Молекулярная биология гена - Уотсон Дж.
Скачать (прямая ссылка):
Планарная лмплная группа
ных связей сопряжено с рядом ограничений Ковалентно связанный атом водорода обычно участвует в образовании лишь одной водородной связи, а атом кислорода редко образует болео дву* водородных связей.
Угол между дв^мя связями, в которых участвует один и тог же атом, называется углом связи Величина угла между двумя определенными ковалентными связями приблизительно постоянна- Если, напрнмер. атом углерода имеет четыре ординарные связи, то они направлены к вершине тетраэдра (угол связи — 109°). Б противоположность этому углы между слабыми связями довольно сильно варьируют.
Связи различаются также по допускаемой ими степени свободы «ращения. Ординарная ьовалентная связь дон$скаст свободное врашдиис связанных атомов (рис 4-1), а двойные и тройные связи являются совершенно жесткими. Например, карбонил (С=0) и иминогруппа N—Н пен тидиой связи расположены в одной плоскости (рис 4-2), так как пептидная связь имеет частичтто характер двойной связи Более слабые ионные связи имеют совершенно иной характер. Они не накладывают никаких ограничений иа ориеитациго связанных атомов.
ХИМИЧЕСКИЕ СВЯЗИ ОБЪЯСНИМЫ НА ОСНОВЕ ЗАКОНОВ КВАНТОВОЙ механики
До создания в 20-х годах квантовой теории атома (квантовой механики) природа прочных и слабых связей оставалась для химиков 3ai адкой. С появлением квантовой теории химики получили возможность подвести прочную теоретическую основу под различные ранее сформулированные эмпирические законы. Стало ясно, что все химические связи, Как слабые, так и прочные, основаны на электростатических снлах Квантово.мex.auи-ческое истолкование было дано не только для ковалентной связи (обобществление электронов), по также и дли слабых связей.
ОБРАЗОВАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ СОПРОВОЖДАЕТСЯ ИЗМЕНЕНИЕМ ФОРМ ЭНЕРГИИ
Спонтанное образование связи между двумя атомами всегда сопровождается освобождением некоторого количества внутренней энергии атомов и ее переходом в другую форму энергии. Чем прочнее связь, тем бочьшее количество энергии выделяется при ее образовании. Таким образом, реакция связывания между двумя атомами А и В описывается выражением
А 4- В АВ+Энергия, (4-1)
где А В — полученное соединение.
Скорость реакции пропорциональна частоте столкновений между атомами А и В. Единицей для измерения энергии чаще всего служит калория — количество энергии, которое необходимо для того, чтобы nai реть
1 г воды от 14,5 до 15,5° С. Изменение энергии в химических реакциях выражают по большей части в килокалориях на моль, так как изменение эиерхии в пересчете иа моль химических связей составляет ветчину порядка нескольких тысяч калорий
Химические связи ие вечны — существуют силы, способные их разрушать- Важнейшим источником этих сил является тепловая энергия. Столкновения с быстро движущимися молекулами или атомами могут разрушать химические связи В момепт соударения некоторая часть кинетической анергии движущейся молвьулы передается атомам другой молекулы Чем быстрее движется молекула (т е чем выше температуря), тем больше вероятность разрыва связи при столкновении. Следовательно,
с повышением температуры стабильность данного вещества снижается. Разрыв связи описывается выражением
АВ 4- Энергия -J-A+B. (4-2)
Количество эпергии, необходимое для разрыва какой-нибудь связи, всегда равно тому количеству, которое выделяется ири ее образовании. Это равенство следует из первого закона термодинамики, согласно которому энергия не создается и не исчезает (исключение составляет взаимопревращение массы и энергии)
РАВНОВЕСИЕ МЕЖДУ ОБРАЗОВАНИЕМ И РАЗРЫВОМ СВЯЗЕЙ
Из сказанного выше следует что каждая связь является результатом действия двух противоположных сил — образующих связь (электростатические взаимодействия) и разрушающих связь При достижении равновесия в замкнутой системе в каждый момент времени число вновь образованных связей точно равно числу разрушенных. Согласно закону действия масс, процесс описывается выражением
j’_____ГАВ] .,
еЧ~ ]а) > [ВГ {?~6>
где Кмд — константа равновесия, [А], 1В] и IABI — концентрация молекул А, В и А В в моль Ал Независимо от того, какая смесь молекул имеется в начале реакции (только свободные А и В, только АВ или смесь А, В
и АВ), в состоянии равновесия отношение их концентраций определяется
величиной Kp(t
Ш'ЕДСТЛВЛГ-НИЕ О СВОБОДНОЙ ОПЕРШИ
Когда реакция приближается н равновесию, это всегда сопровождается превращением одних форм анергии в дру!ие Биологу удобнее выражать эти превращения, пользуясь представлением о свободной энергии, заимствованным нз физической хнмин Свободную энергию обозначают символом С1 Мы не станем излагать здесь термодинамическую теорию свободной энергии и ие будем рассматривать вопрос о том. чем эта форма отличается от всех других известных форм энергии Читателю, желающему более подробно ознакомиться с проблемой, следует обратиться к специальному руководству по химической термодинамике- Для наших целей достаточно отметить, что свободная энергия означает энергию, способную производить работу.
