ÿþW y k Ba d y z B i o f i z y k i d l a s t u d e n t ó w k i e r u n k u a n a l i t y k a m e d y c z n a
B i o f i z y k a m o l e k u l a r n a
o d d z i a By w a n i a w e w n t r z - i
m i d z y c z s t e c z k o w e
H a n n a T r b a c z
K a t e d r a i Z a k Ba d B i o f i z y k i
U n i w e r s y t e t M e d y c z n y w L u b l i n i e
2 0 1 2 / 2 0 1 3
A t o m
nðE l e k t r o n y w a t o m i e s p r z y c i g a n e s i Ba m i
e l e k t r y c z n y m i p r z e z p r o t o n y w j d r z e .
A t o m
§ðS t u d n i a p o t e n c j a Bu w o k ó B j d r a u w o l n i e n i e z n i e j w y m a g a
d o s t a r c z e n i a e l e k t r o n o m e n e r g i i z z e w n t r z .
§ðI m b l i |e j j d r a z n a j d u j e s i e l e k t r o n , t y m s i l n i e j j e s t p r z y c i g a n y i
w z r a s t a e n e r g i a k o n i e c z n a d o j e g o o d e r w a n i a o d a t o m u ( g Bb s z a
s t u d n i a p o t e n c j a Bu )
A t o m
nðZ g o d n i e z m e c h a n i k k w a n t o w ,
e l e k t r o n y s j e d n o c z e [n i e c z s t k a m i i
f a l a m i .
nðK a |d y e l e k t r o n m o |n a o p i s a f u n k c j
o k r e [l a j c p r a w d o p o d o b i e Ds t w o
z n a l e z i e n i a e l e k t r o n u w o k r e [l o n y m
o b s z a r z e . D l a e l e k t r o n u w s t u d n i p o t e n c j a Bu
f u n k c j a t a j e s t n a z y w a n a o r b i t a l e m .
nðZ b i ó r o r b i t a l i p o s i a d a j c y c h p o d o b n y
p o z i o m e n e r g e t y c z n y t o p o w Bo k a
e l e k t r o n o w a , a w s z y s t k i e p o w Bo k i - c h m u r a
e l e k t r o n o w a .
A t o m h e l u w s t a n i e p o d s t a w o w y m .
nð J d r o m a r o z m i a r y
r z d u 1 f m o k . 1 0 0 0 0 0
r a z y m n i e j o d r o z m i a r ó w
c h m u r y e l e k t r o n o w e j .
C h m u r a e l e k t r o n o w a
A t o m
I s t n i e j e o k r e [l o n y , n i e w i e l k i z b i ó r s t a b i l n y c h o r b i t a l i
w o k ó B j d r a a w s z y s t k i e p o z o s t a Be , k t ó r e s
t e o r e t y c z n i e m o |l i w e , s z y b k o r o z p a d a By b y s i .
K s z t a Bt y p i c i u n a j p r o s t s z y c h o r b i t a l i . T r z y o r b i t a l e 2 p m a j
i d e n t y c z n y k s z t a Bt , r ó |n i s i j e d y n i e o r i e n t a c j w p r z e s t r z e n i
S t a n p o d s t a w o w y
nð E l e k t r o n y n a o r b i t a l a c h o d d z i a Bu j z e s o b z m i e n i a j c
k s z t a Bt o r b i t a l i .
S t a n w z b u d z o n y
§ðW s t a n i e w z b u d z o n y m z a b u r z e n i a r u c h u e l e k t r o n ó w s
j e s z c z e b a r d z i e j z a k Bó c o n e a w s z y s t k i e o r b i t a l e
§ðz a c z y n a j m i e s z a s i .
P r o c e s m i e s z a n i a s i o r b i t a l i w d a n y m a t o m i e n a z y w a
s i p r o c e s e m h y b r y d y z a c j i .
P o w s t a w a n i e w i z a D
nð W w y n i k u z m i e s z a n i a o r b i t a l i p o w s t a j w a r u n k i d o t w o r z e n i a
w i z a D c h e m i c z n y c h .
nð W p r z y p a d k u a t o m u w g l a p o w s t a j c z t e r y h y d r y d y s k i e r o w a n e d o
n a r o |y t e t r a e d r u i k a |d a b d z i e d |y Ba d o s p a r o w a n i a e l e k t r o n ó w .
T o s p a r o w a n i e m o |e u z y s k a w w y n i k u u t w o r z e n i a w i z a n i a
c h e m i c z n e g o z i n n y m a t o m e m .
W i z a n i e c h e m i c z n e w g
m e c h a n i k i k w a n t o w e j
nðW y t w o r z e n i e w i z a n i a c h e m i c z n e g o p o l e g a
n a d e f o r m a c j i p o w Bo k i e l e k t r o n o w e j a t o m ó w ,
z m i a n i e g s t o [c i e l e k t r o n o w e j w o t o c z e n i u
j d e r a t o m ó w , a p r z e z t o w y r ó |n i e n i u
u p r z y w i l e j o w a n y c h k i e r u n k ó w w p r z e s t r z e n i .
nðZ a k Ba d a s i , |e o r b i t a l c z s t e c z k o w y
p o w s t a j e w w y n i k u n a k Ba d a n i a s i o r b i t a l i
a t o m o w y c h a t o m ó w t w o r z c y c h w i z a n i e .
E n e r g i a p o t e n c j a l n a u k Ba d u a t o m ó w
w c z s t e c z c e
E w e n e r g i a w i z a n i a ( m i n i m a l n a
e n e r g i a d l a r o z e r w a n i a w i z a n i a )
E w
r o
O d d z i a By w a n i a w e w n t r z c z s t e c z k o w e
nðS i By w i |c e a t o m y w c z s t e c z c e
nðW i z a n i a j o n o w e
nðW i z a n i a k o w a l e n c y j n e
nð k o o r d y n a c y j n e
W i z a n i e j o n o w e
nðW i z a n i e j o n o w e ( e l e k t r o w a l e n c y j n e ,
h e t e r o p o l a r n e l u b b i e g u n o w e ) - u t w o r z o n e
p r z e z e l e k t r o s t a t y c z n e o d d z i a By w a n i e m i d z y
j o n a m i o r ó |n o i m i e n n y c h Ba d u n k a c h .
nðW i z a n i e t o p o w s t a j e n a j c z [c i e j m i d z y
m e t a l e m a n i e m e t a l e m .
S c h e m a t p o w s t a w a n i a
w i z a n i a j o n o w e g o
A t o m c h l o r u ( C l )
J o n c h l o r k o w y ( C l - )
J o n s o d u ( N a + )
A t o m s o d u ( N a )
W i z a n i e k o w a l e n c y j n e
nð P o Bc z e n i e a t o m ó w w c z s t e c z k p o p r z e z p a r e l e k t r o n ó w ,
k t ó r e s w s p ó Bd z i e l o n e p r z e z o b a a t o m y t w o r z c e t o w i z a n i e .
nð W s p ó l n e e l e k t r o n y z n a j d u j s i n a w s p ó l n y c h o r b i t a l a c h
m o l e k u l a r n y c h , k t ó r e p o w s t a j w w y n i k u n a k Ba d a n i a s i
o d p o w i e d n i c h o r b i t a l i a t o m o w y c h .
nð W s z y s t k i e e l e k t r o n y n a w s z y s t k i c h o r b i t a l a c h m o l e k u l a r n y c h
t w o r z c h m u r e l e k t r o n o w , o t a c z a j c o b a p o Bc z o n e a t o m y .
K l a s y f i k a c j a w i z a D k o w a l e n c y j n y c h
nðZ e w z g l d u n a s p o s ó b n a k Ba d a n i a s i o r b i t a l i
a t o m o w y c h t w o r z c y c h o r b i t a l e m o l e k u l a r n e
r o z r ó |n i a s i w i z a n i a à ( s i g m a ) i À ( p i ) .
nðW i z a n i a à p o w s t a j w w y n i k u c z o Bo w e g o
n a k Ba d a n i a s i o r b i t a l i a t o m o w y c h ( o r b i t a l e
u s t a w i o n e w z d Bu | o s i p o d Bu |n y c h ) .
nð W i z a n i a À p o w s t a j w w y n i k u n a k Ba d a n i a
s i b o c z n e g o o r b i t a l i ( o r b i t a l e u s t a w i o n e
r ó w n o l e g l e ) .
K l a s y f i k a c j a w i z a D k o w a l e n c y j n y c h
s s
s p
p p
p p
W i z a n i a s p o l a r y z o w a n e
nð W i z a n i a k o w a l e n c y j n e , w k t ó r y c h b i o r u d z i a B a t o m y
r ó |n i c e s i e l e k t r o u j e m n o [c i , n a z y w a s i w i z a n i a m i
s p o l a r y z o w a n y m i .
nð W s p ó l n a p a r a e l e k t r o n o w a j e s t p r z e s u n i t a w k i e r u n k u
a t o m u o w i k s z e j e l e k t r o u j e m n o [c i .
nð P o l a r y z a c j w i z a n i a m o |n a o k r e [l i , p o d a j c m o m e n t
d i p o l o w y w i z a n i a .
R ó |n i c a m i e d z y w i z a n i e m j o n o w y m a
k o w a l e n c y j n y m m a c h a r a k t e r d o [ u m o w n y
O d d z i a By w a n i a m i d z y c z s t e c z k o w e
nðS o d p o w i e d z i a l n e z a t w o r z e n i e s t r u k t u r
n a d m o l e k u l a r n y c h ( w i e l o c z s t e c z k o w y c h )
nðE n e r g i a w i z a D m i d z y c z s t e c z k o w y c h j e s t
o k . s t u k r o t n i e m n i e j s z a n i | w i z a D
w e w n t r z c z s t e c z k o w y c h
O d d z i a By w a n i a m i d z y c z s t e c z k o w e
nðO d d z i a By w a n i a v a n d e r W a a l s a ( u n i w e r s a l n e )
nðO d z i a By w a n i a w o d o r o w e ( s p e c y f i c z n e )
O d d z i a By w a n i a v a n d e r W a a l s a
nðo d d z i a By w a n i a t r w a By c h d i p o l i
nðo d d z i a By w a n i a t r w a By d i p o l d i p o l
i n d u k o w a n y
nðs i By d y s p e r s y j n e .
O d d z i a By w a n i a t r w a By c h d i p o l i
O d d z i a By w a n i a t r w a By d i p o l
d i p o l i n d u k o w a n y
S i By d y s p e r s y j n e
nðS i By d y s p e r s y j n e p o w s t a j w s k u t e k c h w i l o w y c h
z m i a n g s t o [c i e l e k t r o n ó w w c z s t e c z k a c h .
nð C z s t e c z k a p o s i a d a j c a c h w i l o w y m o m e n t
d i p o l o w y m o |e g o w z b u d z i w c z s t e c z c e
s s i a d u j c e j , w s k u t e k c z e g o o b i e c z s t e c z k i m o g
s i n a w z a j e m c h w i l o w o p r z y c i g a l u b o d p y c h a .
nð U [r e d n i e n i e s i B o d p y c h a j c y c h i p r z y c i g a j c y c h
d a j e o d d z i a By w a n i e p r z y c i g a j c e p r o p o r c j o n a l n e
d o 1 / r 6 .
O d d z i a By w a n i a v a n d e r W a a l s a
nð P r z y c z y n w y s t p i e n i a o d d z i a By w a n i a v a n d e r W a a l s
s t r w a Be o r a z w y i n d u k o w a n e m o m e n t y d i p o l o w e w
c z s t e c z k a c h l u b - w p r z y p a d k u o d d z i a By w a D
d y s p e r s y j n y c h - c h w i l o w e a s y m e t r i e r o z k Ba d u Ba d u n k u
w c z s t e c z c e l u b a t o m i e .
nð O d d z i a By w a n i a v a n d e r W a a l s a s o d d z i a By w a n i a m i
b l i s k i e g o z a s i g u ( d o 0 , 5 n m ) .
nð W y s t p u j w k r y s z t a Ba c h w s z e l k i e g o t y p u ( d o m i n u j w
k r y s z t a Ba c h m o l e k u l a r n y c h ) , p o n a d t o m a j d u |e
z n a c z e n i e w z j a w i s k a c h t a k i c h j a k n p . a d s o r p c j i a c z y
s k r a p l a n i e g a z ó w .
W i z a n i e w o d o r o w e
( m o s t k i w o d o r o w e )
nð W y s t p u j e o n o p o m i d z y k o w a l e n t n i e z w i z a n y m
a t o m e m w o d o r u ( d o n o r ) , a e l e k t r o u j e m n y m i a t o m a m i
s s i e d n i e j c z s t e c z k i ( a k c e p t o r ) - n a j c z [c i e j O , N , S ,
c z a s a m i C .
nð s i l n i e j s z e o d v a n d e r W a a l s a , a l e s Ba b s z e o d
k o w a l e n t n y c h .
W i z a n i e w o d o r o w e
nðW i z a n i a w o d o r o w e , j e [l i w y s t p u j w
o b r b i e j e d n e j c z s t e c z k i , s c z s t o
t r a k t o w a n e j a k s Ba b e w i z a n i e c h e m i c z n e
j e [l i j e d n a k w i |e o n o d w i e l u b w i c e j
c z s t e c z e k , m o |n a j e t r a k t o w a j a k o
o d d z i a By w a n i e m i d z y c z s t e c z k o w e .
W i z a n i e w o d o r o w e
nð W s z y s t k i e w i z a n i a w o d o r o w e s z n a c z n i e s Ba b s z e o d
w i z a D k o w a l e n c y j n y c h .
nð S Ba b e w i z a n i e w o d o r o w e e n e r g i a p o n i |e j 4 k c a l / m o l .
nð S i l n e w i z a n i e w o d o r o w e t o t a k i e - e n e r g i a p o w y |e j 4
k c a l / m o l ,
nð B a r d z o s i l n e w i z a n i a w o d o r o w e t w o r z s i m i d z y
a t o m a m i w c z s t e c z k a c h ( w e w n t r z m o l e k u l a r n e w i z a n i a
w o d o r o w e ) . N a j s i l n i e j s z e z n a n e w i z a n i a w o d o r o w e
p o s i a d a j e n e r g i z b l i |o n d o s Ba b s z y c h w i z a D
k o w a l e n c y j n y c h r z d u 4 0 k c a l / m o l .
W i z a n i e w o d o r o w e
nð W i z a n i a w o d o r o w e w y s t p u j w c z s t e c z c e i
m i d z y c z s t e c z k a m i w o d y o r a z w e w s z y s t k i c h
b i o m o l e k u Ba c h
nð S t r u k t u r a I I I i I V - r z d o w a b i a Be k ( a w i c i i c h
w Ba [c i w o [c i ) w y n i k a z t e g o , |e w i z a n i a
w o d o r o w e s k i e r u n k o w e ; d o t y c z y t o t e |
l i p i d ó w o r a z w g l o w o d a n ó w .
B i o l o g i c z n e z n a c z e n i e w i z a D w o d o r o w y c h
nðW b i a Bk a c h k o n f o r m a c j a g Bó w n e g o Ba Dc u c h a p e p t y d o w e g o
o d p o w i e d z i a l n e g o z a t w o r z e n i e h e l i k a l n e j , b d z p Ba s k i e j s t r u k t u r y
z d e t e r m i n o w a n a j e s t p r z e z w i z a n i e w o d o r o w e N - H . . . O = C p o m i d z y
g r u p a m i a m i n o w i k a r b o n y l o w .
B i o l o g i c z n e z n a c z e n i e w i z a D w o d o r o w y c h
nðO b a Ba Dc u c h y h e l i s y D N A s
u t r z y m y w a n e r a z e m p r z e z w i z a n i a
w o d o r o w e p o m i d z y
k o m p l e m e n t a r n y m i p a r a m i z a s a d
a z o t o w y c h .
B i o l o g i c z n e z n a c z e n i e w i z a D
w o d o r o w y c h
nð W p r z y p a d k u p o l i s a c h a r y d ó w w i z a n i a w o d o r o w e
p o m i d z y g r u p a m i h y d r o k s y l o w y m i s t a b i l i z u j i c h
s t r u k t u r , z n a c z c o w p By w a j c n a i c h w Ba [c i w o [c i .
B i o l o g i c z n e z n a c z e n i e w i z a D w o d o r o w y c h
nð W i z a n i a w o d o r o w e m o g s t o s u n k o w o s z y b k o
p o w s t a w a i z a n i k a , c o m a s z c z e g ó l n e z n a c z e n i e
w r e a k c j a c h b i o c h e m i c z n y c h .
S t r u k t u r a i w Ba [c i w o [c i f i z y c z n e w o d y
nð R o l a w o d y :
nð o k . 6 0 % s k Ba d u p r o t o p l a z m y ,
nð r o z p u s z c z a l n i k o r g a n i c z n y ,
nð u c z e s t n i k r e a k c j i b i o c h e m i c z n y c h ,
nð j a k o n o [n i k w t r a n s p o r c i e s u b s t a n c j i i c i e p Ba ;
nð W Ba [c i w o [c i f i z y c z n e w o d y :
nð w y s o k a t e m p e r a t u r a t o p n i e n i a i w r z e n i a ,
nð d u |e c i e p Bo t o p n i e n i a i p a r o w a n i a ,
nð d u |e n a p i c i e p o w i e r z c h n i o w e ,
nð a n o m a l n a r o z s z e r z a l n o [ t e r m i c z n a
nð d u |a w a r t o [ p r z e n i k a l n o [c i e l e k t r y c z n e j ( s p r z y j a d y s o c j a c j i )
S t r u k t u r a i w Ba [c i w o [c i f i z y c z n e w o d y
+
+
-
S t r u k t u r a i w Ba [c i w o [c i f i z y c z n e w o d y
R o z k Ba d p r z e s t r z e n n y Ba d u n k u
e l e k t r y c z n e g o w c z s t e c z c e w o d y
s p r a w i a , |e j e d n a c z s t e c z k a
m o |e z a p o [r e d n i c t w e m w i z a D
w o d o r o w y c h p r z y Bc z y d a l s z e
c z t e r y .
S t r u k t u r a i w Ba [c i w o [c i f i z y c z n e w o d y
L ó d C i e k Ba w o d a
nð W l o d z i e k a |d a c z s t e c z k a j e s t p o Bc z o n a c z t e r e m a w i z a n i a m i
w o d o r o w y m i i n n y m i c z s t e c z k a m i , w c i e k Be j w o d z i e z e [r e d n i o 3 , 4 .
S t r u k t u r a i w Ba [c i w o [c i f i z y c z n e w o d y
W o d a w s t a n i e c i e k By m z a c h o w u j e c z [ w i z a D w o d o r o w y c h , c o
w p By w a n a j e j w Ba [c i w o [c i f i z y c z n e ( n p . w y s o k i e c i e p Ba p r z e m i a n
f a z o w y c h , d u |e n a p i c i e p o w i e r z c h n i o w e )
D z i k u j z a u w a g
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