкозы, то есть водородными связями соединены первый и шестой остатки, второй и седьмой, третий и восьмой и т.
До сих пор речь шла фактически только о двух классах биополимеров — белках и нуклеиновых кислотах. Но есть и третий большой класс — полисахариды , которых мы традиционно упустили из вида. Молекулярные биологи всегда относились к полисахаридам с некоторым пренебрежением, как к грубой субстанции. Дескать, нуклеиновые кислоты — это интересный объект исследования, они — носитель генетической информации. Белки тоже интересны, к ним относятся почти все ферменты.
А полисахариды всего-навсего энергетический запас, топливо живого организма или строительный материал, не более. Разумеется, данный подход неверен и постепенно изживает себя. Теперь мы знаем, что полисахариды и их производные в частности, протеогликаны играют ключевую роль в регуляции клеточной деятельности. Например, рецепторы клеточной поверхности представляют собой разветвленные молекулы полисахаридной природы, а роль полисахаридов клеточных стенок растений в регуляции жизнедеятельности самого растения еще только начала выясняться, хотя уже получены интереснейшие данные.
Нас же интересует роль слабых взаимодействий, которая у полисахаридов проявляется, пожалуй, даже сильнее, чем у других биополимеров.
С первого взгляда ясно, что хлопковая вата и картофельный крахмал не одно и то же, хотя химическое строение целлюлозы и амилозы неразветвленной фракции крахмала очень сходное. В результате макромолекулы целлюлозы оказываются выпрямленными и образуют прочную сеть водородных связей как между собой, так и внутри каждой макромолекулы.
Пучок таких макромолекул образует фибриллу. Внутри фибриллы макромолекулы упакованы настолько плотно и упорядоченно, что формируют кристаллическую структуру, редкую для полимеров. Фибриллы целлюлозы по механической прочности приближаются к стали и инертны до такой степени, что выдерживают действие уксусно-азотного реактива горячей смеси азотной и уксусной кислот.
Вот почему целлюлоза выполняет в растениях опорные, механические функции. Она является каркасом клеточных стенок растений, фактически их скелетом. Очень сходное строение имеет хитин — азотистый полисахарид клеточных стенок грибов и наружного скелета многих беспозвоночных животных. Амилоза структурирована иначе. Ее макромолекулы имеют форму широкой спирали, на каждый виток которой приходится шесть глюкозных остатков.
Каждый остаток связан водородной связью с шестым от себя «собратом». Спираль имеет вместительную внутреннюю полость, в которую могут проникать комплексообразователи например, молекулы йода, образующего с крахмалом комплекс синего цвета. Такая структура делает амилозу рыхлой и непрочной. В отличие от целлюлозы она легко растворяется в воде, образуя вязкий клейстер, и не менее легко гидролизуется. Поэтому в растениях амилоза вместе с разветвленным амилопектином играет роль резервного полисахарида — хранилища глюкозы.
Итак, все приведенные в статье данные свидетельствуют о колоссальной роли, которую играют слабые взаимодействия в живом организме. Статья не претендует на научную новизну: самое главное, что уже известные факты рассмотрены в ней с несколько нетривиальной точки зрения.
Можно лишь напомнить о том, что уже прозвучало в начале — слабые связи в значительно большей степени годятся на роль рычагов управления молекулярной машиной, чем ковалентные. А то, что они столь широко представлены в живых системах и несут столько полезных функций, лишь подчеркивает гениальность Природы. Надеюсь, что прозвучавшие в этой статье сведения заинтересуют и тех, кто занимается созданием искусственных молекулярных машин: следует помнить о том, что мир един, живой и неживой природой управляют одни и те же законы.
Не стоим ли мы у истока новой науки — молекулярной бионики — кто знает?
Больше 16 лет Биомолекула рассказывает о биологии и медицине — сейчас у нас на сайте несколько тысяч статей. Если вам нравится наш сайт и вы хотите, чтобы он дальше работал, поддержите нас, пожалуйста, посильной суммой — разово или ежемесячно. Забыли пароль? Оглавление Содержание Связанные одной цепью Bond. Hydrogen Bond Слава двойной спирали Сила имени Ван-дер-Ваальса Головоломка-«змейка», или Сказ о торсионных углах Боязнь воды, и причем тут структура биомолекул Заряд бодрости Грамотная координация Вторичные структуры Весь спектр конформаций Двадцать в степени N Двойная Тройная спираль Энергетический ландшафт Не только белки, но и углеводы.
Роль слабых взаимодействий в биополимерах. Рисунок 1. Предположения о структуре белка в двадцатые-тридцатые годы ХХ века. Рисунок 2. Водородные связи в белках. Рисунок 5. Характерные параметры потенциалов Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий. Поддержите нас в деле просвещения.
Рассылка по электронной почте Один раз в месяц Один раз в неделю Отключена. Вопросы пола. Носимые технологии. Синтетическая биология. Структурная биология. Эволюционная биология. Активные формы кислорода. Гормоны растений. Поэтому, например, лед изучен лучше, чем вода. Не получена в лабораториях и абсолютно чистая вода , ее свойства до сих пор остаются загадкой.
Свойство Аномалия Значение Летучесть Наименьшая среди соединений водорода с элементами подгруппы кислорода Существенна для физиологии клетки: медленное снижение влажности различных материалов. Скрытая теплота плавления и испарения. Очень важна для сохранения теплового и водного баланса в атмосфере. При этом не замерзает и вода в живых организмах.
Вязкость Уменьшается при увеличении давления Обеспечивает большую подвижность глубоко в недрах планеты, где давление достигает огромных значений. Удельная теплоемкость Наиболее высокая, за исключением аммиака и водорода. Наименьшая среди соединений водорода с элементами подгруппы кислорода. Существенна для физиологии клетки: медленное снижение влажности различных материалов. Термостатирующий эффект в технологических процессах, перенос тепла водными течениями в природе, способствует сохранению постоянной температуры тела.
Низшие спирты метанол,этанол смешиваются с водой неограниченно.
Низшие спирты до пропилового включительно смешиваются с водой во всех отношениях; с повышением молекулярного веса растворимость спиртов в воде уменьшается и для высших гомологов практически равна нулю. Залах низших спиртов слабый, характерный алкогольный; запах средних гомологов сильный, иногда неприятный.
Высшие спирты не имеют запаха. Третичные спирты обладают характерным запахом плесени. Из изомерных спиртов первичные имеют более высокую температуру кипения, чем вторичные, а вторичные - более высокую, чем третичные; спирты нормального строения кипят при более высокой температуре, чем спирты с разветвленной цепью.
Запомнить меня. Присоединяйтесь к нам. Следите за новыми твитами. Главная Продукция. Для систем охлаждения Для систем отопления. Теплоноситель для систем отопления. Спирт как теплоноситель для систем отопления. Законодательство Часто задаваемые вопросы. Актуальные цены на год Спирт этиловый технический Спрей для рук - Антивирус-ка News Show SP2 - модуль joomla Окна.
