Строение воды. Водородные связи воды

Вода является растворителем и обладает уникальными свойствами, определяющими ее идеальную пригодность для той биологической роли, которую она выполняет. Все процессы в системе LADMER осуществляются в водной среде, поэтому структура воды в жидком состоянии является для нее определяющей.

Достойны упоминания и другие свойства воды, такие, как высокое поверхностное натяжение, низкая вязкость, относительно высокие температуры плавления и кипения и более высокая плотность в жидком состоянии, чем в твердом.

Эти важные свойства воды крайне существенны для биологических процессов, в то же время благодаря им создаются трудности при попытке количественного расчета термодинамических характеристик водных систем в жидком состоянии. Отсутствие удовлетворительного общего уравнения для жидкого состояния также осложняет ситуацию. Если для газов выведено несколько рабочих уравнений состояния (уравнение идеального газа, уравнение Ван-дер-Ваальса для реальных газов и т. д.), то для жидкостей аналогичных обобщений не существует.

Развитие этих идей привело к гипотезе о структуре, насыщенной водородными связями и богатой областями, содержащими упорядоченно уложенные цепи связанных друг с другом молекул воды и напоминающими структуру льда.

строение воды

Структура льда при обычных давлениях — хорошая отправная точка, с которой можно начать рассмотрение жидкой воды. Молекулы воды во льду связаны друг с другом водородными связями и образуют тетраэдры. Кристаллическая решетка льда похожа на решетку тридимитной формы Si02, для которой тоже характерно тетраэдрическое положение атомов.

Из шести внешних электронов атома кислорода воды лишь два образуют электронные пары с двумя атомами водорода. Ядро атома кислорода сильно притягивает остальные четыре электрона, так что атомы водорода оказываются электроположительными. Центры отрицательного заряда, т. е. области с наибольшей концентрацией электронов, располагаются в стороне от О—Н связей. Точная геометрия этой системы такова, что если атом кислорода помещается в центре тетраэдра, а два атома водорода занимают две вершины этого тетраэдра, то центры отрицательного заряда смещены в направлении двух других вершин. Таким образом, вода это не только электрически полярная молекула, но и структура в которой два центра положительного и два центра отрицательного заряда образуют конфигурацию тетраэдра.

В жидком состоянии молекулы воды оказывают друг на друга ориентирующее влияние за счет того, что центры отрицательного заряда притягивают центры положительного заряда, и наоборот. Каждая молекула воды притягивает четыре другие молекулы, которые стремятся расположиться вокруг нее так, чтобы образовать тетраэдр. В жидкой воде такая «тетраэдрическая» фаза находится в состоянии динамического равновесия: скопления ориентированной, «кристаллической» воды перемежаются с более случайно, хаотически распределенными молекулами. При замерзании, однако, упорядочивается вся структура воды.

Спектральные методы анализа свидетельствуют о том, что жидкая вода находится в агрегатном состоянии, т. е. скопление молекул, объединенных водородными связями.
Подводя итог усилиям, предпринимавшимся в течение десятков лет в этом направлении, можно сказать, что все эти модели обладали своими достоинствами и оказались в какой-то мере полезными. По мнению авторов, холодная вода построена в основном из структурных элементов, стабилизированных за счет водородных связей, с координационным числом четыре и отдельных молекул, заполняющих полости в промежутках между структурными элементами. Точная геометрия решетки неизвестна, однако имеются основания считать, что при низких температурах структура является регулярной, но по мере нагревания воды ее регулярность исчезает. На рисунке схематически изображена одна из моделей структуры воды, которая была предложена Фрэнком и Уэном.

- Читать далее "Комплементарность связывания лекарств. Связывание лекарств в организме"

Оглавление темы "Структура белков в организме":
1. Термодинамика фармакологии. Классическая термодинамика
2. Термохимия. Второй закон термодинамики в фармации
3. Термодинамическое равновесие. Критерии равновесия в фармации
4. Строение воды. Водородные связи воды
5. Комплементарность связывания лекарств. Связывание лекарств в организме
6. Гидрофобность лекарств. Мембранные белки и лекарства
7. Вторичная структура белков. Организация полипептидной цепи
8. Третичная и четвертичная структура белков. Ион-индуцированный диполь и диполь-индуцированный диполь
9. Стереоспецифичность связывания лигандов. Пространственная конфигурация заместителей
10. Конформация белков в организме. Конформация лиганд в фармакологии

Ждем ваших вопросов и рекомендаций: