Молекулярная биология гена - Уотсон Дж.
Скачать (прямая ссылка):
Растворы, разумеется, не статичны. Под разрушающим влиянием тепловою движения специфическая структура раствора постоянно меняется, принимая различные конфигурации (с приблизительно одинаковым содержанием энергии). Не менее важно для биологических систем и то. что в процессе метаболизма пепрерывпо происходит превращение одних веществ в другие, а вследствие этого автоматически измепяется и характер вторичных связей, которые могут образоваться Таким образом структура клеточных растворов постоянно нарушается ле только нод влиянием теплового двгокення, но также и в результате метаболических превращений растворенных веществ.
ОРГАНИЧЕСКИЕ МОЛЕКУЛЫ, СПОСОБНЫЕ К ОБРАЗОВАНИЮ ВОДОРОДНЫХ СВЯЗЕЙ, РАСТВОРИМЫ В ВОДЕ
Энергия водородной связи в расчете на одну атомную группу значительно больше, чем энергия вандерваальсовой связи. Поэтому если молекула способна к образованию водородных связей, то опа преимущественно их и образует Если мы, например, попробуем смешать воду с бензолом, т. е. с соединением, которое пе может образовать водородные связи, то быстро произойдет разделение этих двух веществ, так как молекулы воды образуют друг с другом водородные связи, а молекулы бензола соединяются вандерваальсовыми силами. Оргапическое вещество, неспособное к образованию водородных связей, практически невозможно растворить в воде
Рис. 4-11 Сторсоизомеры аминокислоты аланина (Pauhng. General Chemistry 2nd ed., Ггеешап, Kan Francisco. 1958, p. 598)
В то же время полярные молекулы, вроде глюкозы и пировииоград-ной кислоты, которые содержат большое число групп, способных к образованию прочных водородных связей (=0 или —ОН), до некоторой степени растворимы в воде (гидрофильны в отлнчие от гидрофобных соединений). Это оказывается возможным потому, что при проникновении этих молекул в решетку воды взамеп разрушенных водородных связей между молекулами воды немедленно образуются новые водородные связи между водой и глюкозой Однако возникающая при этом новая структура раствора обычно энергетически менее выгодна, чем структура чистой воды, и потому даже для наиболее полярных соединений существует неким предел растворимости.
Такнм образом, почти все вещества, постоянно присутствующие в клетке (поступающие в клетку с пищей или образующиеся в ней в процессе биосинтеза), яе полностью растворимы в воде. Молекулы этих веществ благодаря тепловому движению непрерывно сталкиваются с молекулами других веществ, и это происходит до тех пор, нока они не найдут комплементарные поверхности других молекул и ие соединятся с ними, высвободив при этом молекулы воды, которые могут теперь связаться друг с другом.
УНИКАЛЬНАЯ ФОРМА МОЛЕКУЛЯРНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ОБ ИЗБИРАТЕЛЬНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯХ
Хотя число разных групп, из которых построены клеточные молекулы (т. е- групп ОН, ГШ2, СН3 н т. д.), ограниченно, тем не менее яти молекулы весьма избирательно взаимодействуют друг с другом. Обусловлено это тем, что каждая молекула обладает уникальными свойствами в смысле возмолшости соединения с другими молекулами Очень ярким примером этого служит специфичность в отношении стереоизомеров Белки например, всегда построены из L-амитшкислот и никогда ие содержат D-изомеров (рис. 4-11). D- и ^-аминокислоты имеют одни и те же ковалентные связи, но по своей способности связываться с асимметричными молекулами они нередко отличаются очень сильно. Вследствие этого большинство ферментов специфично в отношении L-аминокислот Если какая-лвбо L-амнпокислота способна связываться с определенным ферментом, то ее антипод — соответствующая D-аминокислота — таким свойством пе обладает
Рис- 4-12- Примеры вапдерваалтовых (гидрофобных) связей между неполярными боко-ишмв группами аминокислот (Scberada, in The Proteins, H. IseuratL (ed ), 2nd ed , Vol. I, \cad Press, N.Y-, 1903, p 527).
Отдельные атомы сгпорода но поьазаны. Для полыаои ясности ваидерваальсопк радиусы уменьшены па 20% Представлены связи: Нюнила лапина и леицина (j4); фенилаланина и феинлалашша (U)
Существует общее правило, согласно которому большинство молекул в клетке способпо образовывать хорошие «слабые» связи лишь с пеболь пшм числом типов молекул. Частично это объясняется тем, что все молекулы в биологических системах существуют в водном окружении. Образование связи мезйду какими-либо молекулами в клетке зависит но только от того, способны ли эти молекулы вообще связываться друг с другом, но также и от того, обеспечит ли образование данпой связи максимальное число водородных связей в водном растворе
Сильно выраженная способность воды отталкивать неполярные группы обусловливает эффект, который принято называть гидрофобным связыванием. Некоторые химики склонны называть гидрофобными все связи, возникающие между неполярпыми группами в водном растворе (рис. 4-12) Термин этот пе совсем удачен, так как речь идет в сущности не об образовании евнзей, а об нх отсутствии. (Связи, которые неполярпые группы стремятся образовать между собой, обусловлены вандерваальсовыми силами притяжения ) Однако этот же термин часто и очень удобен, ибо ои подчеркивает тот факт, что неполярные группы стремятся расположиться так, чтобы по контактировать с молекулами воды.
