Site Loader
Posted on 12.03.2023

Содержание

Биология и квантовая механика

Биология и квантовая механика
  

Биология и квантовая механика / Давыдов А. С.— Киев : Наук, думка, 1979.— 296 с.

В монографии дано элементарное изложение основных свойств взаимодействий между атомами и молекулами и их взаимодействий с окружающей водной средой. Приведены краткие сведения о структуре белков и их биологических функциях, структуре ферментов и клеточных мембран. Кратко изложены основные представления о механизме фотосинтеза и передаче нервного импульса. Исследованы элементарные коллективные возбуждения в больших белковых молекулах, играющих важную роль и жизнедеятельности живых организмов. Развиваются представления о солитонах, переносящих энергию возбуждения вдоль белковых молекул. Анализируется устойчивость солитонов, объясняющая малую вероятность перехода их энергии в энергию беспорядочного теплового движения.

Рассмотрены молекулярные механизмы сокращения мышц животных.

Предназначена для специалистов по физике и биологии, а также для преподавателей, аспирантов и студентов соответствующих факультетов.



Оглавление

ПРЕДИСЛОВИЕ
ГЛАВА I. СВЯЗЬ БИОЛОГИИ И ФИЗИКИ
§ 2. Возможность описания биологических явлений на молекулярном уровне
ГЛАВА II. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АТОМОВ В МОЛЕКУЛАХ И МОЛЕКУЛ МЕЖДУ СОБОЙ
§ 4. Электронное строение основных атомов биомолекул
§ 5. Взаимодействие между атомами
Направленные валентности атомов.
Кратные связи между атомами.
5.2. Неполная локализация химических связей
§ 6. Взаимодействие между молекулами
6.2. Водородные связи между молекулами
§ 7. Взаимодействие ионов и молекул с водой
7.2. Гидрофобные и гидрофильные взаимодействия
ГЛАВА III. БЕЛКИ И ИХ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ
§ 8. Структура белков
8.2. Первичная структура белков
8.3. Вторичная и более высокого порядка структуры белковых молекул
§ 9. Некоторые биологические функции белков
9.2. Биокатализаторы — ферменты
9.3. Аллостерические ферменты. Кооперативность
9.4. Контроль биохимических реакций
§ 10. Ферменты с известной пространственной структурой
10.2. Семейство ферментов, расщепляющих белки
ГЛАВА IV. КЛЕТОЧНЫЕ МЕМБРАНЫ
11.1. Узнавание клетками друг друга
§ 12. Состав и структура клеточных мембран
12.1. Внутренние мембранные белки
12.2. Динамические модели клеточных мембран
12.3. Кооперативные явления в мембранах
§ 13. Пассивный транспорт ионов и молекул через мембраны
13.1. Транспорт молекул и ионов через мембраны, разделяющие электролиты
13.2. Пассивный транспорт при участии переносчиков
13.3. Молекулярный механизм мембранной активности валиномицина
13.4. Трансмембранная разность потенциалов
§ 14. Принудительный транспорт молекул и ионов через биологические мембраны
14.2. Энергетизованное состояние мембраны
14.3. Окислительное фосфорилирование
14. 4. Активный транспорт в мембранах бактерий
ГЛАВА V. БИОЭНЕРГЕТИКА
15.1. Молекула АТФ как универсальный аккумулятор энергии в клетке
§ 16. Митохондрии — энергетические фабрики клеток
16.1. Цепь электронного транспорта в митохондриях
16.2. Гипотезы о механизме фосфорилирования во внутренних мембранах митохондрий
16.3. Хемиосмотическая гипотеза о сопряжении процессов дыхания и фосфорилирования
§ 17. Механизм фотосинтеза
17.1. Хлорофилл и другие светочувствительные пигменты
17.2. Фотосинтезирующие центры в хлоропластах
17.3. Фотосинтезирующие системы бактерий и синезеленых водорослей
17.4. Две фотосинтезирующие системы у растений
17.5. Механизм сопряжения реакций разделения электрических зарядов квантами света и фотофосфорилирования
17.6. Темновая фаза фотосинтеза
17.7. Фотосинтезирующий механизм без молекул хлорофилла
§ 18. Передача нервного импупьса
18.1. Немиелинизированные нервные волокна
18.2. Потенциал действия
18. 3. Уравнения Ходжкина — Хаксли
18.4. Распространение импульсов по нервным волокнам
18.5. Синаптическая передача
18.6. Нервно-мышечные синапсы
ГЛАВА VI. МОЛЕКУЛЯРНЫЙ МЕХАНИЗМ МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ
19.1. Саркоплазматическая сеть поперечнополосатых мышц
19.2. Микроструктура миофибрилл
19.3. Биохимия процесса мышечного сокращения
§ 20. Современные представления о механизме сокращения мышц
20.2. Феноменологические теории механизма сокращения поперечнополосатых мышц
20.3. Молекулярная теория мышечного сокращения
§ 21. Сократительные системы нескелетных мышц
21.2. Асинхронные мышцы насекомых
21.3. Движение с помощью ресничек и жгутиков
21.4. Специализированные мышечные клетки
ГЛАВА VII. МИГРАЦИЯ ЭНЕРГИИ И ЭЛЕКТРОНОВ В БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
§ 22. Миграция энергии в одномерных молекулярных системах
22.2. Солитоны в упорядоченных одномерных молекулярных структурах
22.3. Сравнение свойств солитонов и экситонов
22.4. Солитоны в а-спиральных белковых молекулах
§ 23. Транспорт электронов в биологических системах
23.1. Туннельный перенос электронов
23.2. Роль белков в процессе электронного транспорта на большие расстояния
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Понятие о водородной связи — Химия. 9 класс. Григорович

Химия. 9 класс. Григорович

Вспомните: как образуется ковалентная связь.

Понятие о водородной связи

Благодаря полярности и электронному строению молекул воды между ними образуется особый тип химической связи — водородная связь. В отличие от уже известных вам типов химической связи, водородная связь является межмолекулярной, то есть образуется между молекулами.

Вспомним электронное строение молекулы воды, которое мы рассматривали еще в 8 классе: при образовании молекулы воды между атомами Оксигена и Гидрогена возникают две общие электронные пары, определяющие ковалентную связь в молекуле воды. При этом у атома Оксигена еще остаются две неподеленные электронные пары:

Эти электронные пары образуют повышенную электронную плотность вокруг атома Оксигена и позволяют ему взаимодействовать с другими частицами (ионами или молекулами), у которых «дефицит» электронной плотности.

В молекуле воды связь между атомом Гидрогена и Оксигена очень полярная, то есть общие электронные пары значительно смещены в сторону атома Оксигена. Благодаря этому на атомах Гидрогена появляется «дефицит» электронов и возникает некоторый частичный положительный заряд.

Значит, между атомом Оксигена одной молекулы воды и атомом Гидрогена другой молекулы возникает дополнительное взаимодействие:

Такое взаимодействие называют водородной связью и обозначают рядом точек (рис. 5.1). Эта связь не так сильна, как ковалентная, но ее достаточно, чтобы удерживать молекулы воды вместе.

Рис. 5.1. Атомы Гидрогена и Оксигена в молекуле воды образуют водородные связи с соседними молекулами

• Водородная связь — это взаимодействие атома Гидрогена, соединенного с электроотрицательным атомом (Оксигена, Нитрогена или Флуора), одной молекулы со значительно более электроотрицательным атомом другой молекулы.

Влияние водородной связи на физические свойства веществ

В воде атом Оксигена благодаря двум неподеленным электронным парам образует связи с атомами Гидрогена двух соседних молекул воды.

В свою очередь атомы Гидрогена этой молекулы образуют связи с атомами Оксигена других молекул воды (рис. 5.2). Таким образом каждая молекула воды может образовать по четыре водородные связи с другими молекулами воды. Это обусловливает специфические свойства воды: в твердом состоянии плотность льда меньше по сравнению с жидкой водой, поэтому при замерзании вода расширяется (рис. 5.3).

Рис. 5.2. Кристаллические решетки твердой воды: каждая молекула образует по четыре водородные связи с соседними молекулами

Рис. 5.3. В жидкой воде молекулы расположены неупорядоченно и близко друг к другу; во льду молекулы расположены упорядоченно и на большем расстоянии, поэтому лед легче воды (а). При замерзании вода расширяется, в результате чего закрытая стеклянная бутылка, полная воды, в морозилке лопается (б)

Благодаря дополнительному связыванию молекул водородными связями вода обладает аномальными физическими свойствами. Так, молекулярные вещества с небольшими молекулярными массами имеют низкие температуры кипения и плавления. Но благодаря водородным связям у воды аномально высокая температура кипения (Mr = 18, tкип. = +100 °С) по сравнению, например, с кислородом (M

r = 32, tкип. = -183 °С), гидроген сульфидом (Mr = 34, tкип. = -60,8 °С), гидроген йодидом (Mr = 128, tкип. = -35,4 °С). Среди этих веществ у воды молекулы самые легкие, а температура кипения — самая высокая, поскольку на разрушение дополнительного взаимодействия нужно больше энергии (дополнительный нагрев). Наличие водородных связей обусловливает большое поверхностное натяжение воды, благодаря чему многие насекомые способны перемещаться по воде.

Возможностью образования водородных связей с молекулами других веществ, которые также способны образовывать такие связи, объясняется хорошая растворимость многих веществ в воде: спирта, сахара, ацетона, уксусной кислоты и др.

Наличие дополнительного связывания молекул водородными связями также приводит к аномально высокой теплоемкости воды: чтобы ускорить тепловое движение, молекулам необходимо значительно больше теплоты. Такая особенность воды имеет большое значение для формирования климата Земли. Вблизи морей и океанов климат мягче, чем в центре континентов.

Водородную связь могут образовывать не только молекулы воды, но и молекулы других веществ: неорганических (гидроген флуорида HF, аммиака NH3 и др.) и органических (этилового спирта, ацетона, уксусной кислоты и др.), что объясняет их хорошую растворимость в воде.

Благодаря водородным связям молекулы белков и нуклеиновых кислот имеют спиральное строение, о чем вы подробнее узнаете на уроках биологии и при изучении органической химии.

Ключевая идея

Водородная связь — особый тип межмолекулярного взаимодействия. Наличие водородных связей обусловливает аномальные физические свойства воды, а также растворимость многих веществ.

Контрольные вопросы

  • 54. Какую связь называют водородной? Благодаря чему она образуется?
  • 55. Как влияет наличие водородной связи на физические свойства воды?
  • 56. Сравните приведенные в тексте параграфа молекулярные массы соединений и их температуры кипения. Какой факт свидетельствует о наличии водородной связи между молекулами воды?
  • 57. Почему возможность образования водородной связи влияет на растворимость веществ, теплоемкость и поверхностное натяжение воды?

Задания для усвоения материала

58*. Используя пластилин или другой материал, изготовьте модели молекул воды и соедините их водородными связями, как показано на рисунке 5.2. По возможности создайте компьютерную модель.

59*. В дополнительных источниках найдите информацию о влиянии водородной связи на физические свойства веществ и ее роль в биологических системах.

ГДЗ к учебнику можно найти тут.

Попередня

Сторінка

Наступна

Сторінка