Siły mezoskopowe Oddziaływania w układach biologicznych

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Siły mezoskopowe Oddziaływania w układach biologicznych"

Szymon Sobczyk
5 lat temu
Przeglądów:

1 Siły mezosopowe Oddziaływania w uładach biologicznych Van de Waalsa wiązania wodoowe oddziaływania eletostatyczne flutuacje oddziaływania hydodynamiczne

2 Siły ohezyjne (spoistości) siły Van de Waalsa (dipole induowane) enegie ~ 1 J/mol zawsze obecne Siły pzyciągania wyniające z oddziaływania pomiędzy oscylującymi dipolami. Potencjał Van de Waalsa: V 1 n 1 1 n m E A, E 1 1 4( ) 1 6 n, ( E n 1 n m E 1 1 ) ( E m E ) moment dipolowy pzejścia ze stanu n do swantowane enegie stanów n i dla cząsteczi 1 i odległość między cząsteczą 1 i stała Hamaea A 1 6

3 Enegia oddziaływania (cm -1 ) Siły Van de Waalsa oddziaływują na odległościach > 1 nm i <.1 nm. Mogą być pzyciągające i odpychające. Nie są addytywne. Symulacje dynamii moleulanej poazują, że Oddziaływania między biomoleułami dobze opisuje Potencjał Lennada-Jones a : 1 E( ) R (Å) W optyce są to siły dyspesji (np. mm cząsteczi oloidalne w oztwoze). 6 odległość ównowagi sepaacji chaateystyczna stała enegii Np. (1): butan CH 3 CH CH CH 3 Temp. wzenia -.5 o C - metylopopan CH 3 CH CH 3 Temp. wzenia o C CH 3 Siły dyspesji dla butanu > -metylopopanu (mogą być gęściej upaowane)

5 Atoms i- j eqm,ij / Å Eij / cal mol- 1 C1 / cal mol-1å1 C6 / cal mol-1å6 C-C C-N C-O C-S C-H N-C N-N N-O N-S N-H O-C O-N O-O O-S O-H S-C S-N S-O S-S S-H H-C H-N H-O H-S H-H Stąd głeboość potencjału wzasta według olejności: HH << CH < NH < OH << CC < CN < CO < NN < NO < O

6 Np. () hel -69 C neon -46 C agon ypton -186 C -15 C neon xenon xenon -18 C adon -6 C Więsze moleuły są silniej związane: - więcej eletonów - więsze pzeywanie wyinduowanych dipoli

7 Enegia w oddziaływaniach Van de Waalsa zależy od geometii powiezchni. R1 D R w A R1R 6D ( R1 R ) w C 6 D D w Cp 3 6D A w 1D

8 R Wiązania wodoowe. (enegie ~ 1-4 J/mol Wiązania wodoowe O=C O H O H NH O=C Udział w twozeniu - micelli - błon biologicznych - stutuy białe R Wiązanie bifuacyjne Wiązania wodoowe: -donoowe: F H - aceptoowe: O H, N H, S H Cząsteczi wody twozą lasty. Enegia odpychania: W W e / Stefa hydatacyjna wymienna i uchoma, t ~ 1 ps. ~ nm

9 Oddziaływania eletostatyczne A. Nieeanowane q 1 q p Q q p 1 p jon - jon dipol - jon dipol - dipol Pawo Coulomb a (enegia E c pomiędzy dwoma puntowymi ładunami q i ): q1q 4 E c pzenialność dieletyczna

10 Oddziaływanie eletostatyczne pomiędzy dipolem a jonem: p q E p ( 4 ) 3T T enegia temiczna Oddziaływanie eletostatyczne pomiędzy dwoma dipolami: p1 pk E pp 3 4 K stała Oddziaływania wyższych zędów znacznie mniej pawdopodobne! Wiązania jonowe pomiędzy moleułami ~ 5 J/mol i są odpowiedzialne za oddziaływania daleozasięgowe.

11 Oddziaływania eletostatyczne B. Eanowane Rozład ładunu woół powiezchni negatywnie naładowanej. woda Idea eanowania pozwala spowadzić złożony poblem wielu ciał do poblemu oddziaływania dwóch ciał o zmodyfiowanym potencjale. Powiezchnie mogą aumulować ładune wsute: - adsopcji jonów do powiezchni - dysocjacji gup powiezchniowych. -COOH -COO - + H + (uwolniona enegia o.14t) m potencjał chemiczny (całowita enegia swobodna pzypadająca na moleułę) dla podwójnej wastwy otaczającej naładowany uł. wodny wynosi: m ze T log T ze enegia temiczna ładune zgomadzony na moleule gęstośc jonów podlegająca ozładowi Boltzmanna e e ze / T potencjał eletyczny m / T

12 Koncentacja jonów Równanie Poisson a (łączy gęstość swobodnego jonu z potencjałem eletostatycznym): d dx Równanie Poisson a-boltzmanna: ze d ze / T e dx O pzeciwnym ładunu O podobnym ładunu Odległość Oganiczenia stosowania tego pzybliżenia: - efety oelacji (pzeywanie się obitali eletonowych), - jony nie są puntami - chopowatość powiezchni - siły solwentu - siły obazowania (nieciągłości oddziaływań)

13 Ciśnienie pomiędzy dwoma naładowanymi powiezchniami w wodzie wynosi: ) ( ) ( ) ( ) ( S S S B T P odległość między powiezchniami oncentacja jonów w oztwoze Zależność ta obowiązuje, gdy nie ma dodatowych oddziaływań jonów z powiezchnią.

14 Zadanie: Rozwiązaniem ównania Pissona-Boltzmanna w odległości x od naładowanej powiezchni błony jest potencjał: 1 T ze log(cos x) chaateystyczna długość salowania definiująca eanowanie dana jest wzoem: ( ze) T Jeśli dwie powiezchnie o gęstości ładunu powiezchniowego.4 Cm - są od siebie odległe o D = nm, a odwócona długość eanowania Debye a wynosi 1.34x1 9 m -1, to ile wynosi powstałe między nimi ciśnienie odpychające?

15 Enegia oddziaływania Siły oddziaływania pomiędzy naładowanymi sfeami w oztwoze. Zasaująco doby opis cząstecze oloidalnych powstał w opaciu o teoię DLVO (Dejaguin, Landau, Vewey i Ovebee). Opisuje ompetencyjność sił pzyciągających Van de Waalsa i odpychających podwójnych powiezchni opis wielu uładów oloidalnych. Model załada addytywność potencjału Van de Waalsa i eletostatycznego dla sfeycznych cząstecze: Oddziaływania eletostatyczne Baiea enegetyczna V ( ) A11 B 1 A 11 B 64Tc e stała Hamaea dla siły Van de Waalsa pole powiezchni cząsteczi Siły Van de Waalsa Odległość Wtóne minimum c 1 tan( ze / 4 B T ) potencjał powiezchni długość eanowania Debye a oncentacja jonów soli w oztwoze

16 W wielu uładach oloidalnych zauważono, że stężenie oagulacyjne w niesończoności zależy od walencyjności pzeciwnych jonów, ja: 1/z 6. Potencjał oddziaływania pomiędzy dwoma sfeycznymi cząstami oddziałującymi pzy ustalonym potencjale powiezchniowym wynosi: 64TR W ( ) R pomień oloidu e AR 6 Wauni ytycznej oagulacji: W = i dw/d = (to = 1) z 6 3 T 5 A 4 i Y jest stałe dla dużego potencjału Czyli teoia DLVO opisuje espeymentalnie obsewowane maosopowo zjawiso oagulacji.

17 Ciśnienie Siły steyczne i flutuacje R Odległość między powiezchniami F upaowania ( ) Acos R e / R

18 Polimey na powiezchni mogą uzysiwać dodatowe siły steycznej entopii wyniające z entopii onfomacyjnej łańcucha (np. uchliwosc białe oddziałujących z błonami, DNA adsobowane w histonie, działanie enzymów). W uładach stabilizowanych polimeycznie, enegia odpychania pomiędzy powiezchniami na jednostę powiezchni wynosi: W ( ) R g 36Te / R g niezabuzony pomień polimeu odległość sepaacji powiezchni Ruchliwe polimey wpływają na siły steyczne oddziaływania tych powiezchni.

19 Siła/ pomień mn/m Odpychanie Doby ozpuszczalni Pzyciąganie odległość [nm] Słaby ozpuszczalni Siła pomiędzy dwoma powiezchniami adsobującymi polimey. Siła entopii na jednostę powiezchni x R ( ) 1/ x P( ) ( ) B T ( ) ( ) odległość między powiezchniami gęstość objętościowa ontatów moleulanych

20 R x S R R S E b b b ) ( / x R 3 ) ( ) ( ) ( 4 T R T x T T P R R x T b B B B B B b b B pomień zywizny stała siłowa pole powiezchni stała Boltzmanna Siła oddziaływania pomiędzy dwoma błonami na jednostę powiezchni: Taie oddziaływania pomiędzy błonami występują np. podczas uchów peystaltycznych.

Podobne dokumenty

Informacje. Danuta Kruk. Pokój: D2/20. Telefon:

Informacje. Danuta Kruk. Pokój: D2/20. Telefon: Infomacje Danuta Ku danuta.u@matman.uwm.edu.pl Poój: D/0 Telefon: 89 54 6011 Konsultacje: poniedziałe: 11-14, wtoe: 1-15, śoda: 1-15, czwate 13.30-15.30 inne teminy jeśli Państwu badziej odpowiadają -