Основные объекты исследования молекулярной биофизики и биофизики клетки

Электроотрицательность − условная величина, характеризующая способность атома в молекуле притягивать электроны. Если в двухатомной молекуле А−В образующие связь электроны притягиваются к атому В сильнее, чем к атому А, то атом В считается более электроотрицательным. Чем выше значение разности электроотрицательностей двух атомов, тем более полярной является химическая связь между ними.
Предельный случай поляризации химической связи - полный переход электрона от одного атома к другому. При этом образуются два иона, между которыми возникает ионная связь. Для того чтобы два атома смогли создать ионную связь, необходимо, чтобы их электроотрицательности очень сильно различались. Если электроотрицательности атомов равны (при образовании молекул из одинаковых атомов), связь называют неполярной ковалентной. Чаще всего встречается полярная ковалентная связь - она образуется между любыми атомами, имеющими разные значения электроотрицательности.
Количественной оценкой полярности ("ионности") связи могут служить эффективные заряды атомов, характеризуемые разность между числом электронов, принадлежащих данному атому в химическом соединении, и числом электронов свободного атома. Если электроны, образующие связь между атомами, принадлежат им в равной степени, эффективные заряды равны нулю. В ионных соединениях эффективные заряды должны совпадать с зарядами ионов. А для всех других частиц они имеют промежуточные значения.
Электростатические взаимодействия
Этот вид взаимодействий дает не только существенный вклад в энергию водородной связи, но и играет большую роль в стабилизации биоструктур. Различные атомы в пептидных цепях существенно различаются по характеру взаимодействия в их частях. Взаимодействие частично заряженных атомов характеризуется электростатическим потенциалом, который в квазиклассическим приближении описывается законом Кулона:
где 
- проницаемость, для белков~3,5.
проницаемость, для белков~3,5
Распределение зарядов частично заряженных атомов в трифосфате имеет вид:
Подобное точечное представление, полученное на основе квантовых расчетов, оправдано в тех случаях, когда размеры составляют 60-70% от суммы радиусов Ван-дер-Ваальса, т.е. характерных расстояний, которые определяются дисперсионными, ориентационными и индукционными взаимодействиями.
Дипольный момент молекулы равен векторной сумме дипольных моментов ее химических связей (с учетом наличия неподеленных пар электронов). Если полярные связи расположены в молекуле симметрично, то положительные и отрицательные заряды компенсируют друг друга, и молекула в целом является неполярной. Так происходит, например, с молекулой диоксида углерода. Многоатомные молекулы с несимметричным расположением полярных связей (и, следовательно, электронной плотности) являются в целом полярными. Это относится, в частности, к молекуле воды.
Диполь –две точечные частицы с одинаковыми по величине разноимёнными зарядами
Электрический дипольный момент такой системы по модулю равен произведению величины положительного заряда на расстояние между зарядами и направлен от отрицательного заряда к положительному
1873 г. голландский ученый И. Ван-дер-Ваальс предположил,что существуют силы, обусловливающие притяжение между молекулами. Эти силы позднее получили название ван-дер-ваальсовых сил. Они включают в себя три составляющие: диполь-дипольное (а), индукционное (б) и дисперсионное (в) взаимодействия.
Силы Ван-дер-Ваальса (ВВ)
Биомакромолекулы можно рассматривать как своего рода конденсируемые системы, состояния которых определяются относительно слабых невалентных взаимодействий. Именно такие взаимодействия дают основной вклад к стабилизации конденсации состояния биополимеров и его изменения в процессе функционирования.
ВВ силы играют важнейшую роль в образовании конденсированных жидких и твёрдых состояний. Ими определяются взаимодействия газов и возникающие отклонения законов идеальных газов. Эти отклонения подчиняются уравнению Ван-дер-Ваальса для газов:
,
где a, b - константы притяжения и отталкивания; V -объем
Значения энергии при ВВ взаимодействиях лежат в интервале 4-8 кДж/моль и выше. Энергия при комнатной (температуре) составляет 2,5 кДж/моль, а энергия коллективных ионных связей составляет 150 -600 кДж/моль
Основу ван-дер-ваальсовых сил составляют кулоновские силы взаимодействия между электронами и ядрами одной молекулы и ядрами и электронами другой. На определенном расстоянии между молекулами силы притяжения и отталкивания уравновешивают друг друга, и образуется устойчивая система.
Силы ВВ имеют электромагнитную природу и определяются взаимодействием электрических диполей молекул. В зависимости от того, обладает ли взаимодействие молекулы электрическим дипольным моментом, или последнее возникает вследствие поляризации оболочек, существуют различные типы сил ВВ