��WykBady z Biofizyki dla student�w kierunku analityka medyczna
Biofizyka molekularna
oddziaBywania wewntrz- i
midzyczsteczkowe
Hanna Trbacz
Katedra i ZakBad Biofizyki
Uniwersytet Medyczny w Lublinie
2012/2013
Atom
n�Elektrony w atomie s przycigane siBami
elektrycznymi przez protony w jdrze.
Atom
��Studnia potencjaBu wok�B jdra uwolnienie z niej wymaga
dostarczenia elektronom energii z zewntrz.
��Im bli|ej jdra znajduje si elektron, tym silniej jest przycigany i
wzrasta energia konieczna do jego oderwania od atomu (gBbsza
studnia potencjaBu)
Atom
n�Zgodnie z mechanik kwantow,
elektrony s jednocze[nie czstkami i
falami.
n�Ka|dy elektron mo|na opisa funkcj
okre[lajc prawdopodobieDstwo
znalezienia elektronu w okre[lonym
obszarze. Dla elektronu w studni potencjaBu
funkcja ta jest nazywana orbitalem.
n�Zbi�r orbitali posiadajcych podobny
poziom energetyczny to powBoka
elektronowa, a wszystkie powBoki - chmura
elektronowa.
Atom helu w stanie podstawowym.
n� Jdro ma rozmiary
rzdu 1 fm ok. 100 000
razy mniej od rozmiar�w
chmury elektronowej.
Chmura elektronowa
Atom
Istnieje okre[lony, niewielki zbi�r stabilnych orbitali
wok�B jdra a wszystkie pozostaBe, kt�re s
teoretycznie mo|liwe, szybko rozpadaByby si.
KsztaBty piciu najprostszych orbitali. Trzy orbitale 2p maj
identyczny ksztaBt, r�|ni si jedynie orientacj w przestrzeni
Stan podstawowy
n� Elektrony na orbitalach oddziaBuj ze sob zmieniajc
ksztaBt orbitali.
Stan wzbudzony
��W stanie wzbudzonym zaburzenia ruchu elektron�w s
jeszcze bardziej zakB�cone a wszystkie orbitale
��zaczynaj miesza si.
Proces mieszania si orbitali w danym atomie nazywa
si procesem hybrydyzacji.
Powstawanie wizaD
n� W wyniku zmieszania orbitali powstaj warunki do tworzenia
wizaD chemicznych.
n� W przypadku atomu wgla powstaj cztery hydrydy skierowane do
naro|y tetraedru i ka|da bdzie d|yBa do sparowania elektron�w.
To sparowanie mo|e uzyska w wyniku utworzenia wizania
chemicznego z innym atomem.
Wizanie chemiczne wg
mechaniki kwantowej
n�Wytworzenie wizania chemicznego polega
na deformacji powBoki elektronowej atom�w,
zmianie gsto[ci elektronowej w otoczeniu
jder atom�w, a przez to wyr�|nieniu
uprzywilejowanych kierunk�w w przestrzeni.
n�ZakBada si, |e orbital czsteczkowy
powstaje w wyniku nakBadania si orbitali
atomowych atom�w tworzcych wizanie.
Energia potencjalna ukBadu atom�w
w czsteczce
Ew energia wizania (minimalna
energia dla rozerwania wizania)
Ew
ro
OddziaBywania wewntrzczsteczkowe
n�SiBy wi|ce atomy w czsteczce
n�Wizania jonowe
n�Wizania kowalencyjne
n� koordynacyjne
Wizanie jonowe
n�Wizanie jonowe (elektrowalencyjne,
heteropolarne lub biegunowe) - utworzone
przez elektrostatyczne oddziaBywanie midzy
jonami o r�|noimiennych Badunkach.
n�Wizanie to powstaje najcz[ciej midzy
metalem a niemetalem.
Schemat powstawania
wizania jonowego
Atom chloru (Cl)
Jon chlorkowy (Cl-)
Jon sodu (Na+)
Atom sodu (Na)
Wizanie kowalencyjne
n� PoBczenie atom�w w czsteczk poprzez par elektron�w,
kt�re s wsp�Bdzielone przez oba atomy tworzce to wizanie.
n� Wsp�lne elektrony znajduj si na wsp�lnych orbitalach
molekularnych, kt�re powstaj w wyniku nakBadania si
odpowiednich orbitali atomowych.
n� Wszystkie elektrony na wszystkich orbitalach molekularnych
tworz chmur elektronow, otaczajc oba poBczone atomy.
Klasyfikacja wizaD kowalencyjnych
n�Ze wzgldu na spos�b nakBadania si orbitali
atomowych tworzcych orbitale molekularne
rozr�|nia si wizania � (sigma) i � (pi).
n�Wizania � powstaj w wyniku czoBowego
nakBadania si orbitali atomowych (orbitale
ustawione wzdBu| osi podBu|nych).
n� Wizania � powstaj w wyniku nakBadania
si bocznego orbitali (orbitale ustawione
r�wnolegle).
Klasyfikacja wizaD kowalencyjnych
s s
s p
p p
p p
Wizania spolaryzowane
n� Wizania kowalencyjne, w kt�rych bior udziaB atomy
r�|nice si elektroujemno[ci, nazywa si wizaniami
spolaryzowanymi.
n� Wsp�lna para elektronowa jest przesunita w kierunku
atomu o wikszej elektroujemno[ci.
n� Polaryzacj wizania mo|na okre[li, podajc moment
dipolowy wizania.
R�|nica miedzy wizaniem jonowym a
kowalencyjnym ma charakter do[ umowny
OddziaBywania midzyczsteczkowe
n�S odpowiedzialne za tworzenie struktur
nadmolekularnych (wieloczsteczkowych)
n�Energia wizaD midzyczsteczkowych jest
ok. stukrotnie mniejsza ni| wizaD
wewntrzczsteczkowych
OddziaBywania midzyczsteczkowe
n�OddziaBywania van der Waalsa (uniwersalne)
n�OdziaBywania wodorowe (specyficzne)
OddziaBywania van der Waalsa
n�oddziaBywania trwaBych dipoli
n�oddziaBywania trwaBy dipol dipol
indukowany
n�siBy dyspersyjne.
OddziaBywania trwaBych dipoli
OddziaBywania trwaBy dipol
dipol indukowany
SiBy dyspersyjne
n�SiBy dyspersyjne powstaj wskutek chwilowych
zmian gsto[ci elektron�w w czsteczkach.
n� Czsteczka posiadajca chwilowy moment
dipolowy mo|e go wzbudzi w czsteczce
ssiadujcej, wskutek czego obie czsteczki mog
si nawzajem chwilowo przyciga lub odpycha.
n� U[rednienie siB odpychajcych i przycigajcych
daje oddziaBywanie przycigajce proporcjonalne
do 1/r6.
OddziaBywania van der Waalsa
n� Przyczyn wystpienia oddziaBywania van der Waals
s trwaBe oraz wyindukowane momenty dipolowe w
czsteczkach lub - w przypadku oddziaBywaD
dyspersyjnych - chwilowe asymetrie rozkBadu Badunku
w czsteczce lub atomie.
n� OddziaBywania van der Waalsa s oddziaBywaniami
bliskiego zasigu (do 0,5 nm).
n� Wystpuj w krysztaBach wszelkiego typu (dominuj w
krysztaBach molekularnych), ponadto maj du|e
znaczenie w zjawiskach takich jak np. adsorpcjia czy
skraplanie gaz�w.
Wizanie wodorowe
(mostki wodorowe)
n� Wystpuje ono pomidzy kowalentnie zwizanym
atomem wodoru (donor), a elektroujemnymi atomami
ssiedniej czsteczki (akceptor)- najcz[ciej O, N, S,
czasami C.
n� silniejsze od van der Waalsa, ale sBabsze od
kowalentnych.
Wizanie wodorowe
n�Wizania wodorowe, je[li wystpuj w
obrbie jednej czsteczki, s czsto
traktowane jak sBabe wizanie chemiczne
je[li jednak wi|e ono dwie lub wicej
czsteczek, mo|na je traktowa jako
oddziaBywanie midzyczsteczkowe.
Wizanie wodorowe
n� Wszystkie wizania wodorowe s znacznie sBabsze od
wizaD kowalencyjnych.
n� SBabe wizanie wodorowe energia poni|ej 4 kcal/mol.
n� Silne wizanie wodorowe to takie- energia powy|ej 4
kcal/mol,
n� Bardzo silne wizania wodorowe tworz si midzy
atomami w czsteczkach (wewntrzmolekularne wizania
wodorowe). Najsilniejsze znane wizania wodorowe
posiadaj energi zbli|on do sBabszych wizaD
kowalencyjnych rzdu 40 kcal/mol.
Wizanie wodorowe
n� Wizania wodorowe wystpuj w czsteczce i
midzyczsteczkami wody oraz we wszystkich
biomolekuBach
n� Struktura III i IV-rzdowa biaBek ( a wic i ich
wBa[ciwo[ci) wynika z tego , |e wizania
wodorowe s kierunkowe; dotyczy to te|
lipid�w oraz wglowodan�w.
Biologiczne znaczenie wizaD wodorowych
n�W biaBkach konformacja gB�wnego BaDcucha peptydowego
odpowiedzialnego za tworzenie helikalnej, bdz pBaskiej struktury
zdeterminowana jest przez wizanie wodorowe N-H...O=C pomidzy
grupami aminow i karbonylow.
Biologiczne znaczenie wizaD wodorowych
n�Oba BaDcuchy helisy DNA s
utrzymywane razem przez wizania
wodorowe pomidzy
komplementarnymi parami zasad
azotowych.
Biologiczne znaczenie wizaD
wodorowych
n� W przypadku polisacharyd�w wizania wodorowe
pomidzy grupami hydroksylowymi stabilizuj ich
struktur, znaczco wpBywajc na ich wBa[ciwo[ci.
Biologiczne znaczenie wizaD wodorowych
n� Wizania wodorowe mog stosunkowo szybko
powstawa i zanika, co ma szczeg�lne znaczenie
w reakcjach biochemicznych.
Struktura i wBa[ciwo[ci fizyczne wody
n� Rola wody:
n� ok. 60%skBadu protoplazmy,
n� rozpuszczalnik organiczny,
n� uczestnik reakcji biochemicznych,
n� jako no[nik w transporcie substancji i ciepBa;
n� WBa[ciwo[ci fizyczne wody:
n� wysoka temperatura topnienia i wrzenia,
n� du|e ciepBo topnienia i parowania ,
n� du|e napicie powierzchniowe,
n� anomalna rozszerzalno[ termiczna
n� du|a warto[ przenikalno[ci elektrycznej (sprzyja dysocjacji)
Struktura i wBa[ciwo[ci fizyczne wody
+
+
-
Struktura i wBa[ciwo[ci fizyczne wody
RozkBad przestrzenny Badunku
elektrycznego w czsteczce wody
sprawia, |e jedna czsteczka
mo|e za po[rednictwem wizaD
wodorowych przyBczy dalsze
cztery.
Struktura i wBa[ciwo[ci fizyczne wody
L�d CiekBa woda
n� W lodzie ka|da czsteczka jest poBczona czterema wizaniami
wodorowymi innymi czsteczkami, w ciekBej wodzie ze [rednio 3,4.
Struktura i wBa[ciwo[ci fizyczne wody
Woda w stanie ciekBym zachowuje cz[ wizaD wodorowych, co
wpBywa na jej wBa[ciwo[ci fizyczne (np. wysokie ciepBa przemian
fazowych, du|e napicie powierzchniowe)
Dzikuj za uwag
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
analityka błony i potenc 2012 2013analityka fale 2012 2013analityka ultradz 2012 2013Filozofia religii cwiczenia dokladne notatki z zajec (2012 2013) [od Agi]Podstawy diagnozowania pedagogicznego Pedagogika S 2012 2013Biologiczne podstawy zachowań cz I Psychologia N 2012 2013filozofia religii wykłady 2012 20132 NOWY Aminokwasy I 2012 2013zadania 1 2012 2013info odnośnie różnicy między 2012 a 2013ratunki test lekarskiego 2012 i 2013 SUMPatomorfologia 2012 2013 sem zimowy i letni wykładyCieciuch Metodologia Wykład 2012 2013wejscie 4 grupa 2012 20132012 2013 kolokwium 1Biostatystyka z demografią Ratownictwo Medyczne S 2012 2013KOLOKWIUM POiZwB termin 1 rok 2012 2013więcej podobnych podstron