Mitai apie gyvalazdes - Vilniaus universitetas
Mitai apie gyvalazdes - Vilniaus universitetas
Mitai apie gyvalazdes - Vilniaus universitetas
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
anogenai<br />
lekuliø atomø krûviø sàveikø pagal Kulono<br />
dësná, ir skystyje molekulës pasisuka taip,<br />
kad tarp jø bûtø didþiausia trauka.<br />
Poliniame skystyje, pavyzdþiui, vandenyje,<br />
jo molekulës irgi pasisuka taip, kad jø<br />
sàveika su iðtirpusia molekule bûtø didþiausia<br />
trauka, kai prie teigiamø krûviø skysèio<br />
molekulë stengiasi pasisukti neigiamu poliumi<br />
ir prie neigiamø krûviø – teigiamu poliumi.<br />
Molekulæ supanèio skysèio poliniø<br />
molekuliø orientacija apibûdinama dielektrine<br />
skvarba. Kuo stipresnë skysèio molekuliø<br />
orientacija ir didesnë skysèio dielektrinë<br />
skvarba, tuo labiau skysèio molekulës<br />
ekranuoja molekuliø krûvius ir silpnina<br />
elektrostatinæ sàveikà tarp molekuliø. Didëjant<br />
atstumui tarp sàveikaujanèiø molekuliø,<br />
vis daugiau skysèio molekuliø ekranuoja<br />
jø krûvius ir elektrostatinë sàveika tarp jø<br />
darosi vis silpnesnë.<br />
Vandens dielektrinë skvarba yra viena<br />
didþiausiø, todël elektrostatinës sàveikos<br />
tarp molekuliø vandenyje labai priklauso<br />
nuo atstumo tarp krûviø. Kai krûviai susilieèia,<br />
dielektrinë skvarba yra artima dviem,<br />
o kai atstumas tarp krûviø yra didesnis nei<br />
2 nm (2x10 –9 m), ji iðauga <strong>apie</strong> keturiasdeðimt<br />
kartø ir tiek pat kartø sumaþëja sàveika<br />
tarp krûviø. Todël vandenyje elektrostatinës<br />
sàveikos maþëja labai staigiai ir sàveikos<br />
tarp atomø krûviø ar jonø yra svarbios<br />
tik kai jie susilieèia ar beveik susilieèia.<br />
Vandenilinës jungtys<br />
Gyvybei labai svarbus specifinis elektrostatiniø<br />
sàveikø atvejis – vandenilinës<br />
jungtys, kurios susidaro, kai tarp neigiamus<br />
krûvius turinèiø deguonies ar azoto atomø<br />
yra ásiterpæs ir prie vieno ið jø prisijungæs<br />
teigiamà krûvá turintis vandenilio atomas.<br />
Taip susidaro trijø krûviø tiltelis, kai kraðtuose<br />
yra neigiami deguonies ar azoto atomai<br />
ir tarp jø yra teigiamas vandenilio atomas<br />
(1 pav.). Ásiterpæs tarp neigiamø krûviø<br />
teigiamas krûvis juos traukia daug stipriau,<br />
nei neigiami krûviai vienas kità stumia, ir tai<br />
sàlygoja vandenilinës jungties susidarymà.<br />
1 pav. Vandenilinës jungties trijø krûviø<br />
tiltelis<br />
Vandenilinës jungties stiprumas daugiausia<br />
priklauso nuo elektrostatiniø sàveikø<br />
tarp krûviø δ , δ’ , δ”, ir jos stipriausios,<br />
kai kraðtiniai atomai turi didþiausius neigiamus<br />
krûvius. Tokie kraðtiniai atomai yra paskutiniai<br />
antrojo periodo atomai azotas ir deguonis<br />
(neskaitant floro ir kitø halogenø, kurie<br />
daþniau pasireiðkia kaip neigiami jonai).<br />
Ðiø atomø sudaromos vandenilinës jungtys<br />
yra daug stipresnës (iki keliø kartø) uþ<br />
dispersines Londono sàveikas tarp tø paèiø<br />
ar kitø atomø.<br />
Taèiau vandenilinei jungèiai susidaryti<br />
labai svarbi yra Y atomo, deguonies ar azoto,<br />
„nepadalintos elektronø poros“ valentinë<br />
hibridinë orbitalë, turinti du elektronus ir<br />
nukreipta link tiesës, kurioje yra X – H atomai.<br />
Ði elektronø pora dar priartina Y atomo<br />
neigiamà krûvá prie teigiamà krûvá turinèio<br />
vandenilio atomo ir taip prie elektrostatiniø<br />
sàveikø tarp krûviø δ , δ’ , δ” dar prisideda<br />
papildoma trauka ir padidëja vandenilinës<br />
jungties stiprumas. Kartu vandenilinës<br />
jungties orientacija tampa priklausoma<br />
nuo nepadalintos elektronø poros valentinës<br />
orbitalës krypties ir todël vandenilinës<br />
jungtys yra kryptingos.<br />
Tuo tarpu treèiojo periodo fosforo ir sieros<br />
atomø sudaromos jungtys su vandenilio<br />
ir kitais atomais (P – H, S – H, …) yra<br />
silpnai polinës, tad jø vandenilinës jungtys<br />
yra silpnos ir praktiðkai beveik nesusidaro.<br />
Kitø atomø sudaromø jungèiø su vandeniliu<br />
poliškumas yra daug maþesnis nei deguonies<br />
ar azoto atomø, o daþnai ir prieðingas,<br />
ir vandenilinës jungtys nesusidaro.<br />
Dël elektrostatiniø sàveikø reikðmës vandeniliniø<br />
jungèiø nesudaro nepolinës cheminës<br />
jungtys –C–H, kurios yra vienos gausiausiø<br />
biologinëse maþose ir makromolekulëse.<br />
Vandenilinëms jungtims bûdinga savybë,<br />
skirianti jas nuo kitø tarpmolekuliniø sàveikø,<br />
yra pastovûs atstumai tarp kraðtiniø<br />
X ir Y atomø, bûdingi kiekvienai deguonies<br />
ir/ar azoto atomø porai. Ðie atstumai maþesni<br />
nei yra tarp ðiø atomø, kai jie susilieèia<br />
savo pavirðiais nesudarydami vandenilinës<br />
jungties.<br />
Nors visos pagrindinës tarpmolekulinës<br />
sàveikos yra svarbios gyvybei, bet iðskirtinai<br />
svarbios yra vandenilinës jungtys. Kai<br />
pokario metais pradëjo plëtotis molekulinë<br />
genetika ir ypaè kai paaiðkëjo vandeniliniø<br />
jungèiø reikðmë DNR dvigubos spiralës ir<br />
baltymø α ir β struktûrø susidarymui, buvo<br />
kalbama <strong>apie</strong> „vandeniliniø jungèiø amþiø“<br />
molekulinëje biologijoje. Vëliau prasidëjo<br />
„epocha“ „hidrofobiniø sàveikø“ (tiksliau,<br />
„netirpumo“ vandenyje), kurios irgi priklauso<br />
nuo vandeniliniø jungèiø tarp vandens<br />
molekuliø (þr. anksèiau minëtà straipsnelá<br />
„Vanduo – gyvybës statybininkas…O gal<br />
montuotojas“).<br />
Tarpmolekuliniø sàveikø<br />
sumavimasis: struktûrinis atitikimas<br />
ir molekuliø atpaþinimas<br />
Svarbi tarpmolekuliniø sàveikø savybë<br />
yra jø proporcingumas molekuliø dydþiui,<br />
kuris atsiranda dël jø atskirø daliø sàveikø<br />
sumavimosi-adityvumo. Elektrostatinës sàveikos<br />
tarp atomø krûviø sumuojasi, nes tai<br />
yra sàveikos tarp atskirø atomø krûviø. Vandenilinës<br />
jungtys taip pat yra elektrostatinës<br />
sàveikos tarp atskirø atomø trejetø, yra viena<br />
nuo kitos nepriklausomos ir vandeniliniø<br />
jungèiø sàveikos susideda. Londono-dispersinës<br />
sàveikos tarp atskirø molekulës daliø<br />
irgi susideda, nes dël judëjimo chaotiðkumo<br />
elektronai didelës molekulës atskirose<br />
dalyse gali nepriklausomai susiburti.<br />
Ðiø sàveikø sumavimàsi-adityvumà didëjant<br />
molekulëms aiðkiai rodo angliavandeniliniø<br />
(anglies ir vandenilio junginiø) medþiagø<br />
bûvio kitimas priklausomai nuo jas<br />
sudaranèiø molekuliø dydþio, kadangi jos<br />
yra nepolinës ir sàveikauja tik Londono-dispersinëmis<br />
sàveikomis. Ið maþø angliavandeniliniø<br />
molekuliø, metano, etano, … sudarytos<br />
gamtinës dujos áprastinëje temperatûroje<br />
yra dujos, tuo tarpu stambesniø<br />
molekuliø benzinas ar oktanas yra skysti,<br />
o klampi nafta yra sudaryta ið dar stambesniø<br />
molekuliø.<br />
Kadangi visos ðios tarpmolekulinës sàveikos<br />
sumuojasi, tai galima manyti, kad sàveikos<br />
tarp molekuliø susideda ið sàveikø<br />
tarp jø atomø, atskirai iðskiriant vandenilines<br />
jungtis. Iš to išplaukia, kad sàveikos tarp molekuliø<br />
koreliuoja su jø atomø skaièiumi ir<br />
didëja didëjant atomø skaièiui molekulëse.<br />
Kaip matëme, elektrostatinës ir dispersinës-Londono<br />
sàveikos priklauso nuo atstumo<br />
ir staigiai maþëja didëjant atstumui<br />
tarp atomø, todël ðios sàveikos yra didþiausios,<br />
kai atomai susilieèia, o vandenilinëse<br />
jungtyse atstumai tarp abiejø kraðtiniø atomø<br />
yra maþi ir pastovûs. Todël tarpmolekulinës<br />
sàveikos yra tuo stipresnës, kuo didesniu<br />
plotu ir kuo didesniu skaièiumi atomø<br />
molekulës susilieèia. Pavyzdþiui, DNR<br />
molekulës dvigubos spiralës þymus papildomas<br />
stabilizavimas gaunamas susilieèiant<br />
jos plokðèioms azotinëms bazëms.<br />
Kai dvi molekulës turi nelygius pavirðius,<br />
kuriuose susilieèia po keliolika ir daugiau<br />
abiejø molekuliø atomø porø, susisumavusios<br />
tokiø molekuliø ir/ar makromolekuliø<br />
sàveikos tampa iðskirtinai stiprios ir ðios<br />
molekulës sudaro stabilø, gana ilgà laikà<br />
iðsilaikantá kompleksà. Tokio komplementaraus<br />
molekuliø pavirðiø papildymo ir atitikimo,<br />
dar vadinamo struktûriniu atitikimu,<br />
nulemta iðskirtinai stipri sàveika ir stabilaus<br />
Mokslas ir gyvenimas 2011 Nr. 7 29