3. В области малых a, В меньше 0 (глобулярная область) размеры глобулы определяются двумя последними членами уравнения R5/Na2 – Rna2 – CN3/R3 =BN2 , а именно – CN3/R3 =BN2 . Таким образом, размер глобулы R3 =-СN/B или R=(С/|В|)1/3N1/3. Объемная доля звеньев внутри глобулы равна Ф=nu=Nu/R3 =|B|/C ~ uu|t|/u2 ~ t. Характерная зависимость Ф от |t| показана на рис.3.10. Таким образом: а) для глобулы R ~ N1/3 , (R~N1/2для идеального клубка и R~N3/5 для клубка с исключенным объемом). б) В глобуле, находящейся далеко от q-точки (|t| ~1), объемная доля мономерных звеньев, как правило, не мала. Это плотная жидкая капля. В) Глобула набухает при приближении к q-точке (и точке перехода клубок-глобула) , поэтому описание перехода в терминах В и С в окрестности точки перехода является оправданным.
4. Переход клубок – глобула экспериментально наблюдается для многих систем. Основная трудность экспериментального наблюдения заключается в возможности межмолекулярной агрегации и образования осадка вместо истинного внутримолекулярного перехода клубок – глобула. Для того, чтобы избежать образования осадка концентрации биополимеров в растворе должны быть очень малыми менее 10-4 г/л.
Биополимеры - кооперативные системы. При рассмотрении свойств макромолекул и, в частности, биополимеров, - а специфичность их свойств связана со структурными (конформа-ционными) изменениями - необходимо учитывать взаимодействие звеньев полимерной цепи, согласованность их движения. В молекулярной физике системы, поведение которых существенно зависит от взаимодействия составляющих их элементов, называют кооперативными; процессы, зависящие от таких взаимодействий, называются кооперативными процессами. Количественная теория макромолекул обязательно должна учитывать взаимосвязь между вращениями вокруг соседних звеньев, т.е. рассматривать макромолекулу как одномерную кооперативную систему. Фазовые переходы - пример наиболее изученных кооперативных процессов. К ним относятся кристаллизация жидкостей и плавление кристаллов, переходы из упорядоченного состояния в неупорядоченное двойных сплавов, например, меди с цинком, переходы ферромагнитных материалов, например, железа, из ферромагнитного состояния в парамагнитное. Располагая общей термодинамической теорией фазовых переходов, физика еще не решила задачи их полного молекулярного описания на основе статистической механики. Нет, например, количественной теории плавления кристаллов. А как тогда быть с полимерами? Ведь их строение гораздо сложнее кристалла. Упрощающим обстоятельством является линейное строение полимерной цепи. В макромолекуле наиболее сильные валентные связи расположены в виде линейной последовательности. В этом смысле полимерная цепь одномерна. В самом же простом кристалле, скажем, поваренной соли, от каждого иона исходит 6 одинаково прочных связей по всем трем направлениям в пространстве, т.е. кристалл трехмерен.
В современной статистической теории макромолекул использована идея, первоначально предложенная для теории ферромагнетизма. В 1925 г. Изинг предложил одномерную модель ферромагнетика, состоящего из последовательности стрелок, обозначающих электрон, которые под действием магнитного поля поворачиваются в определенном направлении. Две соседние параллельные стрелки имеют энергию, отличную от энергии двух соседних антипараллельных стрелок. Такая модель совершенно аналогична модели одномерной цепи (рис.60, Вольк). Очевидно, модель Изинга кооперативна - энергия каждого звена зависит от ориентации соседних звеньев. Одномерная модель Изинга оказалась неадекватной ферромагнетику, специфические свойства которого удается объяснить только на основе трехмерной модели. Напротив, при исследовании кооперативных свойств макромолекул метод расчета, основанный на применении одномерной модели, оказался очень плодотворным. Впервые этот метод был применен к макромолекулам синтетических полимеров, а позже и к молекулам белков и нуклеиновых кислот.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.