Эффект исключенного объема
Эффект исключенного объема - эффект, связанный с тем, что двум звеньям цепи должны всегда соответствовать два физически различных элемента пространства; этот факт оказывает влияние на конформацию полимерной цепи в растворе.
Для двойной спирали ДНК эффекты исключенного объема (или объемные эффекты ) сравнительно малы. Это связано с тем, что молекула ДНК является очень жесткой - статистический сегмент составляет для нее 100 нм. В то же время геометрический диаметр двойной спирали близок к 2 нм, т.е. толщина статистического сегмента в 50 раз меньше его длины. Поэтому в ряде случаев объемными эффектами для ДНК можно просто пренебречь. Нетрудно показать, однако, что объемные эффекты в полимерной цепи должны расти с увеличением общей длины цепи ( Тэнфорд Ч., 1965 ) и для достаточно длинных цепей объемные эффекты всегда необходимо учитывать.
Фактическое взаимодействие между сегментами ДНК определяется не только толщиной двойной спирали, но, главным образом, тем фактом, что ДНК является сильно заряженным полиэлектролитом. Отрицательный заряд, который несет двойная спираль, почти полностью экранируется на некотором расстоянии от нее за счет соответствующего распределения низкомолекулярных противоионов, присутствующих в растворе. Характерное расстояние от оси спирали, на котором происходит такая экранировка, зависит от количества и типа противоионов. Если цепи находятся на расстоянии, меньшем характерного радиуса экранировки, между ними должно возникать электростатическое отталкивание, которое повышает энергию соответствующей конформации, делая ее менее выгодной. Это приводит к тому, что эффективный исключенный объем сегмента ДНК оказывается больше, чем его геометрический объем. В свою очередь, это должно приводить к увеличению средних размеров клубка, образуемого молекулой.
В качестве характеристики исключенного объема принимают эффективный диаметр двойной спирали, т.е. диаметр гибкой непроницаемой цилиндрической незаряженной молекулы, которая будет иметь в растворе те же конформационные характеристики, что и реальная ДНК. Значение эффективного диаметра ДНК увеличивается от 5 нм при 0,2 М Na+ до 15 нм при 0,01 М Na+.
