ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Сильные и слабые взаимодействия из "Биофизика" Все кратко охарактеризованные выше вещества участвуют в процессах жизнедеятельности различных организмов, выработанных в ходе биологической эволюции. Большие и малые биологические молекулы обеспечивают биосинтез, метаболизм и биоэнергетику. [c.52] Как уже сказано, нуклеиновые кислоты ответственны за биосинтез белков. В этом и состоит их единственная законодательная функция. В свою очередь исполнители — белки — являются необходимыми участниками всех биохимических процессов в качестве катализаторов — ферментов. [c.52] Побочной стадией гликолитического и спиртового брожения является так называемый пентозофосфатный путь, на котором происходит расщепление воды и также выделение СОа. [c.53] Благодаря присутствию во внешней среде СОг оказался возможным фотосинтез. Бактериальный фотосинтез, а затем и фотосинтез зеленых растений развивались примерно 3—2 10 лет назад. Фотосинтез состоит в поглощении света и преобразовании его энергии в химическую энергию биологических молекул. Для этого потребовались поглощающие свет соединения, в частности, содержащие порфириновые циклы — хлорофилл и цитохромы. В результате поглощения квантов света в хлорофилле электроны системы переходят на более высокие уровни энергии. Далее работает цепь переноса электронов, главными участниками которой являются окислительно-восстановительные ферменты — цитохромы. Запасенная первоначально в хлорофилле энергия выделяется в биологически полезной форме — в АТФ и НАДФ. Происходит фотофосфорилирование. [c.53] Дыхание много эффективнее гликолиза. При гликолизе изменение свободной энергии на моль глюкозы составляет — 197 кДж, при дыханиии — 2880 кДж. [c.54] Сложные процессы метаболизма, запасания и расходования энергии пространственно локализованы в клетках. Дыхание реализуется в мембранах митохондрий, фотосинтез — в мембранах хлоропластов. Биохимические процессы эволюционно адаптированы. Так, у животных пустынь и у птиц главным источником метаболической энергии является жир, а не гликоген. В пустыне надо обеспечивать не только максимальный выход энергии, но и максимум образования воды — при окислении жира производится вдвое больше воды, чем при окислении гликогена. Для птиц существенна меньшая масса жира. Масса гликогена и связанной с ним воды в 8 раз больше, чем масса жира, дающая при окислении то же количество энергии. [c.54] Подробное рассмотрение и схемы всех Атетаболических путей содержатся в руководствах по биохимии. Мы вернемся к дыханию и фотосинтезу в гл. 13, посвященной биоэнергетике, и в гл. 14, посвященной фотобиологическим процессам. [c.54] Взаимодействия атомов в биологических молекулах, равно как и в молекулах синтетических органических соединений,— это прежде всего химические ковалентные связи, которые мы назовем сильными. Энергия, необходимая для разрыва С—С-связп, равна 348,6 кДж/моль, энергия С—N- вязи 336 кДж/моль и т. д. Сильные взаимодействия определяют цепное строение биополимеров, соединение друг с другом соответствующих мономеров — аминокислотных остатков, нуклеотидов, гексоз. Сильные связи образуются внешними электронами атомов теория ковалентных связей может быть основана только на квантовой механике. Соответствующая область физики или теоретической химии именуется квантовой химией. [c.54] Подобно /ор, энергия индукционного взаимодействия обратно пропорциональна щестой степени расстояния, но от температуры не зависит. [c.56] Формулы (2.28)—(2.32) справедливы лищь для точечных диполей, т. е, при условии р гг, где е — заряд электрона. Если это условие не выполнено, то необходимо проводить расчет взаимодействия точечных зарядов, монополей. [c.56] Перечисленные взаимодействия являются электростатическими, энергия притяжения или отталкивания вычисляется на основе классической электростатики. Квантовые эффекты практически не существенны. [c.56] Энергия дисперсионного взаимодействия также обратно пропорциональна шестой степени расстояния между взаимодействующими системами. Наличие множителя % в выражении (2.39) свидетельствует о квантовомеханической природе дисперсионных сил, впервые раскрытой Лондоном. [c.58] Дисперсионные силы имеют универсальное значение для внутри- и межмолекулярных взаимодействий атомных групп п молекул с насыщенными валентными связями. [c.58] Силы 3, 4, 5 принято называть ван-дер-ваальсовыми, так как в сумме они определяют межмолекулярпое притяжение, ответственное за поправку на давление в уравнении Ван-дер-Ваальс для реальных газов. Поправка на объем определяется взаимным отталкиванием молекул на малых расстояниях, природа которого также квантовомеханическая. [c.58] Порядок величины энергии ван-дер-ваальсовых взаимодействий соответствует теплоте испарения жидкости. Она имеет порядок величины 10 кДж/моль. [c.58] Водородные связи определяют строение и свойства воды, они играют очень важную роль в формировании структур биополимеров и в их взаимодействиях с малыми молекулами. Энергии водородных связей имеют порядок 4—29 кДж/моль. Подробнее о ниг рассказано в 4.3. [c.58] О гидрофобных взаимодействиях рассказано в 4,5. [c.58] Слабые взаимодействия ответственны за молекулярную гибкость, т. е. конформациопные свойства биополимеров и малых, молекул (см. гл. 3). Ими определяется молекулярное узнавание, реализуемое в ферментативном катализе (гл. 6), в биосинтезе (гл. 8) и в целом ряде биологических процессов, происходящих на молекулярном уровне. [c.58] Вернуться к основной статье