Podręczniki:
1. Biofizyka, red. F. Jaroszyk
2. Wybrane zagadnienia z biofizyki,
red. St. Miękisz i A. Hendrich
3. Elementy fizyki, biofizyki i agrofizyki,
St. Przestalski
Oddziaływania
Oddziaływania
międzycząsteczkowe
międzycząsteczkowe
Prof. dr hab. Anna Kostrzewska
Prof. dr hab. Anna Kostrzewska
" siły elektrostatyczne
" siły elektrostatyczne
" wiązania wodorowe
" wiązania wodorowe
" siły Van der Waalsa
" siły Van der Waalsa
" oddziaływania hydrofobowe
" oddziaływania hydrofobowe
Siły elektrostatyczne
r
F F
F F
q1�"q2
F =4Ą1
�� r2
0
�0  przenikalność dielektryczna próżni
r  odległość
�  stała dielektryczna ośrodka
q �"q
1 2
1
q1= q2 = 1C
F =
r2
4Ą��
0
r = 1 m
�0 = 8,85415�10-12C2m-2N-1
W powietrzu
W wodzie
� = 1
� H" 80
q1q2
q q
1 2
F=
F=
4Ą�"80�"� r2
4Ą�0r2
0
F = 9 � F = 0,11�109 N
109 N
Oddziaływanie elektrostatyczne
nie ma określonego kierunku
Oddziaływania
Oddziaływania
międzycząsteczkowe
międzycząsteczkowe
" siły elektrostatyczne
" siły elektrostatyczne
" wiązania wodorowe
" wiązania wodorowe
" siły Van der Waalsa
" siły Van der Waalsa
" oddziaływania hydrofobowe
" oddziaływania hydrofobowe
W atomie istnieją takie orbity, po których poruszające
się elektrony nie promieniują energii.
Kierunek wzrostu
energii orbity
n  główna liczba kwantowa,
n = 1
może przyjmować
jedynie wartości całkowite
n = 2
i dodatnie
n = 3
Każda emisja lub też absorpcja energii promieniowania
odpowiada przejściu elektronu pomiędzy dwoma
orbitami stacjonarnymi. Promieniowanie emitowane w
czasie takiego przejścia jest jednorodne i jego częstość
określona jest wzorem h� = E1-E2, gdzie h - stała
Plancka, E1 i E2 energie układu w obu stanach
stacjonarnych.
h�
Absorpcja fotonu
h�
Emisja fotonu
Stan elektronu w atomie opisują 4 liczby kwantowe:
4 liczby kwantowe
Główna liczba kwantowa  n
n
n = 1, 2, 3, ....,
Orbitalna liczba kwantowa  l
l
l = 0, 1, 2, 3, ...., (n-1)
Magnetyczna liczba kwantowa  m
m
m = -l,& & , 0,...., l
Spinowa liczba kwantowa  s
s
s = -1/2, +1/2
Zasada Pauliego
W atomie, cząsteczce czy większym
kompleksie nie mogą się znajdować dwa
elektrony o takich samych wszystkich
czterech liczbach kwantowych.
Rozkład elektronów na orbitalach
tlen
tlen
wodór
wodór
n = 1
l = 0
l=0 l=0
m = 0
m=0 m=0
l=1
s =+1/2
s=+1/2 s=-1/2
m = 0 m = 1
m =-1
n = 1
K
K
n = 2
L
s=ą1/2 s=+1/2 s=+1/2
Zdolność uzupełniania do trwałej
powłoki przez przyłączenie elektronu
nazywamy elektroujemnością.
Atom o takiej właściwości
to atom elektroujemny.
tlen
z
K
x
L
y
z
z z
x
y
y y
tlen wodór
tlen wodór
O
O
H
H
H
H
Cząsteczka wody
-
-
O
H
H
++
Warunek powstania wiązania wodorowego
Warunek powstania wiązania wodorowego
" atom wodoru jest związany w cząsteczce z
atomem pierwiastka silnie
elektroujemnego
np. tlenem lub azotem
" pomiędzy jądrem wodoru i jakimś innym
atomem elektroujemnym może pojawić się
przyciąganie elektrostatyczne
Przykłady wiązań wodorowych
C
O
O
H
H
O
H
H
Aldehyd salicylowy
O
H
H
C
CH3
CH3
C
Dwie cząsteczki wody
H
O
Dwie cząsteczki kwasu octowego
O
O
O
Uporządkowanie cząsteczek wody
w strukturze lodu
Drugorzędowe struktury białka
Drugorzędowe struktury białka
ą - helix
" = 10.1 �
3.6 reszty aminokwasowej
na 1 skok spirali
Wiązanie wodorowe
5.4 �
O
N
C
N
Drugorzędowe struktury białka
Antyrównoległa struktura � Równoległa struktura �
N C
N
C
N
C
N C
NC
N
C
Wiązanie wodorowe
Zależność siły działającej między
cząsteczkami od odległości między
nimi
F
A
12
r
r
B
-r
6
odpychanie
odpychanie
przyciąganie
przyciąganie
odpychanie przyciąganie
odpychanie przyciąganie
0
Odległość pomiędzy
dwoma atomami
Maksymalna siła przyciągania
0
Odległość pomiędzy
dwoma atomami
Minimalna energia potencjalna
Siła
Energia
potencjalna
Siły Van der Waalsa
Oddziaływania pomiędzy cząsteczkami
obojętnymi elektrycznie o energii (E) równej:
A B
E=r12-r6
odpychanie
odpychanie
przyciąganie
przyciąganie
Siły Van der Waalsa
" orientacyjne  oddziaływania między
orientacyjne
trwałymi dipolami
" indukcyjne  oddziaływania między
indukcyjne
dipolami trwałymi i indukowanymi
" dyspersyjne  oddziaływania między
dyspersyjne
cząsteczkami, które nie są dipolami
Oddziaływania hydrofobowe
 Substancjami hydrofilowymi są substancje

polarne elektrycznie, np. jony.
Substancjami hydrofobowymi są substancje

niepolarne elektrycznie.
+
O
Substancja
hydrofilowa
H
H
O
H
H
H
H
O
O
O
O
H
H
H
H
H
O
H
H
H
O
H
H
Substancja
hydrofobowa
H
O
H
H
H
O
H
H
O
H
O
H
H
O
H
O
H
H
O
H
H
O
H
H
Kropla wody na liściu o powierzchni hydrofobowej
Cząsteczki amfifilowe
fosfatydyloseryna
+
NH
3
H
C COO
Polarna
CH2
(hydrofilowa)
O
-
głowa
O P O
O
CH
CH CH
2 2
O O
C O C O
Hydrofobowe
ogonki
Zachowanie lipidów w kontakcie z wodą
Zachowanie lipidów
Zachowanie lipidów
w kontakcie z wodą
w kontakcie z wodą
micela
micela
liposom
liposom
Warstwa podwójna
Warstwa podwójna