1.3. Методы, используемые в молекулярной биофизике

1.Методы, используемые в физике биомакромолекул для определения их молекулярных масс, размеров и формы — это седиментация в центрифуге (ультрацентрифуге), рассеяние света и рассеяние рентгеновских лучей растворами исследуемых веществ и т.д., методы определения молекулярной массы с помощью вискозиметров или осмометров и т.д.

2.Методы исследования структуры молекул, основанные на взаимодействии вещества со светом, начиная с рентгеновских лучей и кончая радиочастотным излучением. Методы оптики и спектроскопии, включая рентгеноструктурный анализ, гамма-резонансную спектроскопию (эффект Мёсбауэра), электронные и колебательные спектры, т.е. спектры поглощения и люминесценции в ультрафиолетовой и видимой областях, инфракрасные спектры и спектры комбинационного рассеяния. Сюда же относятся спектрополяриметрия, т.е. исследования естественного и магнитного вращения плоскости поляризации света и кругового дихроизма. Ценную информацию дают спектры ЭПР и ЯМР (в ЭПР — метод спиновых меток).

3.Методы калориметрии, применяемые для изучения превращений биомакромолекул.

4.Прямое изучение белков, НК посредством электронной микроскопии.

5.Методы хроматографии (гельхроматография, тонкослойная хроматография и т.д.), электрофорез и др.

6.Электрохимические методы (часто электрофорез относят тоже к ним) такие как полярография, потенциометрическое титрование, электропроводимость и др.

7.Механохимические, реологические методы.

8.Методы теоретического моделирования. Теоретический аппарат молекулярной биофизики — равновесная термодинамика, статистическая механика, квантовая механика, нелинейная физика и др.

Глава 2. Физика макромолекул.

2.1. Элементы стереохимии и поворотно-изомерная теория макромолекул

Общие закономерности, установленные для синтетических макромолекул, имеют фундаментальное значение и для более сложных биополимеров. Синтетические макромолекулы моделируют основную цепь белка или ДНК (РНК). Макромолекула гомополимера не несет информации, не содержит "текста". Её свойства моделируют лишь те свойства биологических макромолекул, которые не зависят от особенностей первичной структуры. Вместе с тем полимерная цепь имеет специфические возможности передачи информации об электронных и конформационных перестройках.

Полимерная цепь характеризуется прежде всего своей конфигурацией – фиксированным расположением химических связей, которое может быть изменено только в результате разрыва связей. Как правило мы говорим о макромолекулах, находящихся в цис-, транс- и гош- (свернутая) конформациях. Так цис- и транс- полиизопрен различаются именно конфигурациями.

Транс-полиизопрен

цис-полиизопрен (каучук)

Полимерные цепи типа- CHR-CH₂- (например, полистирол, в котором R-фенильная группа ) могут существовать во множестве конфигураций. Каждая из групп может располагаться вправо и влево от основной цепи. Если число мономерных звеньев в цепи равно , то число цепей с различными конфигурациями составит 2¹⁰⁰⁰,т.е. больше числа макромолекул в образце полимера. Иными словами, все макромолекулы в таком образце, могут оказаться различными. Тем самым синтетические макромолекулярные вещества не подчиняются основному закону химии - закону постоянства состава и строения. Натт открыл способы получения стереорегулярных полимеров с более определенными конфигурациями мономерных звеньев. Например: