Лако-красочные материалы — производство

В. А. Букин, А. П. Сарвазян, Д. П. Харакоз

(Институт биофизики АН СССР, Пущине)

Вода — основной молекулярный компонент биологических систем. Водное окружение определяет структуру и функциони­рование биополимеров. Уменьшение количества воды в биоло­гических системах ниже какого-то предела приводит к останов­ке биологических процессов. Поэтому взаимодействие биологи­ческих соединений с водой — гидратация — уже давно являет­ся предметом широких исследований [138—140].

Различными физическими методами выявлены разные типы взаимодействия воды с биополимерами. Прямые структурные методы—нейтронное рассеяние и рентгеноструктурный анализ— показали, что в кристаллах ДНК и белков некоторое количе­ство воды жестко связано с биополимером. Например, методом рентгеноструктурного анализа рубредоксина с разрешением 0,12 нм было обнаружено 127 молекул воды, локализованных на его поверхности [141]. На порядок большие количества воды, взаимодействующей с биополимерами, определяются с помощью диэлькометрии, измерения изотерм адсорбции, гидродинамических методов, с помощью измерения незамерза­ющей воды методами ЯМР и калориметрии [138].

Различия в физической природе исследованных характерис­тик воды, взаимодействующей с биологическими молекулами, делают затруднительным, а иногда и невозможным, сравни­тельный анализ результатов, полученных разными методами и в разных условиях, поскольку не всегда ясно, одну ли и ту же воду регистрируют разные методы.

Молекулы аминокислот, белков, нуклеиновых кислот и дру­гих биологических соединений составлены из атомных группи­ровок, резко различающихся по характеру взаимодействия с молекулами воды в растворе: они содержат полярные груп­пы, образующие водородные связи с водой; заряженные груп­пы, вызывающие сильное электрострикдионное сжатие воды в своей гидратной оболочке; гидрофобные группы, влияние которых на многие характеристики воды качественно отлича­ется от влияния полярных и заряженных групп. Поэтому гид — ратная оболочка биополимеров гетерогенна и такой получив­ший широкое распространение интегральный параметр, как «число гидратации», явно недостаточен. Для описания гидрата­ции необходимы количественные данные об изменениях физиче­ских характеристик гидратной воды и о размерах области во­круг отдельных атомных групп молекулы, охваченной этими изменениями.

Здесь будут рассмотрены результаты исследования гидра­тации биологических молекул в разбавленных водных раство­рах, т. е. в условиях, в которых отсутствует взаимодействие между молекулами растворенного вещества. Обсуждение экс­периментального материала будет сосредоточено на следующих основных вопросах.

1. На каких расстояниях проявляется влияние молекул рас­творенного вещества и их отдельных атомных групп на физи­ческие свойства воды?

2. Каковы свойства воды около заряженных, полярных и гидрофобных атомных групп биологических соединений и чем они отличаются от свойств чистой воды?

3. Существуют ли принципиальные различия в гидратации биополимеров и гидратации отдельных низкомолекулярных соединений, из которых они состоят?

При обсуждении экспериментальных данных, обосновываю­щих ту или иную закономерность, мы в первую очередь будем опираться на результаты, полученные акустическим [142] и денситометрическим методами, поскольку, с одной стороны, именно эти методы дали наибольшее количество эксперимен­тального материала, а с другой — эти методы наиболее близки авторам по роду их занятий.