Биофизическая химия. Том 2 - Кантон Ч.
Скачать (прямая ссылка):
(10.34) и (10.19а) дают значение NAnN. В случае неправильной формы
макромолекулы ее аппроксимация эллипсоидом вращения становится
неправомерной,и тогда необходимо применять уравнение (10.34).
Все эти результаты приведены для предельного случая непротекаемой
структуры макромолекулы, что соответствует максимальному
гидродинамическому взаимодействию
(10.34)
РАЗМЕР И ФОРМА МАКРОМОЛЕКУЛ
205
между сегментами полимера. В противоположном предельном случае свободного
протекания предполагается отсутствие гидродинамического взаимодействия,
т.е. предполагается, что каждый сегмент полимера взаимодействует с
невозмущенной жидкостью. Это может быть справедливым для полимера с
пространственно разделенными субъединицами, которые скреплены звеньями,
не обладающими трением. В этом случае тензор Озеена равен нулю, уравнение
(10.34) неприменимо и коэффициент трения полимера просто равен Nfm. При
компактном расположении сегментов, как это имеет место у олигомерных
белков, субъединицы настолько плотно упакованы, что нет сомнений в том,
что такая глобула сходна с непротекаемой частицей, непроницаемой для
растворителя. Не столь очевиден выбор условия для таких рыхлых структур,
как статистический клубок. В данном случае следует рассчитать количество
растворителя, находящегося внутри клубка и движущегося вместе с ним, и
количество растворителя, свободно проходящего через клубок. Необходимо
также рассчитать предполагаемое пространственное распределение сегментов
полимера. Уравнение (10.34) позволяет получить выражение для коэффициента
трения полимера, о котором известно, что он имеет статистическое
распределение сегментов клубка. Результаты таких расчетов приведены в гл.
19.
Важно отметить, что гидродинамическое взаимодействие, описываемое
уравнением
(10.28), не ограничивается взаимодействием сегментов одной и той же
молекулы полимера. Такие же взаимодействия возникают между разными
молекулами в концентрированных растворах. Однако возникающие при этом
эффекты носят очень сложный характер, поэтому исследование
гидродинамических свойств лучше всего вести в как можно более
разбавленных растворах. На практике параметры, характеризующие трение
макромолекулы в растворе, определяются для бесконечно разбавленного
раствора. Для этого зависимость того или иного параметра от концентрации
макромолекул экстраполируется к условиям бесконечного разбавления.
10.3. Диффузия макромолекул
Теперь перейдем от вопросов теории гидродинамических свойств отдельных
молекул к рассмотрению некоторых экспериментальных методов, с помощью
которых изучают гидродинамику растворов макромолекул. При применении
каждого из этих методов возникает ряд проблем. Необходимо связать
экспериментально полученные параметры раствора как целого с движением
отдельных невидимых молекул, а также учесть влияние любой гетерогенности
макромолекул на усредненные свойства всей системы. При этом не следует
забывать о межмолекулярных взаимодействиях, возникающих при достаточно
высоких концентрациях растворов.
Для книг такого рода, как наша, стало традицией начинать изложение
гидродинамических методов с описания диффузии, и не потому, что изучение
диффузии является мощным или часто применяемым методом. В
действительности измерения диффузии макромолекул в растворе очень трудны.
Более того, экспериментальные данные по диффузии не дают сведений о форме
макромолекулы или молекулярной массе, если одна из этих величин не
определена заранее. Тем не менее в общем среди гидродинамических методов
метод диффузии является самым простым, и в отличие от других методов в
нем пользуются уравнениями, решения которых имеют удобный аналитический
вид. В последние годы как весьма перспективный способ быстрого и точного
исследования диффузии развивается метод неупругого светорассеяния. Этот
метод, который, возможно, вновь возродит интерес к изучению диффузии,
кратко обсуждается в гл. 14. Более детально с ним можно ознакомиться в
книге Берна и Пекоры (Berne, Ресога, 1975).
206
ГЛАВА 10
ПЕРЕНОС МАССЫ КАК ПОТОК ВЕЩЕСТВА
При изучении диффузии и других процессов переноса, таких, как
седиментация и электрофорез, исследуют перемещение вещества в целом.
Наиболее простая, представляющая интерес с биологической точки зрения
система должна состоять из двух компонентов. Это растворитель (компонент
1), которым обычно является вода, и находящиеся в нем макромолекулы
растворенного вещества (компонент 2). Большинство экспериментов
проводится в замкнутой системе. Поэтому любое перемещение растворенного
вещества в системе должно компенсироваться соответствующим перемещением
растворителя. Поскольку такого рода изменения в системе взаимосвязаны,
практически достаточно рассмотреть движение лишь растворенного вещества.
Когда имеют дело с разбавленными растворами, поведением растворителя
можно пренебречь. Однако это не всегда справедливо для растворов высокой
концентрации. Вообще говоря, предполагается, что молекулярная масса
