Глобулы представляют собой загадочные и малоизученные структуры. Что же известно об этих таинственных образованиях на сегодняшний день и какова их роль в различных процессах?
Природа глобул
Глобула - это состояние полимерной цепи, в котором концентрация звеньев относительно постоянна во всем ее объеме. Радиус корреляции звеньев гораздо меньше размера самой макромолекулы. Глобула это компактное свернутое состояние полимера, отличающееся от развернутого клубка.
Концентрация звеньев в глобулярном состоянии значительно выше, чем в полимерном клубке, причем эта концентрация постоянна во всем объеме глобулы, кроме тонкого слоя на поверхности, называемого опушкой глобулы.
Существует несколько типов глобул:
- Плотные глобулы.
- Рыхлые глобулы.
- Растворимые глобулы.
Структура глобулы включает в себя плотное ядро и опушку - пограничный слой на поверхности. Глобулы можно встретить в самых разных системах:
- Полимеры (белки, синтетические цепи).
- Межзвездная среда.
- Клетки организмов.
Образование глобул происходит благодаря:
- Коллапсу полимерной цепи при ухудшении качества растворителя.
- Собственной гравитации плотных скоплений вещества.
- Флуктуациям плотности среды.
Таким образом, глобула это результат спонтанного свертывания полимерной цепи или локального сжатия вещества под действием внутренних и внешних факторов.
Фазовые переходы с участием глобул
Одним из важнейших свойств глобул является их способность к фазовым переходам, в частности - переходу из развернутого состояния (клубка) в компактную глобулу. Этот процесс наблюдается у синтетических и природных полимеров.
Переход клубок-глобула в полимерах
При ухудшении качества растворителя полимерные цепи коллапсируют в глобулярное состояние. Сначала образуется рыхлая глобула, затем она сжимается в плотную.
Модели описания фазового перехода
Существует несколько теоретических моделей, описывающих динамику перехода клубок-глобула. Наиболее известные из них - подходы Флори, Лифшица-Хохлова-Гросберга.
Особенности денатурации белков
Хотя белки демонстрируют переходы между развернутым и компактным состоянием, применить к ним стандартные модели затруднительно из-за сложности структуры.
Значение глобул
Наряду с фундаментальным интересом к природе глобул, они имеют важное практическое значение в различных областях.
Роль глобул в нанотехнологиях
Компактность и устойчивость глобулярных структур перспективны для создания наноразмерных контейнеров, каркасов, катализаторов.
Перспективы применения глобул
Компактные размеры и устойчивость глобул открывают следующие перспективы их использования:
- Создание наноконтейнеров для адресной доставки лекарств, генов и других активных веществ в живые клетки.
- Использование в качестве молекулярных каркасов (scaffold) для инженерии тканей.
- Применение глобулярных структур в гетерогенном катализе.
Глобулы в топливных элементах
Весьма перспективно использование глобулярных наноструктур в качестве компонент топливных элементов, в частности как:
- Материал переноса протонов в протонообменных мембранах.
- Компонент каталитического слоя.
- Модификатор электродов для увеличения их емкости и стабильности.
Глобулы и звездообразование
Крупные и плотные глобулы, образующиеся в межзвездной среде, могут дать начало процессу звездообразования под действием собственной гравитации.
Получение глобул в лаборатории
Экспериментально удалось синтезировать растворимые в воде глобулы на основе амфифильных гомополимеров. Их исследование позволит глубже понять природу и свойства глобулярных структур.
