Гидрофобные эффекты играют фундаментальную роль в формирова-
нии свойств растворов неполярных частиц, определяют поведение макро-
молекул в водном растворе, являются движущей силой агрегации амфифи-
лов в воде и образования двухслойных мембран1. Молекулы биологически
активных веществ содержат в своем составе то или иное количество непо-
лярных (гидрофобных) групп, и поэтому считается, что их поведение, как в
растворах, так и в живых системах во многом определяется гидрофобными
эффектами2. Нами были впервые исследованы тепловые свойства раство-
ров бензола и ряда аминокислот в воде и разбавленных водных растворах
диметилформамида (ДМФ) и мочевины (Мч) в физиологическом интерва-
ле температур 20-45 0С. Выбор объектов исследования был продиктован
следующими причинами. Во-первых, с точки зрения гидрофобности ДМФ
является преимущественно гидрофобным веществом, и для него произво-
дная второго вириального коэффициента по давлению отрицательна2. Для
Мч, являющейся, наверное, одним из самых гидрофильных соединений,
данная производная положительна2. Принципиально различны для ука-
занных веществ и коэффициенты вириальных разложений энтальпийных,
теплоемкостных, энтропийных и объемных свойств их водных растворов2.
Это позволяет ожидать существенных отличий в поведении биологически
активных веществ в водных растворах ДМФ и Мч. Во-вторых, Мч сама по
себе представляет собой биологически-активное вещество, которое явля-
ется конечным продуктом белкового обмена и существенно влияет на ги-
дрофобное взаимодействие, действуя на макромолекулы аналогично по-
вышению температуры – то есть, способствуя переходу от нативной фор-
мы к денатурированной2. Влияние ДМФ на структуру воды и на состояние
макромолекул в водном растворе иное, что дает хорошую возможность
для сопоставительного анализа свойств изучаемых систем и выявлению

роли гидрофобных эффектов в формировании свойств указанных систем.
В-третьих, исследуемые аминокислоты образуют координационные соеди-
нения с катионами различных металлов, в том числе и в биосистемах, и, та-
ким образом, изучение особенностей взаимодействия указанных лигандов
с растворителем, влияние на это взаимодействие природы аминокислоты,
концентрации раствора и температуры позволит существенно продвинуть-
ся в понимании процессов комплексообразования с участием аминокислот
как in vitro, так и in vivo.
Из экспериментальных данных по тепловым эффектам растворения
были рассчитаны энтальпии и теплоемкости растворения и переноса ве-
ществ из воды в водные растворы амидов. С использованием литератур-
ных данных3,4 определены свободные энергии и энтропий переноса. Обна-
ружено, что в достаточно широком интервале концентраций и температур
величины энтальпий растворения аминокислот не зависят от их содержа-
ния в растворе, что позволяет рассчитывать стандартные энтальпии как
средние величины в ряду интегральных энтальпий растворения. Рассчи-
танные из температурных зависимостей энтальпий растворения величины
теплоемкостей оказались положительными, что характерно для преиму-
щественно гидрофобных веществ.
В рамках формально строгой теории МакМиллана-Майера определе-
ны параметры парных и тройных взаимодействий биологически активных
веществ с амидами воде. Обнаружено, что парное взаимодействие с ДМФ
во всех случаях является энтальпийно отталкивательным, и отталкивание
индуцировано влиянием гидрофобных групп в молекулах взаимодействую-
щих частиц. В случае Мч парное взаимодействие за исключением бензола,
энтальпийно благоприятно и весьма значительно по величине, особенно в
случае гистидина. Параметры тройных взаимодействий во всех случаях
имеют знак противоположный парным и в несколько раз меньше по абсо-
лютной величине. Выделены групповые вклады в величины параметров
парных взаимодействий. Показано, что энтальпийные и теплоемкостные
параметры взаимодействия цвиттерионной группы аминокислот с ДМФ
близки к нулю, в то время как ее взаимодействие с мочевиной сопровожда-
ется сильно отрицательным изменением энтальпии. Впервые обнаружено,
что энтальпийные и энтропийные параметры взаимодействия не являются
линейными функциями температуры, а проходят через слабо выраженные
экстремумы при T ~ 33 0С. Показано, что величина экстремумов опреде-
ленно связана с числом неполярных групп в молекулах взаимодействую-
щих частиц, то есть с гидрофобными эффектами.
Работа выполнена при поддержке гранта Министерства образования и
науки РФ А 03-2.11-184 и проекта РФФИ 05-03-96401-рег.
Literatura
1. A. Pohorille and M.A. Wilson, Origin life Evol. Biosphere, 1995, 25, 21

2. Ю.М. Кесслер и А.Л. Зайцев. Сольвофобные эффекты: теория,
эксперимент, практика, Л.: Химия, 1989.
3. Y. Nozaki, C. Tanford, J. Biol. Chem., 1965, 240, 3568.
4. S. Hovorka et al., J. Chem. Thermodyn., 2000, 32, 1683.