Некоторые вопросы теории фазовых переходов в биологических макромолекулах

• Автор: Шахнович, Евгений Исаакович
• Шифр специальности: 03.00.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Пущино
• Количество страниц: 181 c. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .

. Актуальность теш работы

Б. Предмет работы

. Содержание работы Ю

ГЛАВА I. ОБЗОР ОСНОВНЫХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ СОВРЕМЕННОЙ

ТЕОРИИ БИОПОЛИМЕРНЫХ СИСТЕМ . II

I. Предварительные замечания ц

.Полимер как частично равновесная система . ц Б. Распределение Гиббса для полимерной цепи .

. Понятие температуры

Г. Макроскопические состояния полимерной цепи . .

2. Модели полимерной цепи
. Модель бусинок.
Б. Макромолекулы из чередующихся жестких и
гибких участков .
. Персистентная модель . . .
3. Полимерные растворы в хороших растворителях .
А. Приближение самосогласованного поля
модель ФлориХаггинса .
Б. Скейлинговые законы для хороших растворителей
4. Объемные взаимодействия в полимерных глобулах . .
. Метод самосогласованного поля
Б. Конфигурационная энтропия полимерной глобулы . .
. Структура большой глобулы . г
Г. Глобулярное состояние жестких макромолекул . .
Д. Структура и самоорганизация белковых глобул . . зз
5. Переходы клубокглобула в макромолекулах .
А. Терминология для фазовых переходов в конечных
системах
Б. Фазовые переходы в больших глобулах
6. Фазовые переходы в биополимерах
А. Денатурация глобулярных белков .
Б. Другие фазовые переходы в белках
С. Переходы клубокглобула в ДНК
7. Постановка основных задач работы
ГЛАВА П. ТЕОРИЯ ДЕНАТУРАЦИИ ГЛОБУЛЯРНЫХ БЕЛКОВ.
I. Постановка задачи
2. Модель белковой глобулы
3. Простые модели систем с полимерными и неполимерными
степенями свободы .
А. Коллективные движения
Б. Термодинамика системы частиц упруго связанных
с твердыми поверхностями .
4. Анализ взаимодействий в белковой глобуле .
. Вандерваальсовы взаимодействия в гидрофобном
Б. Гидрофобные взаимодействия .
. Энтропия колебаний боковых групп .
Г. Электростатические взаимодействия
5. Уравнение состояния белковой глобулы .
6. Фазовые переходы нативная глобула расплавленная
глобула.
7. Диаграмма состояний белковой глобулы
8. Сравнение результатов теории с экспериментальными
данными
9. Обсуждение результатов
ГЛАВА Ш. ТЕОРИЯ ПЕРЕХОДОВ КЛУБОКГЛОБУЛА В БИОПОЛИМЕРАХ, НАХОДЯЩИХСЯ В СЛОЖНОМ НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНОМ РАСТВОРИТЕЛЕ
I. Постановка вопроса
2. Переходы клубокглобула в случае, когда компоненты
растворителя смешиваются при всех концентрациях . . . Ц
3. Переходы клубокглобула в случае, когда растворитель может расслаиваться на фазы
4. Обсуждение результатов
ГЛАВА . ТЕОРИЯ КОМПАКТИЗАЦИИ ДНК В СЛОЖНОМ ПОЛИМЕРНОМ
РАСТВОРИТЕЛЕ
I. Постановка задачи ХЗЗ
А. Предварительные замечания .
Б. Описание используемой модели
2. Элементарное рассмотрение глобулы ДНК в разбавленном растворе ПЭГ.
3. Качественное объяснение компактазации
4. Вычисление химического потенциала звена ДНК
5. Эффективное вириальное разложение
6. Образование глобулы ДНК в разбавленном растворе
7. О пределах применимости изложенной теории в области разбавленного раствора
8. Об условиях существования глобулярной компактной
ДНК в полуразбавленном растворе ПЭГ
9.0 внутримолекулярном ориентационном упорядоточе
нии сегментов ДНК.
. О зависимости свойств системы от ионной силы
раствора.
. Краткое сравнение результатов теории с данными
эксперимента .
ВЫВОДЫ.
ВВЕДЕНИЕ


Поэтому в работе ю было дано следующее определение полимер есть частично равновесная система с линейной памятью первичной или химической структурой и объемными взаимодействиями. Линейная память, как и любая одномерная статистическая система описывается соответствующим оператором матрицей перехода А . Величина . Ы. звено находится в состоянии соответствующем набору параметров Лн Как набор параметров , так и функция определяются химическим строением рассматриваемой полимерной цепи, ввд функции определяется, в конечном счете, механизмом гибкости цепи 8 . Г . Г Р свободная энергия макромолекулы. Здесь и всюду в дальнейшем мы рассматриваем только конфигурационные части термодинамических величин. Проблема вычисления таких характеристик не представляет трудностей и в настоящее время полностью решена С9 . Путем соответствующего определения звена цепи можно добиться того, что вероятность состояния аС зависит ТОЛЬКО ОТ о . Можно определить величину Э X, равную вероятности того, что, если первое звено цепи находится в точке О , то последнее У. С0 ЛА 1. Индекс нуль обозначает здесь, что речь идет о невозмущенных ве личинах. Таким образом, цепь в отсутствие объемных взаимодействий представляет собой очень рыхлую систему гауссов клубок точнее определение клубкового состояния см. Выше было показано, что средняя плотность невозмущенной длинной цепи очень мала. Это означает, что в такой цепи число бинарных столкновений мономеров которые описываются вторым вириальным коэффициентом В преобладает над числом столкновений высших порядков которые описываются третьим, четвертым и т. Поэтому, если при некоторой температуре , то поведение цепи в такой ситуации будет очень близко к поведению невозмущенной цепи. Влияние тройных столкновений дает малые логарифмические поправки к . Если 6 зависит не только от температуры, но и от какихлибо других параметров . ВС,,с О будем называть О точкой. В работе показано, что такие представления не являются строгими в действительности сталкиваются между собой не мономеры цепи, а целые участки цепи. Там же было указано, как учесть это обстоятельство необходимо рассматривать не мономеры, а квазичастицы квазимономеры и вводить соответствующие перенормированные вириальные коэффициенты их взаимодействия , С и т. О область, ширина которой д . Всюду в дальнейшем мы будем подразумевать такую перенормировку выполненной,и под словом мономеры подразумевать квазимономеры. Напротив, если в цепи возникает притяжение между мономерами, молекула может скомпактизоваться в плотную, слабофлуктуирующую структуру. Отсюда вытекает следующее определение макроскопических фаз полимерной цепи И. М.Лифшц, 1 . Глобулярным называется такое состояние макромолекулы, в котором имеется термодинамически достоверная пространственная структура. Иными словами, флуктуации плотности в глобуле меньше самой плотности, а радиус корреляций плотности остается конечным при стремлении числа мономеров к бесконечности. Напротив, клубком называется состояние макромолекулы без определенной пространственной структуры. Вышеприведенное рассмотрение показывает, что идеальная цепь является клубком. Этот результат тесно связан с выводом о неустойчивости дальнего порядка относительно флуктуаций в одномерных системах . Теоретический подход к изучению столь сложных систем, какими являются полимерные растворы, с необходимостью требует привлечения модельных представлений относительно структуры рассматриваемых макромолекул. При этом модель полимерной цепи должна, с одной стороны, улавливать как можно большее число явлений, происходящих в макромолекулах и, с другой стороны, допускать простое и математически удобное описание. В данном параграфе мы опишем основные используемые модели полимерной цепи. В рамках этой наиболее популярной в теоретических работах модели полимерная цепь представляется в виде бестелесной нити, на которую нанизаны бусинки мономеры рис. Эта модель наиболее приспособлена для выяснения тех следствий, которые вытекают из самого факта связанности мономеров в цепь.