Энергия Ван-дер-Ваальсова взаимодействия: взаимодействие сил отталкивания и притяжения в белках, формула Леннард-Джонса.

Ван-дер-Ваальсова взаимодействия, обусловливают притяжение между молеку­лами. Они включают в себя три составляющие: диполь-дипольное, индукционное и дисперсионное взаимодействия.

На малых расстояниях начинают сказываться силы отталкивания между атомами, которые связаны с эффектами отталкивания электронных облаков при их взаимопроникновении.

Значение энергии притяжения обратно пропорционально r⁶: (1/r)⁶ Значение энергии отталкивания обратно пропорционально r¹²: (1/r)¹².

Потенциалы взаимодействия складываются из энергии притяжения и отталкивания. их, как правило, не рассчитывают строго теоретически, а задают в виде атом-атомных потенциалов Букингема или Леппарда-Джонса. Формула Леннард-Джонса:

U_LD = E₀[(r₀/r)¹² — (r₀/r)⁶] или U_{LD =} А/ r¹² - В/ r⁶

где А и В — эмпирические константы

Минимум на кривой при г = r₀ соответствует равновесному положению, в котором силы притяжения уравновешиваются силами отталкивания.

Формула при заданных значениях констант определяет минимальное расстояние, на котором система из двух взаимодействующих атомов устойчива. Если ограничиться только силами Ван-дер-Ваальса, не принимая во внимание других взаимодействий, то силовое поле вокруг атома обладает центром симметрии. Тогда можно определить тот эффективный объем вокруг атома, или эффективный радиус взаимодействия, в пределах которого невозможно одновременное нахождение двух атомов.

Г. Рамачандран (1963) нашел минимальные расстояния для пар различных атомов и небольших атомных групп (СНз,СН2). Например, для пары ковалентно не связанных атомов С • • • С обычное расстояние составляет 0,32 нм а минимально возможное — 0,3нм.

Использование этих расстояний полезно при составлении стерических карт биополимеров, так как позволяет определить стерически разрешенные области взаимного расположения атомных групп. Однако недостатком данного подхода явилось предположение о центрально-симметричной картине взаимодействия и пренебрежение направленным характером сил.

Характерные параметры потенциалов Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий