Теоретическое изучение роли амфифильности макромолекул и низкомолекулярных веществ в структурообразовании

• Автор: Ушакова, Александра Сергеевна
• Шифр специальности: 02.00.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 130 с. : ил.

Содержание
Введение

1. Обзор литературы

1.1 Взаимодействия в биологических системах

1.2 Глобулярное состояние макромолекулы

1.3 Теоретические и компьютерные модели систем с амфифильными макромолекулами.

1.4 Макромолекулы в смеси растворителей

1.5 Теоретическое описание микроструктурирования

1.6 Структурообразование в системах с низкомолекулярными амфифильными веществами

1.7 Цели и структура работы.

2. Глобулы макромолекул с гидрофобнополярными

звеньями
2.1 Модель глобулы амфифильной макромолекулы
2.2 Ориентация НР звеньев амфифильной макромолекулы
2.3 Поверхностное натяжение сферической амфифильной глобулы
2.4 Температура перехода клубокглобула для амфифильной макромолекулы
2.5 Форма глобулы амфифильной макромолекулы с гидрофобнополярными звеньями.
2.5.1 Свободная энергия несферической амфифильной глобулы
2.5.2 Диаграмма форм глобул амфифильной макромолекулы .
2.6 Основные результаты главы 2
3. Структурообразование в растворе макромолекул, содержащем молекулы поверхностноактивного вещества
3.1 Модель.
3.2 Свободная энергия неоднородного раствора макромолекул и молекул ПАВ.
3.3 Микроструктура в растворе макромолекул и молекул ПАВ
3.5 Фазовые диаграммы и их обсуждение.
3.4 Основные результаты главы 3
4. Глобулы макромолекул в смеси плохого растворителя и поверхностноактивного вещества
4.1 Объемные свойства глобулы в смешанном растворителе
4.2 Свободная энергия неоднородной глобулы в смешанном растворителе
4.3 Поверхностные свойства глобулы в смешанном растворителе .
4.4 Микроструктура в толще глобулы в смешанном раствори теле.
4.5 Основные результаты главы 4.
Выводы
Благодарности
Список литературы


Вся система биохимических процессов в клетке действует при обязательном участии белковых макромолекул. Важнейшие функции белков каталитическая и ферментативная. Белки служат для запасания миоглобин и переноса кислорода гемоглобин, гемоцианин, выполняют регуляторные функции в качестве гормонов. Все метаболические процессы в клетке ее питание и дыхание катализируются регуляторными и каталитическими белкамиферментами. Ферменты, входящие в состав мембран в комплексах с липидами, обеспечивают активный транспорт продуктов метаболизма в клетку и из нее, идущий в направлении, противоположном градиенту концентрации последних 1. Структура белка и комплексов белковых макромолекул с различными низкомолекулярными веществами определяется не только химическими связями, но и целой совокупностью разнообразных взаимодействий между аминокислотными остатками. Белки функционируют в водном окружении, и оно существенным образом влияет на строение и свойства молекул. Клетка живого организма существует в мягких условиях физиологической температуры и нормального давления. Биохимические процессы реализуют тонкую перестройку химических связей, зачастую не сопровождаемую значительным изменением свободной энергии. Будучи соединены друг с другом химическими связями, звенья биополимерной цепи образуют вторичную структуру, стабилизируемую слабыми, невалентными взаимодействиями силами ВандерВаальса и водородными связями. Вандерваальсовы силы имеют электрическую природу, они обуславливаются взаимодействиями электронных оболочек атомов и молекул. Вандерваальсово взаимодействие дипольных молекул, определяющее их притяжение, складывается из трех эффектов ориентационного впервые рассмотренного Кезомом, индукционного рассмотренного Дебаем, и дисперсионного рассмотренного Лондоном. Диполи стремятся ориентироваться так, чтобы их суммарная энергия ориентационного взаимодействия была минимальна, тепловое движение препятствует этому процессу. Индукционный эффект состоит во взаимодействии диполя одной молекулы с диполем, индуцированным полем диполя другой молекулы. Если молекулы не имеют собственных дипольных моментов, между ними действуют лишь дисперсионные силы 2. Дисперсионные силы вообще не имеют классического аналога, это наиболее важный и универсальный вид невалентных взаимодействий атомов и молекул. Все три вклада в энергию вандерваальсовского притяжения обратно пропорциональны шестой степени расстояния между молекулами г6. Положительный вклад в вандарваальсовское взаимодействие, энергия отталкивания молекул, обратно пропорционален двенадцатой степени расстояния между молекулами ги. Происхождение этого отталкивания интерпретируется как невозможность пространственного совмещения двух электронных систем. Зависимость потенциала межмолекулярных взаимодействий от расстояния представлена на рисунке 1. Рисунок 1. Зависимость потенциала ВандсрВаальса от расстояния между молекулами. Белковые макромолекулы в основном выполняют свои функции в глобулярном состоянии. Белковая глобула является компактной плотно упакованной системой с регулярной структурой в водном растворе при физиологических значениях . Глобула формируется слабыми взаимодействиями силами ВандерВаальса, водородными связями, электростатическим притяжением противоположно заряженных групп. Предположение об определяющем значении гидрофобных взаимодействий в формировании белковой глобулы было высказано еще в г 3,4. Идея состояла в том, что углеводородные неполярные радикалы аминокислотных остатков преимущественно контактируют друг с другом, а полярные радикалы взаимодействуют с водой. В результате гибкая макромолекула сворачивается в глобулу, неполярные гидрофобные радикалы располагаются внутри глобулы, а полярные на ее поверхности. Для исследования белков и создания моделей белковоподобных полимеров требовалось упрощение первичной структуры белка. Фишер был первым, кто предложил разделить аминокислотных остатков на две группы гидрофильные или полярные , Асп, Гис, Глу, Лиз, Сер, Тир, Тре и гидрофобные остальные 5.