48
Розділ 3. МОЛЕКУЛЯРНА БIОФIЗИКА
Молекулярна біофізика вивчає фізичну структуру біологічно важливих
молекул, фізичні процеси, що лежать в основі їхнього функці онування,
зв’язок структури і властивостей молекул з їхньою біоло гічною функ-
цією. Об’єктами дослідження молекулярної біофізики є білки і нуклеї-
нові кислоти, що формують основу всього живого.
Молекулярна маса білків і нуклеїнових кислот складає від 10
3
до
10
10
а.о.м. Тому їх називають макромолекулами. Білки і нуклеїнові
кислоти складаються з великого числа однотипних ланок, білки — з
амінокислот, нуклеїнові кислоти — із нуклеотидів.
Всі біологічні макромолекули є динамічними системами. Завдяки
можливості поворотів навколо одиничних зв’язків і великої кількості
ступенів свободи, кожна молекула має величезну кількість конформацій,
однак не усі вони є рівноімовірними через виникаючі невигідні взаємодії
атомів, що накладає обмеження на кількість можливих в даних умовах
конформацій.
Для дослідження макромолекул використовують безліч фізичних
методів: рентгеноструктурний аналіз, ядерноFмагнітний резонанс,
спектрофотометрію, ІЧFспектроскопію та ін. Останнім часом, завдяки
появі потужної обчислювальної техніки, для вивчення структури макро-
молекул широко використовуються машинні методи дослідження, які
дозволяють розрахувати найбільше вигідні в даних умовах конформації,
що відповідають мінімуму потенційної енергії молекули.
§ 14. Види взаємодій у макромолекулах
Зв’язки, що стабілізують біологічні макромолекули, можна умовно
розділити на сильні і слабкі. До сильних взаємодій відносяться ковален-
тні зв’язки, що утворюються при взаємному перекриванні електронних
хмар двох сусідніх атомів. Енергія ковалентних зв’язків складає 200–800
кДж/моль, наприклад, енергія С–СFзв’язку дорів нює 348,6 кДж/моль,
С–NFзв’язку — 336 кДж/моль.
Однак, як ми побачимо далі, макромолекули не являють собою жорс-
тку застиглу структуру. Навпаки, виконання їхньої біологічної функції
неможливе без наявності молекулярної рухливості. Тому, крім сильних
ковалентних зв’язків, макромолекули стабілізовані і взаємодіють одні
з одними або з надмолекулярними структурами (наприклад, із мем-
бранами) і за допомогою слабких зв’язків, до яких відносяться іонні,